控制与接口技术-引言

1、控制和介面技术，讲师：叶春生，英特尔3360027-8758370，华中科技大学材料学院，控制和介面技术，第一章介绍第二章线性离散系统分析和修正第三章控制系统的状态空间分析和整合第四章STM32处理器和应用第五章CNC (CNC)系统和插补原理第六章数字控制机器例如，卫星跟踪天线控制、传记传动控制、数字控制机器、伺服压力机、工业机器人运动、力控制系统、飞机、大型油轮的自动驾驶装置等。2)许多常用的控制系统和调节器已被计算机取代，计算机控制着整个生产过程，对温度、压力、流量、液位、转速、成分等生产的各种参数进行了采样。3)复杂数据处理：生产流程的统计和数据处理，复杂生产流程的数值模拟，内容摘要，

2、控制基本复查1.1电脑控制系统的配置1.2通用电脑控制系统1.3现场巴士控制系统(FCS) 1.4电脑集成制造系统(CIMS) 1.5智能控制系统1.6机电一体化控制系统1.7产业控制电脑1.8总线控制系统的数学模型通过物理、化学、生物学等规律进行说明。例如机器系统的牛顿定律、传记系统的克希霍夫定律等都是描述系统模型的基本定律。自动控制系统，几个茄子重要概念的回顾，数学模型是描述系统动态特性的数学表示。数学模型可以有多种茄子形式。经典理论中常用的数学模型有微方程、原理图、信号流程图等。现代控制理论使用状态空间表示法。线路图、信号流程图、状态图是数学模型的图形表现法。建立数学模型、数学模型、数学

3、模型，建立合理的数学模型，对系统分析研究至关重要。合理地包括两个。(1)必须准确反映组件和系统的特性。(2)写的数学式要简洁。控制系统数学模型的要求可以采用分析方法和实验方法。分析方法根据系统和构件遵循的相关规律构建数学模型。用解释法构建数学模型时，要非常熟悉其中反映的运动机制和科学规律，把握主要矛盾，无视次要矛盾，合理建立数学模型。实验方法是根据实验数据建立数学模型。也就是说，人为地向系统添加某种测试信号，通过实验获得的输入和输出数据识别系统的结构、阶数和参数的方法也成为系统识别。线性系统最重要的特性是可用的叠加原理。对于非线性系统，如果非线性不严重或变量变化范围不大，则可以使用小偏差线性化

4、方法对数学模型进行线性化。解析法建立运动方程，用解析法建立运动方程的步骤1)分析系统的工作原理和系统内变量之间的关系，以确定要研究的组件或系统的输入量和输出量。2)从输入端开始(闭环系统通常从比较开始)，按照每个组件遵循的物理、化学、生物等规律编写每个方程，但要注意负载效果。负荷效果是考虑下一步对上一级别的影响。3)求解所有方程，去掉中间变量，得到系统输入输出的标准方程。标准方程式包括三个茄子方面，将与输入量相关的项目放在方程式的右侧，将与输出量相关的项目放在方程式的左侧。每个派生项按平方排列。将方程式的系数参数化为具有实体意义的系数(透过元件或系统的参数)。计算机模拟和辅助设计、电脑辅助设计

5、的概念计算机辅助设计(CAD)技术是利用计算机的快速准确计算能力、海量存储和数据处理能力，结合设计师的综合分析、逻辑判断和创造性思维来加速设计过程、缩短设计周期和提高设计质量的技术。说明：电脑辅助设计从广义上包含电脑仿真的内容，从狭义上说，主要任务是利用计算机的计算能力处理设计师手动处理的不便和麻烦。模拟的定义模拟的基本思想是使用物理或数学模型模仿实际过程，以寻找对实际过程的理解。它遵循的基本原则是相似性原理。电脑仿真的定义：基于建立的系统模拟模型，使用计算机分析和研究系统的方法。计算机模拟，相似原理，1.1电脑控制系统的配置，图1-1电脑控制系统基本框，控制器，D/A，执行机构，控制对象，测

6、量传输，A/D，电脑控制系统组件，2，电脑控制系统组件，CPU/MEM，人机介面，系统支持，内部巴士，模拟输入通道(AI)，模拟输入通道(AO)，数字输出通道(DO)，数字输出通道2一般电脑控制系统，包括目前常用的一般电脑控制系统(主要包括1)PC总线的卡和工业计算机组成的电脑控制系统)2)数字调节器电脑控制系统；3)PLC电脑控制系统；4)嵌入式系统电脑控制系统；1基于PC巴士的主板工业电脑，产业控制电脑是用于测量和控制产业生产流程、机械和传记设备以及工艺设备的电脑，也就是工业计算机，是一款能够在产业环境中可靠运行的增强型个人计算机。与普通微型计算机相比，工业计算机具有以下特点：(1)工业总

7、线设计，支持多种模块化CPU卡和所有PCI/ISA巴士介面主板。(2)开放、相容性好，能吸收PC的所有功能，直接执行PC上的各种应用程式软体。(3)机箱使用完全刚性机架，防止电磁干扰。具有充分的负载驱动功能。机箱配备双风扇、正压对流排气、防止灰尘的灰尘过滤器。典型应用节目，叠层制造系统(LOM)控制系统1)X、Y、Z 3轴由伺服电动机驱动。2)加热辊、进纸、收纸装置由异步电动机驱动。3)变位变速器和激光控制主要是A/D和D/A转换。2数字调节器的电脑控制系统、数字调节器可以根据用途和性能分为节目控制器、可编程调节器、混合控制器、批量控制器等多种类型。硬件电路包括主机电路、进程输入通道、进程输出

8、通道、人机介面电路和通信介面电路。软件分为系统程序和用户程序两部分。其特点包括计算控制功能、通过软件实现所需功能、自我诊断功能、数字通信功能、相对好的人机介面、通过数字调节器的人机界面，使操作员可以轻松操作调节器。，数字调节器的应用节目，控制器具有一系列信息，如手、自动操作状态、PID参数值、输入和输出值，并通过通信模块设置控制器控制所需的信息，如操作状态更改、参数设置等。3基于可编程控制器的电脑控制系统、可编程控制器(PLC)将电脑编程的灵活性、功能、应用节目范围等优点与继电器系统的控制相结合，结合了易于使用、抗干扰能力强、价格低廉等优点。它本身体积小，重量轻，功耗小，因此可以在产业生产过程

9、中进行控制。PLC的特点是可靠性、功能、应用灵活性、系统设计、调试周期短，操作服务方便。PLC的主要缺点是，尽管某些大型PLC有很大的发展，但人机界面相对较差，数据存储和管理能力差。可节目控制器的应用节目，图7-29机器人控制图表，机器人控制的基本要求，按下启动按钮后，传送带A运行，直到光电开关PS检测到物体为止，机器人不会停止工作，机器人会下落。落在原地，机器人钳住物体，2s后开始上升，机器人保持钳住。上升到原地左转，左转到原地，下降松开机械臂，2s后机械臂上升。上升后，传送带B开始工作，机器臂右转，右转，传送带B停止。此时，输送机A不会停止循环，直到光电开关PS再次检测到物体。为了确保机器

10、人动作正确，在机器手里安装限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别使机器手臂脱落并上升。基于嵌入式系统的电脑控制系统、嵌入式系统的概念表明，嵌入式系统具有以下几个茄子主要特征：专业化、简化设计、系统内核小、嵌入式软件开发要标准化，必须使用多任务操作系统。为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统的软件通常固化在内存芯片或单个筹码本身，而不是硬盘等载体上，嵌入式系统开发需要专业的开发工具和环境。嵌入式系统的应用领域可以包括产业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络和电子商务、环境监控、机器人等。基于嵌入式系统的硬件平台体系结构、图2.3嵌入式硬件平台体系结构、嵌入式系统的LIN

11、通信、嵌入式LIN通信、嵌入式系统的CAN通信、嵌入式CAN通信、嵌入式系统的电动机控制、嵌入式电动机控制、1.3现场巴士电脑控制系统、现场总线是90年代初期出现的高级产业控制技术电脑技术、通信技术和控制技术的综合集成将通信线路扩展到生产现场生产设备，即用于流程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。将现有的DCS三层网络结构转换为两层网络结构电脑工作站现场巴士智能现场仪表，以降低成本、提高可靠性，并实现控制管理集成的结构体系结构。目前各种现场巴士产品有40多种。电脑控制系统的发展过程、现场总线的特点、通信线路电源：通信线路电源供应方式，使现场仪表可以直接从通信线路摄取能量。

12、全数字通信：在现场巴士控制系统中，从变送器的传感器到调节阀，信号保持数字状态。产业现场环境中的噪声和其他干扰信号难以扭曲现场巴士控制系统中的数字信号，数字信号的强大抗干扰能力提高了过程控制的准确性和可靠性。开放互连网络：现场总线是开放互连网络，可以连接到不同层次的网络。其他制造商的产品可以轻松连接到现场总线，并且可以互操作。用户可以根据性能价格选择最佳性能，配置所需的控制环路，而无需保留修改，并可以自由集成开放式控制系统。现场巴士应用节目、图2 LAN NC系统块图表功能模块结构图表、每个子模块具有单独的编程、PLC和通信功能，具有满足各种控制要求的特殊功能编程。模块的基本结构如下：图3功能模

13、块结构图表，1.4现代集成制造系统，现代集成制造系统具体地说，将传统制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术有机地结合在一起，通过电脑技术使企业产品成为企业产品在企业号产品生命周期内，实现了信息、智能、集成优化，产品上市快、服务好，现代集成制造系统的集成概念得到了广泛而深入的扩展，除了信息集成之外，还实现了企业号产品生命周期内各种业务流程的总体最优化，即流程集成。发展到完善企业优势的企业之间的集成阶段。现代集成制造系统的技术构成，“高级制造技术”(AMT advanced manufacturing technology)是专有名词，目前还没有明确、一致公认的定义。通过对其内

14、涵和特征的研究，现在的共同认识是，先进的制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源、现代管理等，并全面应用于产品设计、制造、测试、管理、销售、使用、服务制造的全过程。技术特性、1、并行工程(CEConcurrent Engineering)并行工程是集成和同时设计产品和相关流程(包括制造流程和支持流程)的系统方法。产品开发人员从一开始就应考虑产品生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、时间表和用户要求。2、虚拟制造(VMVirtual Manufacturing)虚拟制造使用信息技术、模拟技术和电脑技术，在实际制造活动中全面模拟人、物、信息和制造流程。3.敏捷制造(AMAg

15、ile Manufacturing)敏捷制造以竞争力和可靠性为基础，选择合作者组成虚拟公司，进行分工合作，为相同的目标共同努力，提高整体竞争力，快速响应用户的要求，满足用户的需求。4.绿色制造(GMGreen Manufacturing)绿色制造是综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模型，其目标是在从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期内，将对环境的影响(负面影响)降至最低并释放资源。1.5智能控制概述，1智能控制与传统控制的主要区别是基于模型的控制，适用于控制对象可以用数学模型描述的线性常数系统。智能控制是对系统复杂性、非线性和不确定性的，人工智能和控制理论相结合，解决问题的能力和水平远远高于传统控制。智能控制与现有控制的区别主要表现在以下两个茄子方面：(1)复杂性处理、不确定性问题处理能力、现有控制能力下降，而智能控制系统具有模仿者的智能，处理复杂