第章 计算机控制系统设计与实现

第9章计算机控制系统设计与实现计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一个工程问题。计算机控制系统的理论设计包括：建立被控对象的数学模型；确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。9.1系统设计的原则与步骤9.1.1系统设计的原则9.1.2系统设计的步骤9.1.1系统设计的原则1.安全可靠2.操作维护方便3.实时性强4.通用性好5.经济效益高9.1.2系统设计的步骤1.工程顶目与控制任务的确定阶段2.工程项目的设计阶段3.离线仿真和调试阶段4.在线调试和运行阶段9.2系统的工程设计与实现9.2.1系统总体方案设计9.2.2硬件的工程设计与实现9.2.3软件的工程设计与实现9.2.4系统的调试与运行9.2.1系统总体方案设计1.硬件总体方案设计2.软件总体方案设计3.系统总体方案9.2.2硬件的工程设计与实现1．选择系统的总线和主机机型2．选择输入输出通道模板3．选择变送器和执行机构9.2.3软件的工程设计与实现1．数据类型和数据结构规划2．资源分配3．实时控制软件设计9.2.4系统的调试与运行1.离线仿真和调试(1)硬件调试(2)软件调试(3)系统仿真2.在线调试和运行9.脏3设计拘举例——啤酒测发酵狐过程抖计算托机控等制系形统9.什3.绪1啤酒狮发酵贷工艺川及控励制要吴求9.轮3.柏2系统犁总体坑方案读的设碰计9.株3.秆3系统腊硬件佩和软幕件的砍设计9.舌3.凝4系统场的安套装调遭试运匹行及阻控制郑效果9.尝3.郑1啤酒寇发酵崖工艺魂及控币制要徐求1.啤酒纲发酵涂工艺设简介啤酒杀发酵类是一测个复皇杂的扔生物坊化学熊过程施，通蚁常在塔锥型杏发酵泛罐中搏进行菜。在莲二十贤多天霜的发疲酵期随间，凑根据额酵母歇的活败动能惹力，策生长痰繁殖冶快慢桑，确旅定发稼酵给酸定温匀度曲富线，食如右呀图所娇示。蛋要使坐酵母上的繁愚殖和购衰减百、麦甜汁中衰糖度软的消我耗和住双乙垃酰等诉杂质醋含量器达到军最佳泳状态滨，必霉须严究格控伙制发谋酵各培阶段旨的温漂度，妥使其跟在给亭定温粥度的±0偶.5号℃范围释内。2.系统幼的控谎制要恐求(1妹)系统胆共有10个发秩酵罐诞，每恰个罐邪测量5个参铜数，熟即发塘酵罐经的上听中下真三段进温度已、罐雾内上报部气限体的颗压力抢和罐买内发妨酵液(麦汁)的高掉度，欢共有驴三十材个温识度测爽量点随、10个压见力测捆量点苍、10个液淘位测虫量点轮。因震此共拣需检轰测50个参茶数。狐(2革)自动沿控制辟各个槽发酵简罐中相的上仰中下帅三段甘温度重使其渐按图9-常7所示茂的工辱艺曲贪线运语行，项温度姻控制令误差疑不大求于±0字.5捞℃。共膨有30个控使制点块。(3尽)系统框具有跌自动迈控制俘、现钩场手触动控炼制、贿控制妄室遥膜控三负种工圣作方筹式。坟(4差)系统婆具有瞒掉电愿保护灰、报质警、狸参数围设置口和工争艺曲茎线修歉改设摸置功纯能。田(5痕)系统屑具有恶表格彻、图寸型、言曲线遗等显谈示和贷打印帅功能吸。9.腰3.公2系统沟总体述方案喉的设振计1.发酵期罐测斧控点顷的分江布及立管线刷结构苏（如把右图片所示屿）2.检测络装置届和执块行机押构3.控制胃规律4.控制蚁系统醒主机戏及过傲程通智道模冤板5.控制融系统凑的软嘴件9.赌3.券3系统马硬件没和软洁件的者设计1.系统秩硬件毕的设烦计控制问系统邮的组捞成框爹图，俯如右酬图所致示。(1鸭)模拟消量输践入通蓬道设躲计(2帅)模拟放量输产出通洋道设狡计2.系统洽软件陵的设之计(1事)数据既采集严程序(2睛)数字五滤波廉程序(3寒)标度避变换免程序①温嘱度的奶标度涂变换②压珍力的浩标度馋变换③液削位的恩标度邀变换(4衬)给定世工艺虹曲线勺的实棉时插昂补计淡算(5换)控制伪算法①PI末D算式者加特辞殊处抬理②施融密斯壁（Sm淹it粥h)预估忠控制混算式(6目)其它掉应用掘程序DA扎C0穷83奖2与单倒片机崭的接廊口AD缝C0净80恶1～08优05与单咱片机配的接米口采用哗译码浪器的墨静态孝显示情接口燃电路串行她显示嚼接口动态奔扫描知显示勒接口葱电路按键亲接口菌程序证流程椅图键盘盾与单贿片机饭的接拔口电解路键盘赌与单尸片机刊的接晚口电备路按键拿接口功程序咐流程熊图9.政3.煌4系统拜的安滤装调桥试运戒行及母控制呼效果现场焰进行从安装浩时，是首先慨在现帝场安朽装温俱度、棕压力难变送曲器、挑液位逮变送纵器、喝调节寺阀等赵，然木后从组现场粉敷设护屏蔽齐信号固电缆浓到控他制室竞，最腥后将勒这些址线缆骆接到奏工业敢控制饿计算光机外灿面的现接线胶端子头板上另。调何试工押作主茧要是贵对变楼送器观进行流满度肥和零奋点校盖准，A/钉D板和D/由A板满表度和郊零点墓校准嘴；另笔外就方是利语用试挖凑法彩确定PI贯D控制挨器的植控制览参数购。系柿统经愿过安京装调洪试后丑，投长入运躁行，洪并满顷足系俊统的势控制作要求旺。该系岛统操须作简艇单，嗓使用多维护辽方便星，性姑能可罚靠；营采用唉微机胁控制葵，提每高了航啤酒辰质量季；改妈善了毅劳动宋条件志，不鲜用人蠢工手蚂动操思作，胳消除两了人麦为因芝素；型易于客现代钥化管沙理和器产品我质量丧分析忍；采抚用表诱格、现图形堪、曲泳线显息示直妙观，某并有品打印仔输出尊功能姓。•电阻玩炉温炊度控万制系哄统◆设计北任务在某摩实验川装置凳中，纸要求项按照制控制读电阻魂炉中A点的顺温度菊按预窗定的抄规律奏变化拣，同趟时监涝测B点的气温度舰，一吹旦B点的志温度坡超过拦允许嗓值，伞就发疗出报禽警信轰号，幻玉并停新止加礼热★温度蛙测量滨电路—检测橡元件惧选用军镍铬-镍铝丢热电桃偶，伯分度丛号为EU，适用晒于0℃些~1财00龄0℃的温乌度测字量范喇围，条相应戴输出椒电压庙为0m买V~响41继.3痒2m猜V—变送炎器由裂毫伏堂变送题器和雨电流/电压鞭变送轰器组注成：粪毫伏霜变送很器用唐于把臣热电杯偶输喜出的0~四41烟.3进2m绪V变换潮成0~鞋10谷mA范围廉内的恨电流闸；电拉流/电压漆变送惰器用防于把择毫伏熔变送封器输何出的0~丑10猜mA电流仗变换帐成0~匪5V范围虏内的康电压★接口递电路—榴80宫31的接丽口电厉路有AD在C0宿80饺9、81漂55和27海32等。捉本系星统采台用AD表C0绞80炒9型A/庄D转换筑器，沾作为释温度码测量走电路慰的输忙入接贵口；81浅55用于叛键盘宁和显将示接爹口；27关32作为80形31外部升程序(R弯OM隙)存储亚器★温度极控制种电路—电阻造炉的挖温度揭通过拨调节加热饿丝的始加热寻功率筒来实诸现，纲双向忍可控匪硅和划加热犬丝串烂接在馋交流少回路痰，由茅可控页硅导恨通时施间决赢定加射热丝愚的加锡热功福率。接可控甜硅输萌出功第率与购导通球时间鉴的关来系如伸图：——过零木信号轻是正邮弦交凝流电似压过包零时庸刻的煤同步火脉冲欲，可犹使可勉控硅赴在交约流电溜压正形弦波胶过零额后触内发导胶通，浊过零框同步纽奉脉冲树由过坑零轨触发棚电路馋产生◆数字池控制御器的想数学调模型电阻体炉可吴近似趴为一含个带求纯滞丹后的叶一阶火惯性剪环节确，即式中身各参衬数可愤根据甲系统通的飞槽升特既性曲剩线确扯定?采用嫂大林细算法湾设计委数字亦控制冲器如卸下?(第4章)：◆控制积系统益程序饮设计★主程汇序★中断泉服务诸子程锣序—点T1中断强服务疑程序—胞T0中断标服务宴程序★T0中断筋服务孟子程乒序T0中断鱼服务圾程序帝是此再系统贯的主是体程稍序，袖用于暑启动A/鼠D转换巩、读师入采烂样数轨据、盐数字柔滤波滩、越男限温狭度报育警和艘越限恶处理哭、大捡林算捐法计申算和捎输出医可控较硅的赢同步周触发筹脉冲银等。腹在T0中断尸服务迁程序谷中，免要用是到一肃系列设子程谣序。丢如：耀采样孔子程安序、呜数字啊滤波矛子程徐序、蔬越限牵处理忽程序肉、大塌林算毯法程分序、冈标度抽变换侵程序表和温产度显艺示程决序等9.岂4设计烟举例—机器泥人计情算机摊控制是系统9.圣4.拉1洁PU便MA老56姻0机器料人的滔结构穷原理9.剑4.蠢2机器东人运孔动学覆方程9.量4.灯3机器板人动旱力学狂方程9.讲5.制4机器乡丰人手非臂的售独立召关节柿位置头伺服趴控制9.粥4.皂1资PU彩MA暮56羞0机器夜人的忘结构跃原理9.莫4.仙2机器扮人运垄动学众方程1.机器亭人正匪运动更学2.机器博人逆你运动伪学9.烛4.奶3机器只人动委力学秧方程机器采人动神力学缴可通父过Eu谱le问r-常La蓝gr议an盘ge方程来描半述。维和悔分别勒为系偶统的6个关子节的菠角位宜移和冠角速么度向粮量，胜为男作用谜于6个关锡节的哭外力也矩向欠量。9.师4.吸4机器纳人手宅臂的难独立享关节般位置渴伺服将控制1.位置灯控制戏的基城本结雾构机器葛人的锡位置波控制壁是机押器人鹊最基发本的勾控制苗任务菌。机划器人冬的位躺置控隙制结粥构主铺要有推两种钻形式向，即甜关节老空间致控制厉结构员和直秋角坐响标空碌间控结制结财构，纯分别协如图a)和图b)所示暮。2.匹PU虏MA揪56王0机器穗人的戚关节骂位置遥伺服忠控制PU债MA间56业0机器治人关役节位件置伺表服控芹制系缓统结农构如胀下图谨所示耳。20秤10钥.1怪0.坑25实践锄设计轰题粮仓夹温湿手度监初控系晚统，翠任何估国家亚都有客粮仓评存储脊，如偷果存赤储不箭当，元会造桐成粮羞食浪践费，秃给国稍家造真成损块失，背粮仓锡的性爸能成绪为了透粮食斜质量睬的决帆定因嫩素。迎以往子采用镜的措酬施是秧用人服工的顺方法述对粮择食进随行晾性晒、诱通风饺，喷略洒药绳剂防狸止困眯存储疏不当缺引起风的虫零害，踪蝶消耗样了大窄量的典人力谅和财伟力，誓然而缩慧，效若果不测不佳钉，发庙霉变齿质等败现象晨仍然步存在犯。虽泳然已孙经有帆很多砖工控管企业斗已开爷发出能了相醉应的各一些倘专用协于粮静仓温跳湿度近监控饥的自轧动化抹管理线系统青，对脉粮仓嫩的性杨能进桐行了饰革命籍性的芽改造伤，大朱大提血高了垄粮食队的存饲储质铃量。项但是怜，有滤的还沿有很屯多方测面须科等改域进和笨进一澡步提初高。本次