计算机控制系统的设计课件.ppt

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1、第8章计算机控制系统的设计计算机控制系统的设计8.1计算机控制系统的设计步骤与方法8.1.1总体方案的确定8.1.2计算机控制系统输入部分的设计8.1.3确定控制算法8.1.4计算机控制系统输出部分的设计8.1.5计算机控制系统的调试计算机控制系统的设计8.2计算机控制系统的可靠性设计8.3计算机控制系统的抗干扰技术8.3.1硬件抗干扰技术8.3.2软件抗干扰技术8.4计算机控制系统设计举例8.1计算机控制系统的设计步骤与方法1．系统设计的步骤1）系统的分析与设计2）系统的实施3）系统调试与投入2．系统设计方法从系统构成上看，除被控对象外

2、，其余部分都要由设计者进行设计。从功能上分，可分为总体部分、输入部分、控制器部分和输出部分。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法8.1.1总体方案的确定1．确定对象的被控量和控制量被控量的选择原则如下：①选择对控制目标起关键影响作用的量作为被控量；②为提高系统的控制质量，选择与控制目标有密切关系的量作为辅助被控量。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法控制量的选择原则如下。①选择对被控量有重大影响的对象输入变量作为控制量；②若对象存在多个输入量，选择对被控量响应较快、变化范围较大的量作为控制量；③所选控制量之间的相互依赖关系越小越好。8.1计

3、算机控制系统的设计步骤与方法【例8-1】设计燃油辊道窑温度控制系统。辊道窑温度控制系统示意图和窑道理想烧成温度曲线如图所示。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法2．建立数学模型为了实现计算机控制，使计算机能按设计出的控制算法对被控对象进行控制，必须事先知道被控对象的数学模型，也就是指前面所说的控制量与被控量的关系。可用如下3种方法建模：①理论分析法。②实验测试法。③经验公式法。3．选用检测元件（传感器）8.1计算机控制系统的设计步骤与方法4．选用执行机构执行机构是控制器与被控对象之间的连接部件，根据不同的生产对象、不同的物理量，可以选用适当

4、的执行机构如下。①步进电机。②电动执行机构。③气动调节阀。④液压执行机构。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法5．选定输入/输出通道一条完整的模拟量输入通道应包含测量传感器、信号调理电路、多路切换器和A/D转换器等模块。6．选用计算机和选定外部设备对计算机有多种选择，可以视设计任务、对象复杂性、运行条件和发展前景等情况而定。提出如下选机原则：①实时性。②可靠性。③可扩充性。④可维护性。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法根据上述选机原则，可给出主要如下3种选择方案：1）工业控制机（或工业PC）2）单片机3）自行设计系统8.1计算机控制系统的

5、设计步骤与方法8.1.2计算机控制系统输入部分的设计1．A/D转换器字长的确定1）确定采集数据的结构形式2）量化误差量化必定存在误差。设量化器的输入为x(t)，输出为x*(t)，则量化误差为式中，ε为量化误差，是q、x、t的函数。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法3）求A/D转换器的字长求得A/D转换器的字长为分辨率定义为求得A/D转换器的字长为8.1计算机控制系统的设计步骤与方法4）校核校核原则：计算机的字长应大于A/D转换器的字长。除上面提及的输入量化误差外，还有如下误差。①D/A转换器引入的输出误差。②存储器存储系数、数据时，因舍入

6、或截尾而产生的存储误差。③运算器运算时（特别是乘法、递归运算等）带来的运算误差。因此，为了提高精度，机内CPU的字长必须比求得的A/D转换器字长要长得多。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法2．多路转换开关的设计①对于单片机多路转换开关每一路输入端口的外部接口电路，其周围环境的好坏直接影响A/D转换器的性能。②A/D转换器的基准电源是否稳定对A/D转换器的绝对精度影响很大。3．开关量输入通道的设计8.1计算机控制系统的设计步骤与方法8.1.3确定控制算法有了数学模型，就可以据此推算（设计）出控制器算法纯滞后是个超越函数，工程上常用有理公式近

7、似法（Pade展开法）进行近似处理。指数eτs可以展开成级数为也可以用一个分母为n阶，分子为m阶（m

8、机系统的输出设备往往是高电压大电流设备，大功率设备运作时，常常会产生强电磁干扰，因此，要加入隔离措施，转换和隔离两种措施都不可少。8.1计算机控制系统的设计步骤与方法8.1.5计