计算机控制技术 教学课件 作者 李江全第9章b.ppt

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1、第9章计算机控制系统的设计9.1计算机控制系统的设计概述9.2计算机控制系统的硬件设计9.3计算机控制系统的软件设计9.4计算机控制系统的调试与运行9.5计算机控制系统的抗干扰设计9.6计算机控制系统的可靠性设计9.4计算机控制系统的调试与运行系统的调试与运行可分为离线仿真与调试和在线调试与运行两个阶段。离线仿真与调试一般是在实验室或非工业现场进行，而在线调试与运行是在生产过程工业现场进行。离线仿真与调试是基础，是检查系统硬件和软件的整体性能，为在线调试与现场运行做准备。现场运行是对全系统的实际考验与检查。图9-3示出了系统调试与运行阶段的工作流程。图中硬件调试、软件调试、

2、硬件与软件统调（即系统仿真）和考机属于离线仿真与调试阶段，而现场安装调试、验收和现场运行属于在线调试与运行阶段。在系统调试和运行阶段，应做好调试方案、测试数据、图表等记录，并建立完备的调试文档资料。9.5计算机控制系统的抗干扰设计计算机控制系统是对生产过程进行监测和控制，它往往工作在工业现场。由于工业现场的环境复杂，并且恶劣，计算机控制系统不可避免地受到各种各样的干扰。这些干扰可能会影响到系统的控制精度，使系统的性能指标下降，降低系统的可靠性，甚至导致系统的运行混乱和故障，进而造成生产事故。对计算机控制系统来说，干扰是客观存在的。干扰可能来自外部，也可能来自内部；它可通过不

3、同的途径作用于控制系统，且其作用程度及引起的后果与干扰的性质及干扰强度等有关。为了保证系统能长期、稳定、可靠地工作，系统设计时必须考虑抑制干扰问题，并采取行之有效的抗干扰措施，以保证工业控制系统的正常运行。9.5.1干扰信号的来源1．内部干扰内部干扰是指控制系统内部电子电路的各种干扰。主要来自：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰以及电子元件内部的热噪声等。2．外部干扰源外部干扰是指与系统结构和参数无关的，由外界窜入到控制系统内的各种干扰，一般来自：电网电压的波动，大型用电设备（天车、电炉、大

4、电机、电焊机）的启停，高压设备和电磁开关的电磁辐射，通信设备发出的电磁波以及传输电缆的共模干扰等。除此之外，太阳和其他天体辐射的电磁波、雷电，甚至气温、湿度等气象条件也会造成干扰。9.5.2干扰信号的种类1．按干扰耦合的形式分类1）静电干扰。静电耦合是干扰电场通过电容耦合方式窜入其他回路中。在控制系统中，互容现象是很普遍的。两根导线之间构成电容；印刷电路板的印刷导线之间存在电容；变压器的线匝之间和绕组之间也都会构成电容。电容为信号的传输提供了一条通路，造成电场干扰信号。2）电磁干扰。在任何通电导体周围空间都会产生磁场，而且电流的变化必然引起磁场的变化，变化的磁场就要在其周围

5、闭合回路中产生感应电动势。在设备内部，线圈或变压器的漏磁会引起干扰；在设备外部，当两根导线在很长的一段区间架设时，也会产生干扰。3）漏电耦合干扰。漏电耦合又称为电阻性耦合。当相邻的元件或导线间绝缘电阻降低时，有些信号便通过这个降低了的绝缘电阻耦合到信号传送的输入端而形成干扰。4）共阻抗感应干扰。在控制系统的回路之间不可避免地存在公共耦合阻抗。例如电源引线、汇流排等都具有一定的阻抗，对于多回路来说就是一个公共阻抗，尽管数值很小，但当流过较大电流时，其作用就像一根天线，将干扰信号引入各回路。2．按干扰的作用方式分类1）串模干扰信号串模干扰信号是指串联于有用信号源回路之中的干扰，

6、也称横向干扰或常态干扰。其表现形式如图9-4所示。当串模干扰的幅值与有用信号相接近时，系统就无法正常工作，即这时提供给微机系统的数据会严重失真，甚至是错误的。2）共模干扰信号共模干扰信号是指由于对地电位的变化所形成的干扰信号，也称为对地干扰、横向干扰或不平衡干扰。共模干扰示意图见图9-5。3）长线传输干扰在计算机控制系统中，现场信号到控制计算机以及控制计算机到现场执行机构，都经过一段较长的线路进行信号传输，即长线传输。对于高速信号传输的线路，即在高频信号电路中，多长的传输线可作为长线，取决于电路信号频率的大小，在有些情况下，可能1米左右的线就应作为长线看待。长线传输干扰主要

7、有：外界干扰；信号延时干扰；信号反射干扰。3．按干扰信号的性质分类1）随机干扰信号。随机干扰信号是无规律的随机性干扰信号，如突发性脉冲干扰信号，连续性脉冲干扰信号。2）周期干扰信号。属于周期干扰信号的有交流声、啸叫、汽船声等自激振荡。4．按干扰源的类型分类1）外部干扰信号。外部干扰信号是指来源于系统外部、与系统结构无关的的干扰源。在工业生产现场的外部干扰源种类繁多，干扰性强，随机性大，主要有电源、用电设备、自然界的雷电、带电的物体等。2）内部干扰信号。内部干扰信号是由于系统的结构布局、线路设计、元器件性能变化和漂移