控制系统组成及作用

.z.章节名称第4章控制系统教学名称第1节控制系统的组成及其作用教学时数学时教学目标1．理解控制系统的组成2．掌握各组成局部的根本功能课程重点难点1.现代的微机控制系统的组成2.现代的微机控制系统各组成局部的根本功能教学方法及手段1．课堂理论课讲授2．多媒体教学课件播放辅助教学第四章控制系统4.1控制系统的组成及其作用控制系统的组成〔5局部〕〔1〕数字控制装置作用：程序译码执行；状态信号输入采集处理，产生输出控制信号和状态显示信息〔2〕输入装置作用：承受现场状态信息和操作命令，〔专为可识别的信息格式〕〔3〕输出装置〔输出设备〕作用：承受来自数字控制装置的控制命令，转化并执行相应命令信息，产生调解、改变系统工作状态的操作和动作〔4〕输入输出接口作用：连接数字控制装置和输入输出设备的信息桥梁，完成I/O信号的电平转换，隔离，信号方式转换，滤波，锁存和缓冲等功能〔5〕功率放大电路作用：将输出接口的输出控制信号进展功率放大，以足够的功率驱动输出执行设备〔输出装置〕，完成系统的运行控制系统的组成实例1：控制系统的组成实例2：作业：1．简述机电一体化控制系统的构成2．简述机电一体化控制系统各功能部件的作用章节名称第4章控制系统第2节控制系统的设计要求教学目标1．理解评价机电一体化控制系统设计水平的10大技术要求2．理解可靠性评价指标的意义3．重点理解平安性，可靠性，稳定性，环保性，经济性概念课程重点难点1.控制系统设计水平的10大技术要求2.平安性，可靠性，稳定性，环保性，经济性概念的理解第四章控制系统4.2控制系统的设计要求控制系统的设计要求包括10个局部：〔1〕功能实用性：指功能，性能，精度，应用范围及特点等技术指标概况〔2〕系统可靠性：指系统在给定条件，预定时间内能够正常工作的概率〔评价：无故障工作时间和故障的排出时间〔含永久性和偶发性故障〕〕〔3〕运行稳定性：系统的输入量变化或受到外界干扰时，输出量被迫离开原来的稳定值过渡到另一个新的稳定状态的过程中，输出量发生超出规定限度或发生非收敛性变化的概率〔包括超调，振荡，滞后，静态误差等〕〔4〕操作宜人性：人机工程概念内容，有助于提高效率，速度，质量和可靠性〔5〕人机平安性：监测，自动保护，报警，显示，急停，极限保护等〔6〕环境保护水平：不产生环境污染〔7〕技术经济性：包括机电一体化设备制造的性价比和运行的性价比〔8〕构造工艺性：设计应满足加工，装配，检测，包装，安装，维护的最正确工艺性〔9〕造型艺术性：系统外形，比率，形体构造，色彩符合工业设计要求和时代美感〔10〕成果标准性：设计遵从相关法规，符合相关技术标准和技术标准附：※对工业控制计算机系统的根本要求具有完善的过程输入/输出功能具有实时控制功能具有可靠性具有较强的环境适应性和抗干扰能力具有丰富的软件※工业控制计算机分类及特点可编程控制器特点：程序可变，柔性好。可靠性强，适于工业环境。编程简单，使用方便。功能完善。体积小，重量轻，易于装入机器内部。总线型工业控制计算机特点：提高设计效率，缩短设计和制造周期。提高系统可靠性。便于调试和维修。能适应技术开展的需要。3.单片机单板机特点：受集成度的限制，片内存储器容量较小。可靠性高。易扩展。控制功能强。一般单片机内无监控程序或系统通用管理程序。组成：(1)传感器它将贮槽液位上下的信息转换为一种特定的信号(如电压、电流等)，并传送到控制器，相当于人工控制时的眼睛。(2)控制器它承受变送器送来的信号，与生产工艺要求所预先设定的液位高度信号相比拟得出偏差，并按*种运算规则算出结果，然后将此结果用特定信号发送到执行器，相当于人工控制时的大脑。(3)执行器在这里就是控制阀，它可以根据控制器送来的信号以及信号值的大小自动调节阀门的开启度，相当于人工控制时手和阀的组合。作业：1．简述机电一体化控制系统设计的10个评价标准2．简述机电一体化控制系统设计的稳定性评价指标的内容章节名称第4章控制系统第3节控制系统中的输入装置教学目标1．理解机电一体化系统输入装置的根本功能2．理解计算机控制系统通用键盘的机构组成，主要功能，在控制系统中作为输入设备使用的技术特点3．掌握矩阵键盘的组成原理，和计算机的接口技术，键盘扫描工作方式的原理，特点，键号确定的方法，防抖动措施课程重点难点1.矩阵键盘的组成原理，和计算机的接口技术2.键盘软件的防抖动措施，扫描工作方式的原理，特点，键号确定的方法，教学过程及时间分配：※控制系统输入装置的主要作用将控制命令信息和状态信息送入数字控制系统※控制系统输入装置的主要种类键盘开关接口电路※开关量信号的一般输入方法〔1〕输入接口的形式确实定〔2〕防抖动措施确实定〔3〕开关电平确实定方法〔4〕工作方式确实定：①无条件方式的输入②查询方式的输入③中断方式的输入※输入键盘的种类⑴通用标准编码键盘特点：软件定义各个键的功能，充分利用微型计算机的现有软硬件资源，简化了系统设计和制作工作量，体积，总量，本钱，防尘较欠理想⑵专用的非编码矩阵键盘特点：采用较少的硬件电路资源和专门设计的扫描软件组成①功能单一，构造简单，体积小，重量轻，装配紧凑合理②功能单一的扫描软件，执行速度快，系统运行效率高③根据控制功能的需要设计键的数量和功能分配，根本无冗余，功能键的位置组合根据需要设计，操作简单快捷且人性化④具有较高的性价比⑤研制工作量较大非编码矩阵键盘1.组成原理⑴本例为8行8列的矩阵键盘⑵输出口为锁存器74LS377，口地址为7FFFH⑶输入口为缓冲器74LS244，口地址为7FFFH⑷由控制信号区分I/O接口⑸键盘采用中断方式联络CPU⑹8行8列64键的键号为0～63⑺初始Q0～Q7=00H⑻有键按下与门输出0，请求中断⑼软件防抖动判断后，扫描键盘⑽先确定按下键的所在行，再确定按下键的所在列，由行号加相应的列序号确定键号2.和MCS_51系统接口的控制程序设计(1)确定行输出接口的地址(2)确定列输入接口的地址(3)防抖动程序段的设计(4)行号的扫描确定方法设计(5)列号的扫描确定方法设计(6)键号的计算方法及确定设计(7)根据键号的跳转〔8〕恢复到初始状态即返回主程序作业：1．简述常用的输入设备和各自的特点2．简述矩阵扫描键盘键号确实定方法第4章控制系统第4节控制系统中的信息显示教学目标1．了解机电一体化系统CRT方式信息显示根本内容2．理解LED数码管的显示原理3．掌握机电一体化系统LED显示器的组成，工作原理课程重点难点1.LED数码管的构造，显示原理2.机电一体化系统LED显示器的组成，河MCS——51的接口及工作原理控制系统的数码管显示概述〔1〕应用意义：简单，经济，在信息量较少的控制系统中应用具有较高的性价比〔2〕LED数码管类型①七段LED数码管〔按显示段数〕②八段LED数码管③十六段LED数码〔3〕LED数码管类型①共阴极LED数码管〔按共极性〕②共阳极LED数码管控制系统的数码管显示〔1〕LED数码管的内部构造原理：按数字图案排列的8个LED发光二极管〔2〕LED数码管的显示原理：按所需要的字符图案点亮相应的LED，完成相应字符和图案的显示效果LED数码管的引脚示意图控制系统的数码管显示编码——共阴极LED数码管LED数码管显示静态显示接口电1.静态显示电路特点亮度高，无闪烁，软件设计简单电路硬件本钱高，位数少适用2.电路组成使用多功能并行接口8255直接驱动3位LED数码管3.软件设计内存开设显示缓冲区，存放待显示字符的二进制码，由显示输出子程序调用刷新4.动态显示电路的特点：亮度较低，存在扫描闪烁，软件设计复杂，CPU利用率下降，电路硬件本钱低，位数较多的显示电路适用根本原理：按位依次从显示缓冲区取出显示码并送入字形码锁存器，再根据该字符所在位将位编码送入位锁存器仅让该位LED显示该字形码字符，经适当延时，再改为下一位的点亮显示，到最后一位点亮延时后，再从头开场，由于人的视觉暂留效应，感觉效果依然是连续显示作业：1．简述LED显示器的两类显示方式的特点2．简述LED显示器的动态显示方式的原理和特点章节名称第4章控制系统第5节控制系统中的信息输入输出教学目标1．掌握并行输入输出的概念，应用特点2．掌握并行输入输出接口电路的一般原理和特点，掌握MCS——51并行接口的应用和扩展技术3．掌握并行输出硬件方式的步进电机环形分配器的设计和工作原理4．理解串行输入输出的概念，工作特点，传送速率和状态检测的概念课程重点难点1.并行输入输出接口电路的一般原理和特点，掌握MCS——51并行接口的应用和扩展技术2.YB—013步进电机环形分配器的接口电路设计和工作原理第四章控制系统4.5控制系统的信息输入输出两种I/O方式①信号的并行输入输出方式②信号的串行输入输出方式并行输入输出〔1〕并行I/O方式的特点①传输速度快，传输信号线多，使用于近距离传送②机电一体化系统中的方式选择，位置，压力等开关量信号适合并行传送③控制系统中的非编码矩阵键盘适合并行输入输出④一般可同时完成电平转换，隔离，锁存，缓冲，功放等技术处理〔2〕常用的接口芯片①简单的输入接口：可使用TTL8-缓冲器74LS244等芯片②简单的输出接口：可使用TTL锁存器74LS377，74LS277，74LS373等芯片③使用通用多功能并行接口：例如8255，8155等④直接使用单片微型机的片内并行接口，例80C31，80C51，87C51的P0，P1，P2，P3准双向8位并行接口，既可8位并行I/O传送，又可位控操作并行I/O中的光电隔离电路1.光电隔离的主要意义⑴系统内外电路的电器隔离，防止抢点系统对微机系统的影响⑵电平转换2.常见的3种光电隔离电路类型同相输出反相输出开关量输入并行输入输出应用例步进电机环形分配器控制作业：1．简述三种常见的光电耦合器的应用形式的工作原理2．简述YB013接口电路的工作原理章节名称第4章控制系统第6节控制系统中的数据处理教学目标1．理解计算机系统的数制转换处理2．理解数字控制系统数字滤波的概念，特点和应用意义3．了解程序判断滤波的应用原理和意义4．了解算术平均滤波的应用原理和意义课程重点难点1.计算机系统的数制转换处理根本内容2.程序判断滤波的原理和适用范围3.数字平均滤波的原理和适用范围数制的转换处理1.十进制——二进制的数制的转换处理ASCII码的概念和根本内容BCD码的概念和根本内容2.二进制——十进制的数制的转换处理数字滤波技术数字滤波相对模拟滤波的技术特点(1)软件滤波技术(2)可靠,无阻抗匹配问题(3)可对极低频率的信号进展滤波处理(BC滤波器则因R或C的值太大无法实现1.程序判断滤波(1)根据经历或工艺分析确定两次采样之间可能出现的最大偏差Δ*(2)采样后发现偏差大于Δ*，则是干扰而放弃〔3〕采样后发现偏差小于Δ*，则是不是干扰而输入〔4〕具有限幅滤波和限速滤波两大类〔5〕适用：变化缓慢的信号〔温度、液位等〕2.算术平均滤波〔1〕方法：取n次采样