《实验讲课模板》PPT课件

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1、软件挑战1.整合多种软件架构2.一次编写,到处运行未来的挑战是一次性编写控制程序,然后将相同的程序应用到各种PC、PLC或嵌入式目标设备中去。自动化工程师需要在满足自动化系统的性价比要求基础上对PLC、可编程自动化控制器(PAC)、微处理器、数字信号处理器(DSP)或FPGA器件作出正确选择。3.系统验证目前大多数开发过程中都包含有代码审查阶段,它能保证所设计软件的可靠性。但是,由于现在的机电系统中软件和硬件结合得相当紧密,因此很有必要进行完整的系统验证。工程师们正在从只执行一个“配置”阶段转向要经历“设计、原型、配置”三个阶段。设计阶段除了控制系统硬件的算法和控制逻辑外,还包括对硬件的机

2、械、热和流特性进行仿真。原型阶段包括建立机械和控制设计的虚拟或物理原型,以帮助工程师在最终实现之前进行概念性验证。配置阶段包括将控制算法和逻辑配置到PLC、PAC或嵌入式目标中,并对伺服制动装置、气动装置和水力装置等机械部件实施装配。硬件挑战未来的自动化系统将在各种不同的产品上执行复杂的任务,而且经常是同时进行。设计这种系统在硬件方面的挑战是,在实现复杂的自动化任务的同时要达到规定的吞吐量、良品率和可用时间指标。1.吞吐量机器的速度直接影响吞吐量。为了达到较高的速度,最好使用象线性马达这样磨擦力较小的机械部件,而不要使用象滚珠螺旋致动器这样的部件。设计师可以利用嵌入式技术提高控制系统的速度

3、,比如具有1MHz环速率的FPGA,而非环速率只有1kHz的传统PLC。伺服系统将继续控制那些不再采用传统齿轮/凸轮系统的机器。2.良品率通过提高可重复性减少浪费是取得较高良品率的关键。而对机器编程让其遵循理想的运动控制轨迹是实现可重复性的重要因素。通过将马达调整为较短的延迟时间和较低过冲的阶跃响应可以实现这一目标。为了更好地进行调整,可以使用基于模型的控制方法来满足正确的PID调整参数要求,或者采用基于模型的控制算法代替传统的PID算法。而自动化检查和RFID等技术在筛选过程中具有重要的作用,可以显著加快进度。3.可用时间现代的封装机器需要在同一条生产线上处理10个以上的产品。这不仅涉及

4、到系统中部件的可靠性,还涉及到不同产品之间的转换时间,而转换时间将影响系统的可用时间。通过设置控制算法以适应一条生产线处理不同产品的各种情况,能够改善转换时间。基于模型的自适应控制是最近出现的新方法,它不需要调整就能使控制系统适应系统的变化。如果在系统中采用智能监视和预见性维护手段,则能更好地提高系统可靠性。振动监视、数据记录、报警和部门间通信对提高未来系统的可靠性都有非常重要的作用。电子设计自动化EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅

5、助工程(CAE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。1.EDA的历史20世纪90年代,国际上电子和计算机技术较先进的国家,一直在积极探索新的电子电路设计方法,并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革,取得了巨大成功。在电子技术设计领域,可编程逻辑器件(如CPLD、FPGA)的应用,已得到广泛的普及,这些器件为数

6、字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构,从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念,促进了EDA技术的迅速发展。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成

7、,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。2.几个有关EDA的专题网站(1)EDA中心www.eda.ac.cn(2)EDA中国门户网站www.edacn.net(3)中国EDA工程网www.edagc.com(4)EDA爱好者www.edafans.com(5)EDA教学与研究www.edateach.com3.设计方法(1)前端设计(系统建模RTL级描述)后端

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1、软件挑战1.整合多种软件架构2.一次编写,到处运行未来的挑战是一次性编写控制程序,然后将相同的程序应用到各种PC、PLC或嵌入式目标设备中去。自动化工程师需要在满足自动化系统的性价比要求基础上对PLC、可编程自动化控制器(PAC)、微处理器、数字信号处理器(DSP)或FPGA器件作出正确选择。3.系统验证目前大多数开发过程中都包含有代码审查阶段,它能保证所设计软件的可靠性。但是,由于现在的机电系统中软件和硬件结合得相当紧密,因此很有必要进行完整的系统验证。工程师们正在从只执行一个“配置”阶段转向要经历“设计、原型、配置”三个阶段。设计阶段除了控制系统硬件的算法和控制逻辑外,还包括对硬件的机

2、械、热和流特性进行仿真。原型阶段包括建立机械和控制设计的虚拟或物理原型,以帮助工程师在最终实现之前进行概念性验证。配置阶段包括将控制算法和逻辑配置到PLC、PAC或嵌入式目标中,并对伺服制动装置、气动装置和水力装置等机械部件实施装配。硬件挑战未来的自动化系统将在各种不同的产品上执行复杂的任务,而且经常是同时进行。设计这种系统在硬件方面的挑战是,在实现复杂的自动化任务的同时要达到规定的吞吐量、良品率和可用时间指标。1.吞吐量机器的速度直接影响吞吐量。为了达到较高的速度,最好使用象线性马达这样磨擦力较小的机械部件,而不要使用象滚珠螺旋致动器这样的部件。设计师可以利用嵌入式技术提高控制系统的速度

3、,比如具有1MHz环速率的FPGA,而非环速率只有1kHz的传统PLC。伺服系统将继续控制那些不再采用传统齿轮/凸轮系统的机器。2.良品率通过提高可重复性减少浪费是取得较高良品率的关键。而对机器编程让其遵循理想的运动控制轨迹是实现可重复性的重要因素。通过将马达调整为较短的延迟时间和较低过冲的阶跃响应可以实现这一目标。为了更好地进行调整,可以使用基于模型的控制方法来满足正确的PID调整参数要求,或者采用基于模型的控制算法代替传统的PID算法。而自动化检查和RFID等技术在筛选过程中具有重要的作用,可以显著加快进度。3.可用时间现代的封装机器需要在同一条生产线上处理10个以上的产品。这不仅涉及

4、到系统中部件的可靠性,还涉及到不同产品之间的转换时间,而转换时间将影响系统的可用时间。通过设置控制算法以适应一条生产线处理不同产品的各种情况,能够改善转换时间。基于模型的自适应控制是最近出现的新方法,它不需要调整就能使控制系统适应系统的变化。如果在系统中采用智能监视和预见性维护手段,则能更好地提高系统可靠性。振动监视、数据记录、报警和部门间通信对提高未来系统的可靠性都有非常重要的作用。电子设计自动化EDA是电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation)的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅

5、助工程(CAE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。1.EDA的历史20世纪90年代,国际上电子和计算机技术较先进的国家,一直在积极探索新的电子电路设计方法,并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革,取得了巨大成功。在电子技术设计领域,可编程逻辑器件(如CPLD、FPGA)的应用,已得到广泛的普及,这些器件为数

6、字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构,从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念,促进了EDA技术的迅速发展。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中,从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟,都可能涉及到EDA技术。利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成

7、,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。2.几个有关EDA的专题网站(1)EDA中心www.eda.ac.cn(2)EDA中国门户网站www.edacn.net(3)中国EDA工程网www.edagc.com(4)EDA爱好者www.edafans.com(5)EDA教学与研究www.edateach.com3.设计方法(1)前端设计(系统建模RTL级描述)后端

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