计算机控制技术chapter9.ppt

第9章 计算机控制系统设计与实现 9.1 系统设计的原则与步骤 9.2 系统的工程设计与实现 9.3 计算机控制系统设计举例 9.1 系统设计的原则与步骤 9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤 9.1.1 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 9.1.2 系统设计的步骤 1.工程项目与控制任务的确定阶段 工程项目与控制任务的确定一般按图9.1所示的流程进行。 2.工程项目的设计阶段 工程项目的设计阶段的流程图。 3. 离线仿真和调试阶段 4。在线调试呵运行阶段 9.2 系统的工程设计与实现 9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 9.2.3 9.2.4 系统的调试与运行 9.2.1 系统总体方案设计 1.硬件总体方案设计 硬件总体方案设计主要包含一下几个方面的内容。 确定系统的结构和类型 确定系统的构成方式 现场设备选择 其它方面的考虑 2.软件总体方案设计 3.系统总体方案 将上面的硬件总体方案和软件总体方案合在一起构成系 统的总体方案。总体方案论证可行后，要形成文件，建立总体方 案文档。系统总体文件的内容包括： 系统的主要功能、技术指标、原理性方框图及文字说明。 控制策略和控制算法，例如PID控制、达林算法、Smith补偿控制、最少拍控制、串级控制、前馈控制、解耦控制、模糊控制、最优控制等。 系统的硬件结构及配置，主要的软件功能、结构及框图。 方案比较和选择。 保证性能指标要求的技术措施。 抗干扰和可靠性设计。机柜或机箱的结构设计。 经费和进度计划的安排。 微机控制系统设计的基本要求和特点 1. 设计的基本要求 2. 设计特点 微机控制系统的设计方法及步骤 1. 确定系统整体控制方案 2. 确定控制算法 3. 选择微型计算机和外围设备 4. 系统总体设计 5. 硬件和软件的具体设计 6. 系统联调 7. 可靠性高 对任何计算机应用系统来说，尽管各种各样的要求很多，但可靠性是最突出和最重要的一个。因为一个系统能否长时期安全可靠地正常工作，对一个工厂来说将要影响到整个装置、整个车间，乃至整个工厂的正常生产。一旦故障发生，就会造成整个生产过程的全面混乱甚至瘫痪，从而引起严重后果，所以对可靠性有很高的要求。特别是作为控制核心的微机，其可靠性要求则更高。提高可靠性常采用双机系统和多微机集散控制。 1) 采用双机系统 在双机系统中，用两台微机作为系统的核心控制器。由于两台微机同时发生故障的概率很小，从而大大提高了系统的可靠性。双机系统中两台微机的工作方式，常见的有以下几种。 (1)备份机工作方式。在这种方式中，一台微机投入系统 运行，另一台虽然也同样处于运行状态，但是它是脱离系统的，只是作为系统的一台备份机。当投入系统运行的那一台微机出现故障时，通过专门的程序和切换装置，自动地把备份机切入系统，以保持系统正常运行。被替换下来的微机经修复后，就变成系统的备份机，这样可使系统不因主机故障而影响系统正常工作。 (2)主-从工作方式。这种方式是两台微机同时投入系统运行。在正常情况下，这两台微机分别执行不同任务。如一台微机可以承担系统的主要控制工作，而另一台可以执行诸如数据处理等一般性的工作。当其中一台发生故障时，故障机能自动地脱离系统，另一台微机就自动地承担起系统的所有任务，以保证系统的正常工作。 2) 采用多微机集散控制系统 多微机集散控制系统结构是目前提高系统可靠性的一个重要发展趋势。如果把系统的所有任务分散地由多台微机来承担,为了保持整个系统的完整性，还需用一台适当功能的微机作为上一级的管理主机，第一级由多台微机分别对各被控对象进行控制，而上一级的微机通过总线与下一级的微机相连接，并对它们实施管理和监督。 多级分散应用系统可以使微机的故障对系统所产生的影响减至最小。如果第一级中某一台微机发生故障，其影响是很小的一个局部，而且故障机所承担的任务还可以由上一级主机来接替，因此，系统工作基本不受影响。如果上一级管理机发生了故障，则下一级微机仍可以独立维持对被控对象的控制，直到上一级管理机排除故障为止。 有关微机应用系统可靠性的问题是一个十分重要而又复杂的课题。可靠性设计应包括硬件的、软件的、电源的、环境的及电磁兼容性的设计等，由于本书内容的限制，请读者参阅有关资料。 9.3 微机控制系统设计举例 一 （电阻炉炉温控制系统） 3.1 硬件电路 3.2 数字控制器的数学模