计算机控制技术8.ppt

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1、计算机控制技术秦川第八章微型计算机控制系统设计计算机控制系统的设计既是一个理论问题,也是一个工程问题。本章主要介绍计算机系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。§8.1计算机控制系统设计的原则一、系统设计的原则1.安全可靠2.操作维护方便3.实时性强4.通用性好5.经济效益高§8.1计算机控制系统设计的原则提高系统可靠性的措施（从系统结构上考虑）1)采用双机系统双机热备份方式两台机器均处于运行状态，一台投入系统，另一台脱离系统主从工作方式两台机器同时投入系统运行，正常情况下分别执

2、行不同的任务，其中一台执行主控任务（主机），另一台执行部分处理任务（从机），一旦某一台机器发生故障，则另一台将承担全部控制任务。双工工作方式两台机器同时运行，同时处理一项任务，其结果送专门装置核对，如果一致，则输出，若不一致，则封锁输出并用诊断程序确定故障机，并将其从系统解除§8.1计算机控制系统设计的原则2)采用集散控制系统即分布式控制系统§8.2计算机控制系统设计的一般步骤一、计算机控制系统的工程项目研制的四个阶段：1、工程项目与控制任务的确定阶段(1)甲方提出任务委托书(2)乙方研究任务委托书(3)双方对委托书进

3、行修改(4)乙方初步进行系统总体方案设计(5)乙方进行方案可行性论证(6)签订合同书§8.2计算机控制系统设计的一般步骤2.工程项目与控制任务的确定阶段(1)组建项目研制小组(2)制定系统的总体方案(3)方案的论证与送审(4)硬件与软件的分别细化设计(5)硬件和软件的分别调试(6)系统的组装§8.2计算机控制系统设计的一般步骤3.离线仿真和调试阶段在实验室而不是在工业现场进行仿真和调试。离线仿真和调试后还要进行考机运行，以便在连续不停机的运行中暴露问题和解决问题4.在线调试和运行阶段即将系统和生产过程联接在一起，进行现

4、场调试和运行。系统正常运行后，可组织验收。验收是系统项目最终完成的标志§8.2计算机控制系统设计的一般步骤二、系统的工程设计与实现1、系统总体方案设计（1）硬件总体方案设计1)确定系统的结构和类型2)确定系统的构成方式3)现场设备选择4)其它方面的考虑（2）软件总体方案设计§8.2计算机控制系统设计的一般步骤（3）系统总体方案1)系统主要功能、技术指标、原理图及文字说明2)控制策略和控制算法3)系统硬件结构及配置4)方案比较和选择5)保证性能指标要求的技术措施6)抗干扰和可靠性设计7)机柜或机箱的结构设计8)经费和进度

5、计划的安排§8.2计算机控制系统设计的一般步骤2.硬件工程的设计与实现（1）选择系统的总线和主机类型1)选择系统的总线，包括内总线和外总线选择2)选择主机机型（2）选择输入输出通道模板1)数字量（开关量）输入输出(DI/DO)模板2)模拟量输入输出(AI/AO)模板（3）选择变送器和执行机构1)选择变送器2)选择执行机构§8.2计算机控制系统设计的一般步骤3.系统总体方案设计（1）数据类型和数据结构规划（2）资源分配（3）实时控制软件设计包括数据采集及数据处理程序、控制算法程序、控制量输出程序和实时时钟、中断处理程序、

6、数据管理程序和数据通信程序§8.2计算机控制系统设计的一般步骤4.系统的调试与运行（1）离线仿真和调试（2）在线调试和运行在现场进行调试之前应对各种仪器、设备、抗干扰和接地情况以及安全防护措施进行检查。经检查并安装正确之后，就可以进行系统的投运和参数整定。§8.3工业控制系统设计实例例1基于单片机PID和PWM液体流量控制系统一、概述液体流量控制通常采用电磁阀实现，而电磁阀一般使采用全控的开关功率元件进行脉宽调制（简称PWM）的控制方式。§8.3工业控制系统设计实例本系统采用AVR系列的atmega32单片机为核心，通

7、过设置atmega32的PWM控制寄存器产生脉宽可调的PWM波，对比例电磁阀的输入电压进行调制，从而实现了对液体流量的变量控制。单片机统过涡轮流量计采集实际流量信号，根据该信号在其内部采用数字PID算法对PWM控制寄存器的值进行修改，从而达到精确的变量控制。单片机输出的PWM脉冲信号分别经7406和7407输入到Q1，Q2的G极，在每个PWM周期的高电平区间，Q1导通，Q2截止，电磁阀导通。在每个PWM周期的低电平区间，Q1截止从而切断了电源，电磁阀的感应电动势经Q2形成回路。二、软件部分1.设计采用单片机atmega

8、32产生PWM信号，比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。也即只要改变该寄存器值即可改变占空比.2.如何使用PID算法。W:给定值也即给定流量Y:传感器检测到的实际流量e=w-y。控制量u是什么？如何将计算得到的控制量赋给PWM模块,使得PWM脉冲的占空比发生变化？实际上PID并没有对输出作太多描述，也没有指定对象和作用域。它的输