第8章控制系统设计2015要点分析.ppt

第八章 计算机控制系统设计 主讲：黄松清 安徽工业大学 电气与信息工程学院 自动化系 二零一五年二月 内容提要 概述 计算机控制系统设计的基本要求和特点 计算机控制系统设计的一般步骤 计算机控制系统设计方法 计算机控制系统设计实例 小结 概述 计算机控制系统的设计既是一个理论问题，又是一个工程实际问题。因此，设计计算机控制系统必须具备一定的硬件基础知识、软件设计能力以及综合运用知识的能力。在进行计算机控制系统设计时，大量的工作就是如何根据各个生产过程的实际需要设计应用程序 计算机控制系统设计的基本要求和特点 系统设计的基本要求 ◆ 系统操作性能要好 ★ 使用方便 ★ 维修容易 ◆ 通用性好，便于扩充 ★ 系统设计标准化 ★ 设计指标留有一定的余量 ◆ 可靠性要高 ★ 采用双机系统 ★ 采用分布式控制系统 计算机控制系统设计的基本要求和特点（2） 系统设计的特点 ◆ 在进行微机控制系统设计时，必须把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，做到合理权衡硬件、软件的配置，并尽量节省机器时间和内存空间 ◆ 硬件设计主要采用大规模集成电路 ◆ 软件设计借用计算机厂家提供的系统软件，而把主要任务放在应用程序的设计上 计算机控制系统设计的一般步骤 研究被控对象，确定控制任务 ◆ 深入了解控制对象的工作过程，熟悉其工艺流程 ◆ 根据实际应用中的问题提出具体要求，确定系统所要完成的任务 ◆ 用时间和控制流程图来描述控制过程和控制任务，写成设计任务说明书 计算机控制系统设计的一般步骤（续） ? 确定系统整体控制方案 ◆ 要从系统构成上考虑，是采用开环控制还是闭环控制 ◆ 考虑执行机构采用什么方案，是采用电机驱动、液压驱动还是其它方式驱动，比较各种方案，择优而用 ◆ 考虑是否有特殊控制要求 计算机控制系统设计的一般步骤（续） ? 选择微型计算机和外围设备 ◆ 字长 ◆ 寻址范围和寻址方式 ◆ 指令种类和数量 ◆ 内部存储器的种类和数量 ◆ 速度 ◆ 中断处理能力 计算机控制系统设计的一般步骤（续） 确定控制算法 ◆ 确定算法能否满足控制速度、精度以及系统稳定性的要求 ◆ 确定某些情况下要进行修改与补充 ◆ 确定为设计、调试方便，可将控制算法作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果 设计的一般步骤（续） 系统总体方案设计 ◆ 估计内存容量、进行内存分配 ◆ 过程通道和中断处理方式的确定 ◆ 系统总线的选择 ◆ 操作台的控制 设计的一般步骤（续） ? 硬件和软件的具体设计 ◆ 硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购和开始施工设计工作 ◆ 软件设计： ①实时性； ②针对性； ③灵活性和通用性； ④可靠性 设计的一般步骤（续） ? 系统联调 ◆ 把已调好的各程序功能块按照总体设计要求连成一个完整的程序。程序调试完成后，还要进行在线仿真，然后进行试运行。经过一段考机和试运行后，即可投入正式运行 系统设计步骤示意图 计算机控制系统的设计 ? 系统的选择和配置 ◆ 购买现成的计算机系统或PLC控制器 ◆ 采用标准功能模块构成系统 ◆ 定制设计系统 系统的设计（续） ? 总线负载的考虑 ◆ 单向总线的负载 ◆ 双向总线的负载 系统的设计（续） ? 专用微型计算机系统设计 ◆ 标准系统的设计 ★ 选择CPU ★ 连接地址线 ★ 连接存贮体 ★ 连接I/O接口 系统的设计（续） ◆ 专用系统的设计 ★ 选择确定应用目标 ★ 确定实时时钟和中断结构 ★ 系统的线路设计和结构设计 ★ 系统软件及应用程序设计 系统的设计（实例） ? 电阻炉温度控制系统 ◆ 设计任务 在某实验装置中，要求按照控制电阻炉中A点的温度按预定的规律变化，同时监测B点的温度，一旦B点的温度超过允许值，就发出报警信号，并停止加热 微机控制系统的设计（实例） ◆ 硬件电路 系统的设计（实例） ★ 温度测量电路 — 检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为EU，适用于0℃~1000℃的温度测