计算机控制与仿真技术 杨立 第4章 计算机控制技术的应用

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1、本章主要教学内容微机控制系统的组成、分类和设计方法报警程序的设计常用数字滤波技术数字PID控制算法分析及参数整定直接数字控制系统和达林算法的原理及应用第4章计算机控制技术的应用1本章教学目的及要求理解微机控制系统的基本组成和功能特点熟悉典型程序的设计方法掌握数字滤波技术的应用掌握数字PID控制算法分析及参数整定了解DDC系统和达林算法的原理及应用第4章计算机控制技术的应用24.1微机控制系统概述4.1.1微机控制系统的组成微机控制系统通常由微型计算机和工业控制对象两大部分组成，包括计算机本身及其外部设备等，管

2、理计算机的各种系统程序和过程控制的应用程序等软件。微机控制系统的硬件一般是由微型计算机、接口电路、外部设备、输入输出通道和操作控制台等组成。典型的系统组成框图如图4-1所示。。第4章计算机控制技术的应用3图4-1微机控制系统的基本组成第4章44.1.2微机控制系统的分类1.数据采集与处理系统实现对生产过程的工作状况和现场数据进行巡回检测,可完成数据采集，接受操作人员的控制指令，进行信息预处理，存储和显示数据，输出打印结果以及故障报警等。2.直接数字控制系统（DDC）采用数字控制器取代传统的模拟调节器，配以适当

3、的外部装置来实现工业过程的控制。典型原理如图4-2所示。第4章计算机控制技术的应用5图4-2DDC控制系统的原理图第4章63.计算机监督控制系统（SCC）计算机监督控制系统SCC能够根据描述生产过程的数学模型，自动地改变调节器或系统的给定值，从而使生产过程处于最优状态和实现自适应控制。4.分级控制系统分级控制系统是一种综合的多机系统，整个系统根据需要可以分成若干级，各级之间利用通信网络进行信息传递。如图4-3所示的分级计算机控制系统是一个四级系统。第4章计算机控制技术的应用7图4-3分级控制系统的原理图第4章

4、8第4章4.1.3微机控制系统的设计（1）系统设计基本思路首先要根据生产现场的实际工作情况和系统的性能要求，从系统构成上进行综合设计，合理地采用模块化结构设计方法；其次要考虑将系统要执行的任务和应具备的功能合理地分配给硬件和软件来实现；第三要考虑该系统是否有特殊的控制要求，如最优参数，最大效率，高可靠性，通用性等。计算机控制技术的应用9（2）系统总体设计要合理选择微机主机和外围设备，具备较完善的中断系统、输入输出通道和实时时钟等；要考虑控制方案和执行机构的驱动方式；要估计所占用的内存容量并进行内存分配；要确定

5、系统的过程通道和中断处理方式；要选择合适的系统总线和接口方式；要设计人性化的操作控制台等。第4章计算机控制技术的应用10（3）硬件设计根据系统总体框图设计系统电气原理图，着手元件选购和开始施工。力争做到系统操作性能要好，具备良好的通用性便于系统功能上的扩充，可靠性要高。（4）软件设计要选择合理的控制算法来满足系统稳定性、控制速度和控制精度的性能要求。（5）系统试运行及提交最终成果和设计报告程序调试完成后，要进行在线仿真，然后进行试运行。经过一段时间的测试和试运行后，即可投入正式使用。最后要将设计的成果报告及相

6、关文档归类保存。第4章计算机控制技术的应用114.2常用控制程序的设计在控制系统中，为了达到规定的系统性能要求，常常需要用户开发一些基本的控制程序，例如标度变换、查表处理、数字滤波、报警处理等，这些软件的设计通常是根据一些规定的算法采用汇编语言来编写，以达到实时控制的目的。第4章计算机控制技术的应用12第4章4.2.1常用报警程序为了保证安全生产，计算机控制系统中一些重要的参数或部位都设有紧急状态报警系统，以特殊的方式来提醒操作人员加以注意或采取相应的处理措施。报警程序的基本原理就是将采集到的现场数据输入计算

7、机，通过数据处理、数字滤波和标度变换后，与该参数规定的上下限设定值进行比较，如高于或低于规定值则发出报警。计算机控制技术的应用13下面以图4-4所示的锅炉水位调节系统的报警程序设计为例进行分析。为了保证锅炉的正常工作，以汽包水位作为主要测量指标，当液面超出规定的高度值后，就会影响到锅炉的蒸汽产量；而液面过低则会有爆炸的危险。第4章计算机控制技术的应用14第4章计算机控制技术的应用15在系统中设置3个参数进行报警检测，来及时监控锅炉的工作情况。这3个参数分别是水位的上限和下限报警参数X1；炉膛的温度上限和下限报

8、警参数X2；蒸汽压力的下限报警参数X3，如图4-5所示。第4章计算机控制技术的应用16第4章计算机控制技术的应用17为了分析和设计方便，我们设置一个8位的报警标志单元ALARM，各位的对应关系如图4-6所示。第4章计算机控制技术的应用18将ALARM单元的内容预先置为00H，然后把各个参数的采样值分别与上、下限值比较，若某一位需要报警，则ALARM单元中相应位置1，所有参数判断完后，当ALARM单元