计算机控制技术ppt课件

1、第一章 绪论 一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成构造及特点 三.计算机控制系统的开展概述 y控制器-被控对象e给定量执行机构+rD/A被控量测量变送uA/D生产过程工控机2. PC总线规范 XT线书上的PC总线：62线，16位，数据传输率2.38Mbps ISA (AT) 总线：对XT总线的扩展，98线， 16位，寻址空间16MB，数据传输率16Mbps EISA 总线：对ISA总线的扩展， 32位，98+98线，数据传输率32Mbps VESA总线：部分总线规范，是ISA总线的扩展，顺应多媒体技术，数据交换由CPU总线直接进展，运转速度为66MHz或更高，最大数据传输率为132Mb

2、ps。 PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的管理层，提供一致的总线接口，构成了开放的部分总线规范，而不依赖于CPU芯片。任务频率33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种，数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以到达8Gbps。 3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机 PCI 总线工控机 PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的根底上减少模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in3.8 in (90mm96mm)，可以层叠。 CompactPCI工控机：PCI总线欧式插卡

3、构造。第2章输入输出接口与过程通道 接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括输入和输出接口。 接口技术：研讨计算机与外部设备交换信息的技术。 过程通道：计算机和消费过程之间设置的信息传送和转换的衔接通道。AI、AO、DI、DO 2.1 数字量输入输出通道DI、DO 数字量开关量：用“0和“1 两个量进展描画。 2.1.1 数字量输入输出接口 数字量输入接口 三态门缓冲器74LS244 MOV DX, port IN AL,DX数字量输出接口 锁存器74LS273 利用IOW上 升沿锁存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,DL输 入 调 理 电 路输 入 缓 冲

4、器地址译码器生 产 过 程P C 总 线2.1.2 数字量输入通道数字量输入通道构造输入调理电路 把现场信号经转换、维护、滤波、隔离转换成 计算机可以接纳的逻辑信号。 小功率输入调理电路 开关去抖电路 积分电路 AOAOOA1 RS触发器 去抖 RS触发器 “ 1 负脉冲 “ 0 高电平大功率输入调理电路采用光电隔离输 出 驱 动 器输 出 锁 存 器地址译码器生 产 过 程P C 总 线2.1.3 数字量输出通道1、数字量输出通道构造2、输出驱动电路小功率直流驱动电路 功率晶体管输出驱动继电器电路 续流二极管在功率晶体管封锁时，为继电器线圈产生的反电动势提供旁路通道，维护晶体管。 达林顿阵列

5、输出驱动继电器电路 MC1416，7路驱动，带维护二极管 大功率交流驱动电路 固态继电器。零交叉电路在交流电过零时产生 触发信号，减少干扰。 2.2 A/D转换器及接口技术 常用A/D转换方式： 1、逐次逼近型：转换时间短，抗扰性差电压比较 ADC08098位，AD57412位 2、双斜积分型：转换时间长，抗扰性好积分 MC1443311位，ICL714位 3、全并行比较型Flash型：采用多个比较器，速度极高，电路规模大，本钱高。 4、分级型：减少并行比较ADC的位数，分级多次转换，减小电路规模，坚持较高速度。 5、-型过采样转换器：高速1bit DAC+数字滤波，转换成低采样率高位数字，分

6、辨率高。A/D转换器的主要技术目的： 转换时间：积分型毫秒级，逐次比较 微秒级，全并行 纳秒级。 分辨率：数字量位数n。 LSB最低有效位满量程的1/2n.线性误差：量程范围内，偏离理想转换特性 的最大误差，通常为1/2LSB或1LSB 量程：能转换的电压范围。 对基准电源的要求：电源精度。2.2.1 A/D转换器 8位A/D转换器ADC0809 带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器 转换时间100us, 误差1/2LSB 8通道模拟开关及通道选择 地址锁存信号ALE 转换启动：START收到正脉冲 转换终了：EOC从低电平变为高电平 基准电压：VREF(+)=5.12V, VREF(-

7、)=0VCBA通道000VIN0001VIN1 111VIN7 转换时序 12位A/D转换器AD547A 单通道12位逐次逼近A/D转换器 转换时间25us, 误差1/2LSB，单极性或双极 性输入，量程10V或20V。单、双极性运用 单极性：BIP OFF接0V 双极性：BIP OFF接10V转换结果输出： 引脚12/8=1：D11-D0并行输出； 引脚12/8=0：D11-D8和D7-D0分时输出； 控制逻辑 CECSR/C12/8A0操作功能100X0启动12位转换10001启动8位转换1011X输出12位数字10100输出高8位数字10101输出低4位数字0XXXX无操作X1XXX无操

8、作转换进展：STS为高电平 转换终了：STS从高电平转为低电平 转换时序： 启动转换时序：读2.2.2 A/D转换接口技术 ADC0809与8255A接口 8255A的A口任务方式0。 A口为数据输入端 C口上半部分为输入，下半部分为输出。 PC0-PC2 通道地址ABC PC3 ALE和START，启动转换 PC7 OE和EOC，检测转换终了 8255A系统地址2C0H2C3H。 ADC0809PROC NEAR MOV CX,8; 循环次数 CLD; DI自动增量 MOV BL,00H ; 模拟通道地址 LEA DI,DATABUF； 字串存储地址 NEXTA: MOV DX,02C2H

9、MOV AL,BL OUT DX,AL INC DX MOV AL,00000111B；输出启动信号，上升沿锁存地址 NOP NOP NOP MOV AL,00000110B；下降沿, 构成ALE, START 脉冲 OUT DX,AL DEC DX NOSC:IN AL, DX; 检测转换终了信号 TEST AL,80H JNZ NOSC; EOC=1, 那么等待，检测EOC下降沿 NOEOC: IN AL, DX; TEST AL,80H JZ NOSC; EOC=0, 那么等待，检测EOC上升沿，转换终了 MOV DX,02C0H; 读转换结果 IN AL,DX STOS DATABUF

10、; 保管结果 INC BL; 修正模拟通道地址 LOOP NEXTA；CX-1; RET ADC0809 ENDPAD574与与8255A接口接口 AD574的的12/8接接5V，A0接地，接地，任务于任务于12位转换和读出方式。位转换和读出方式。 8255A的的A口、口、B口任务方式口任务方式0，数，数据输入端据输入端C口上半部分为输入，下半部分口上半部分为输入，下半部分为输出。为输出。 PC0-PC2 R/C，CS，CE PC7 STS，检测转换终了，检测转换终了 8255A系统地址系统地址2C0H2C3H。 MOV DX,02C2H; 令CS,R/C为低电平 MOV AL,00H OUT

11、 DX,AL NOP NOP MOV AL,04H； 令CE=1, 启动转换 OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,03H；令CE=0，CS, R/C1，启动终了 OUT DX,AL POLLING:IN AL,DX; 查询STS形状 TEST AL,80H JNZ POLLING; STS=1 那么等待，检测下降沿转换终了 MOV AL,01H；令CS0,R/C1, 预备读OUT DX,AL NOP MOV AL,05H; 令CE=1,允许读出 OUT DX,AL MOV DX,02C0H IN AL,DX ; 读高4位DB11-DB8; AND AL, 0FH MOV BH,A

12、L；存高4位 INC DX IN AL,DX ；读低8位DB7-DB0 MOV BL,AL INC DX MOV AL,03HOUT DX,AL; 终了读出操作第二章 输入输出接口与过程通道2 2.3 模拟量输入通道 模拟量输入通道把模拟信号转换为二进制数字信号，送入计算机中。 模拟信号传输010mA或420mA电流传输。2.3.1 模拟量输入通道构造2.3.2 I/V变换 电流输出 仪表DDZ-：010mA 仪表DDZ-,DDZ-S：420mA 无源I/V变换利用无源器件完成 010mA:R1 100 R2 500 05V输出 420mA:R1 100 R2 250 15V输出有源I/V变换

13、利用有源器件完成 010mA:R1 200 R3 100k R4 150k 05V输出 420mA:R1 200 R3 100k 同相放大器倍数 A=1+R4/R3 R4 25k 15V输出 2.3.3 多路转换器 多路开关理想任务形状：开路电阻无穷大，导通电阻为0。要求切换速度快。 举例：CD40518通道开关 INH 制止输入2.3.4 采样、量化及常用的采样坚持器 信号的采样 采样过程：以周期时间间隔T，把时间与幅值延续的模拟信号转变为连串脉冲输出信号。 为采样宽度，即K闭合的时间。香农采样定量：假设信号的最高频率为fmax，只需采样频率f 2 fmax，采样信号就能独一复现原信号。 量

14、化 量化：用一组数码逼近离散模拟信号的幅值。 量化过程：模拟信号数字信号。 量化单位：A/D转换器的最低有效位LSB对应的模拟量。 q=(ymax-ymin)/(2n-1) 量化误差： 1/2q采样坚持器 孔径时间tA/D：完成一次A/D转换需求的时间。 孔径误差：采样时辰的最大转换误差。 孔径误差的消除：采用采样坚持器 孔径时间内，信号的变化导致转换误差，A/D转换器需求采样坚持器来提高输入信号的频率范围。 采样坚持器：把t=KT时辰的采样值坚持到A/D转换终了。 采样：K闭合，CH快速充电，VOUT跟随VIN 坚持：K断开，VOUT坚持VC 缓慢变化的信号无需采样坚持器LF398 采样坚持

15、控制引脚8：高电平，采样 低电平，坚持 CH外接高质量电容，其减小可以提高采样频率。 获取时间：CH为0.01uF时, 时间为25us2.3.5 模拟量输入通道设计模拟量输入通道设计器件：器件：AD547A, LF398, CD4051,8255A 目的目的8通道模拟量输入通道模拟量输入 12位位A/D转换转换25us)，量程，量程010V 查询应对方式查询应对方式 电路逻辑：电路逻辑： 通道选择通道选择-PC0-PC2, 通道制止通道制止-PC3 LF398采样和坚持采样和坚持-ADC547的的STS+反相器反相器 AD547A的的R/C, CS, CE -PC4-PC6 转换形状检测转换形

16、状检测STS-PA7 数据输入：高数据输入：高4位位-PA0-PA3，低，低8位位-B口口AD574APROC NEAR CLD LEA DI,BUF MOV BL,00000000B; 令CE，CS, R/C, INH=0,初始化 MOV CX,8 ADC:MOV DX,2C2H ; C口地址 MOV AL,BL OUT DX,AL; 选择多路开关，STS=0, LF398采样 NOP NOP OR AL,01000000B； 令CE=1, 启动转换A/D OUT DX,AL； AND AL,10111111B； 令CE=0, 构成启动脉冲 OUT DX,AL； MOV DX,2C0H; A

17、口地址PULLINGIN AL,DX ； 测试STS，看转换能否终了 TEST AL,80H JNZ PULLING ；转换期间 STS1，LF398坚持 MOV AL,BL； OR AL,00010000B; 转换终了，令R/C1，预备读 MOV DX,2C2H; OUT DX,AL OR AL,01000000B;令 CE, R/C1，开场读 MOV DX,2C0H ; 读A口高4位 IN AL,DX AND AL,0FH MOV AH,AL ；高4位存在AH INC DX; 读B口低8位 IN AL,DX ；低8位存在AL STOSW; 数据存储INC BL; 改换通道LOOP ADC

18、MOV AL,00111000B; CE=0，CS, R/C, INH=1, 芯片复位 MOV DX,2C2H OUT DX,AL RET AD574A ENDP 2.4 D/A转换器及接口技术 D/A转换器的技术目的 分辨率：D/A转换器输入二进制数的位数。 建立时间：输入数字信号的变化是满量程时， 输出信号到达离终值 1/2LSB的所需时间。 线性误差：偏离理想转换特性的最大误差。 常见D/A转换器类型： 电流输出型，通常要转为电压，速度因外接放大器有滞后。 电压输出形，速度快，仅用于高阻抗负载。 乘算型，在基准电压输入上加交变信号，能输出数字输入和基准电压输入相乘的结果，完成乘法运算。

19、1 bit D/A转换器，将数字值转换为脉冲宽度调制或频率调制的输出，然后用数字滤波器作平均化而得到电压输出(又称位流方式)。 2.4.1 D/A转换器 8位D/A转换器ADC0832 8位电流输出型D/A转换器内部具有两个锁存器：输入锁存器和DAC锁 存器，分别由LE1，LE2控制。 高电平：存放器直通 低电平：存放器锁存 引脚阐明： DI0-DI7：数字输入 IOUT1,IOUT2：电流输出， IOUT1+IOUT2=C ILE：输入存放器锁存允许 WR1：控制输入存放器 WR2：控制DAC存放器 XFER：控制DAC存放器 XFER， WR2地用于多个D/A转换器的同步， 通常接地，这时

20、DAC存放器直通。 Rfb反响电阻端，VREF参考电压。 DAC0832单缓冲方式： XFER， WR2接 地，ILE接高电平， WR1接I/O控制，CS接 译码，2个存放器中只需输入存放器有效。12位D/A转换器DAC1210 12位电流输出型D/A转换器 内部具有两个锁存器：输入锁存器和DAC锁存器，分别由LE控制。 BYTE1/BYTE2输入控制端 高电平：DI0-DI11同时锁存到输入存放器 低电平：DI0-DI3锁存到4位输入存放器 DAC存放器的锁存控制端LE 高电平：QD，输入存放器与DAC存放器 直通 低电平：DAC存放器锁存 WR1,WR2,CS,XFER ,Rfb,VREF

21、与DAC0832一样2.4.2 D/A转换接口技术 DAC0832与XT总线接口 DAC0832任务方式为单缓冲存放器。 用反相放大器把输出电流转换为负极性电压 任务过程： 1. 端口地址+IOW有效- CS有效 - LE1高电平 - 输入存放器直通 - 输入数据进展D/A转换。 2. IOW变高- CS变高 - LE1低电平 - 输入寄 存器锁存 - D/A转换输出坚持。 程序，端口地址300H。 MOV DX,300H MOV AL,7FH OUT DX,AL HLT 电流输出端IOUT1,IOUT2的电位应接近0，以保证运放输出的线性。DAC1210与XT总线接口 译码器对端口300H，

22、301H，302H分别产生 Y0， Y1 ， Y2用于DAC的控制。 CS接地 8位输入存放器：XT总线D0-D7 4位输入存放器：XT总线D4-D7 输出端用反相放大器把差动电流转换为电压 ,经倒相后变为正极性电压输出。 任务过程： 1. 锁存高8位数据：Y0有效- BYTE1/BYTE2 高 电平-当 IOW 有效- D0-D7 锁入8位输入存放器， D4-D7 锁入4位输入存放器。 2.锁存低4位数据： Y1有效- BYTE1/BYTE2 低 电平-当 IOW 有效- D4-D7 锁入4位输入存放器。 3.输入存放器数据送到DAC存放器： Y2有效- XFER 低电平-当 IOW 有效-

23、输入存放器数据 传送到DAC存放器，并开场D/A转换。 4. DAC存放器锁存， D/A 输出坚持： Y2, IOW 变高电平-DAC存放器锁存数据，坚持D/A转 换输出。 程序 MOV DX,300H; Y0有效 MOV AL,83H； 高8位数据 OUT DX,AL MOV DX,301H; Y1有效 MOV AL,0F0H； 低4位数据 OUT DX,AL MOV DX,302H；Y2有效 OUT DX,AL； 进展D/A转换 HLT微机计算机控制技术 第五讲 第3章 数字程序控制技术 所谓数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制消费机械如各种加工机床按规定的任务顺序、运动轨迹

24、、运动间隔和运动速度等规律自动地完成任务的自动控制。 数控系统：输入安装、输出安装、控制器和插补器。 计算机数控CNC(Computer Numerical Control) 步骤： 1. 曲线分段： 图中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，a、b、c、d四点坐标送计算机。 分割原那么：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内。 2. 插补计算： 插补计算： 给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法。 插补计算原那么：经过给定的基点坐标，以一定的速度延续定出一系列中间点，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段。 插补： 直线插补 (在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近

25、) 二次曲线插补圆弧、抛物线、双曲线 (在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近)3. 折线逼近： 根据插补计算出的中间点、产生脉冲信号驱动x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓。步长：刀具对应于每个脉冲挪动的相对位置，可以用 x, y表示，普通 x y x方向步数：Nx(xe-x0)/ x y方向步数：Ny(ye-y0)/ y 3.1.2 数字程序控制方式 数字程序控制的3种方式：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。 点位控制 只需求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，对刀具的挪动途径、挪动速度、挪动方向不作规定，且在挪动过程中不做任何加工，

26、只是在准确到达指定位置后才开场加工。定位 直线切削控制 控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进展切削加工。单轴切削轮廓的切削控制 控制刀具沿工件轮廓曲线运动，并在运动过程中将工件加工成某一外形。这种方式借助于插补器进展。多轴切削 三种方式比较 点位控制：驱动电路简单，无需插补 直线切削控制：驱动电路复杂，无需插补 轮廓切削控制：驱动电路复杂，需插补 3.1.3 开环数字程序控制 闭环方式 执行机构多采用直流电机作为驱动元件 反响丈量元件采用光电编码器、光栅、感应同步器等开环方式 3.2 逐点比较法插补原理 逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都

27、要和给定轨迹上的坐标值进展比较一次，决议下一步的进给方向： 用阶梯折线逼近曲线。 走一步 - 比较一次 - 决议下一步的走向 逐点比较法的最大误差：一个脉冲当量步长3.2.1 逐点比较法直线插补 插补步骤： 偏向判别 - 坐标进给 - 偏向计算 - 终点判别 走一步 - 比较一次 - 决议下一步的走向 插补终了判别 第一象限内的直线插补 偏向计算式： 假设点m在OA直线段上，那么有xm/ym=xe/ye 即ymxe-xmye0 于是取偏向计算式为 Fm=ymxe-xmye 偏向判别： 偏向判别式： 假设Fm = 0，那么点m在OA直线段上； 假设Fm 0，那么点m在OA直线段的上方； 假设Fm

28、 = 0时，沿+x轴方向走一步； 当Fm = 0，这时沿+x轴方向走一步至m1点。 ( xm+1， ym+1) = ( xm+1, ym ) Fm+1= ym+1xe-xm+1ye= ymxe-(xm+1)ye = ymxe-xmye -ye= Fm ye 2设加工点在m点，假设Fm = 0，Fm+1= Fm ye 假设Fm 0，M点在圆弧外 Fm=0，向-x方向进给一步，并计算新的偏向；当Fm =0，向-x方向进给一步 xm+1， ym+1) = ( xm1, ym ) Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm 2xm +1 当Fm 坐标进给 - 偏向计算 -坐标计算- 终点判别 直

29、线插补：偏向计算运用终点坐标xe，ye 圆弧插补：偏向计算运用前一点坐标xm，ym 四个象限的圆弧插补 第一象限顺圆弧的插补计算 当Fm=0，向+y方向进给一步， Fm+1= Fm 2ym +1 当FmB-C-A相轮番通电，那么磁场沿A、B、C方向转动360度角，转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置。齿数为4，齿距角为90度，即1个齿距转动了90度。 步进电机的“ 相和“ 拍 “ 相 绕组的个数 “ 拍 绕组的通电形状。如：三拍表示一个周期共有3种通电形状，六拍表示一个周期有6种通电形状，每个周期步进电机转动一个齿距。 步进电机的步距角的计算： N：步进电机的拍数 Z：转子的齿数。 齿距角z=

30、360/Z 步距角360/(NZ) ：步进电机每拍步进的角度。 3.3.2 步进电机的任务方式 步进电机的通电方式 单相通电方式、双相通电方式、单相双相交叉通电方式。 三相步进电机可任务于三相三拍单三拍、双相三拍双三拍、三相六拍任务方式。 单三拍任务方式 A-B-C-A 双三拍任务方式 AB-BC-CA-AB- 三相六拍任务方式 A-AB-B-BC-C-CA-A- 步进电机细分驱动： 切换时，绕组电流并非全部切除或通入，只改动额定值的一部分如1/4)，转子也只转动步距角的一部分如1/4)。优点：到达更高分辨率，减小振动和噪声微机计算机控制技术 第七讲 3.3.3 步进电机控制接口及输出字表 步

31、进电机常规控制电路 脉冲分配器：把脉冲串按一定规律分配给脉冲放大器的各相输入端，又称环形分配器。 输入：步进脉冲，1个脉冲为1拍，走一步； 方向选择 ，正转或反转。 输出：各相绕组的驱动脉冲。 功率放大器：脉冲分配器的输出电路缺乏以驱动步进电机，进展功率放大。 步进电机微机控制方式一 微机 环形分配器 功放 运动控制及脉冲产生 脉冲脉冲分配 步进电机微机控制方式2 微机 驱动电路 运动控制和脉冲分配 功率放大 步进电机控制接口 例如：采用8255芯片控制x, y轴步进电机。步进电机控制的输出字表 8255的PA、PB口分别控制x, y轴步进电机。 输出数据“ 1表示通电，“ 0表示断电。 输出

32、字以表的方式顺序存放在内存： 正转访问顺序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反转访问顺序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微机的运动控制功能 改动输出脉冲数，控制步进电机的走步数； 改动各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转； 改动输出脉冲的频率，控制步进电机的转速。输出字以表的方式顺序存放在内存： 正转输出顺序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反转输出顺序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微机的运动控制功能 改动输出脉冲数，控制步进电机的走步数； 改动各相绕组的通电顺序

33、，控制步进电机的转向，正转、反转； 改动输出脉冲的频率，控制步进电机的转速。 3.3.4 步进电机控制程序 步进电机走步控制程序流程图步进电机速度控制程序 步进电机调速：改动输出脉冲的频率。 可采用延时或定时器方法。 延时或定时时间的计算： Ti为相邻两次走步的时间间隔，Vi为进给一步后速度，a为加速度，有： 步进电机控制实验 四相八拍任务方式。 8086：采用延时方式进展速度控制 8031：采用定时器方式进展速度控制PWM 直流电机调速 PWM：脉冲宽度调制技术。 输出脉冲频率不变，脉冲宽度受输入信号调制 在电机控制领域运用广泛。 PWM直流电机调速的优点： 1功耗小，效率高。 2以高频脉冲

34、电流给绕组供电，由于绕组为感性负载，脉冲电流得以滤平，所以波系数小,电机发热量小。 3系统的呼应频带宽，起制动非常快。 4系统抗负载扰动的性能好。 5高频输出避开了电机及传动机械的共振点，所以运转平稳，噪声低。 微机产生PWM波形的方法 程序延时：高电平延时低电平延时PWM周期时间 定时器中断：PWM周期T定时中断高电平t定时中断直流电机调速实验 采用PWM调速方式。 8031产生PWM波，驱动电路功率放大。PWM波形的产生： 采用延时方式产生PWM波形，脉宽固定，电机恒速。 T=X*T0, T1=Y*T0，T2=Z*T0。X为T周期参数，放在20H单元。Y为T1延时参数，Z为T2延时参数，放

35、在21H单元，X=Y+Z 。T0为延时的时间基数，由定时器确定，参数置 22H，2 3H单元中。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TT0 ； 跳转到定时器0中断程序 ORG 1000H MAIN:SETB P1.0 ； 脉冲的高电平 MOV R0,21H；(21H) 初始值为Y，存入R0中，延时T1 MOV TMOD, #01H MOV TL0,22H ；时间基数T0的定时参数 MOV TH0,23H SETB TR0 ； 定时中断设置 SETB ET0SETB EA L1:CJNE R0, #00H, L2 ； CPL P1.0 ; 延时R0*T0时间后

36、，输出取反 R0在运转前为MOV A,20H ； 取X, T周期时间。 Y，那么运转后为 SUBB A,21H； A=X-(21H), 假设21H)=Y, A=Z, X; 运转前为X 假设21H)=Z, A=Y; ， 那么运转后为Y。 MOV 21H,A ; A存到(21H) R0交替置入高 MOV R0,A; 低电平延时时间。L2:AJMP L1 TT0:MOV TL0, 22H ；T0 定时中断 MOV TH0, 23H DEC R0 ; R0-1 RETI实验编程： 用8086和8255，P1.0改为PA0口，编程控制直流电机，在第1个10秒慢速转动，第2个10秒快速转动，并不断循环。微

37、机计算机控制技术 第八讲 第四章 常规及复杂控制技术 数字控制器的设计方法： 延续化设计：采样周期短、控制算法简单的系统。忽略零阶坚持器和采样器，求出系统的延续控制器，以近似方式离散化为数字控制器。 离散化设计：采样周期长的或控制复杂的系统。直接运用采样控制实际设计数字控制器。 4.1 数字控制器的延续化设计技术 数字控制器的延续化设计 (1) 忽略控制回路中的零阶坚持器和采样器，在S域中设计延续控制器。条件是采样周期足够短。 (2)经过近似方法，把延续控制器离散化为数字控制器，用计算机实现。 本质：在采用周期足够短的情况下，把数字控制器A/D采样、计算机、D/A零阶坚持看作一个整体，其输入和

38、输出为模拟量，将其等效为延续传送函数。 数字控制器的延续化设计技术，是立足于延续控制系统控制器的设计，然后在计算机上进展数字模拟来实现的。4.1.1 数字控制器的延续化设计步骤 5步 设计假想的延续控制器D(s) 选择采样周期T 将D(s)离散化为D(z) 设计由计算机实现的控制算法 校验 第一步：设计假想的延续控制器D(s) 处理方案：自控原理中的延续系统的频域设计法、根轨迹法等。计算机控制系统的构造图G(s)被控对象的传送函数D(z)数字控制器,H(S)零阶坚持器，UKUt控制量假想的延续控制系统构造图DS延续控制器第二步：选择采样周期T 计算机控制系统的信号恢复功能由零阶坚持器H(s)完

39、成。 频率特性推导，运用欧拉公式。 零阶坚持器的传送函数为： 上式阐明，零阶坚持器存在滞后。 对于小的采用周期，用幂级数展开： H(s)可用T/2的时间滞后环节近似。 采样周期的阅历公式，设相位裕量减少5-15度， c系统剪切频率 结论：采用数字控制器的延续化设计方法，采样周期应该相当短。第三步：将D(s)离散化为D(z) 将延续控制器D(s)离散化为数字控制器D(z)的方法有很多，如双线性变换法、后向差分法、前向差分法、冲击呼应不变法、零极点匹配法、零阶坚持法等 。 经过近似方法，把延续控制器离散化为数字控制器。 方法1: 双线性变换法Tustin 塔斯廷近似 推导1：级数展开z=esT,

40、T很小。 得到 推导2：梯形法数值积分 积分控制器 用梯形法求积分运算 两边求Z变换 映射关系： 双线性变换法置换公式 把S=+j 代入有： 取模的平方 那么： =0s平面虚轴，|z|=1 (z平面单位园上 0s左半平面，|z|0s右半平面，|z|1 (z平面单位园外 结论：1个稳定的系统经过双线性变换依然是稳定的。 方法2: 前向差分法 推导1：级数展开z=esT, T很小。 得到推导2：用一阶前向差分近似替代微分。 微分控制器 用前向差分近似替代 令n=k+1，并对两边作Z变换有： 得出： 映射关系： 前向差分法置换公式 把S=+j 代入， 取模的平方有： 令|z|=1，那么对应到s平面上

41、是一个圆，有： 即当D(s)的极点位于左半平面以-1/T,0)为圆心，1/T为半径的圆内，D(z)才在单位圆内，才稳定。 结论：稳定的系统经前向差分法转换后能够不稳定。 方法3: 后向差分法 推导1：级数展开z=esT, T很小。 得到 推导2：用一阶向后差分近似替代微分。 用向后差分近似替代 对两边作Z变换有： 映射关系： 根据向后差分法置换公式 有 把S=+j 代入， 取模的平方有： 那么： =0s平面虚轴， 0s右半平面， 后向差分法将s的左半平面映射到z平面内半径为1/2的圆，因此假设D(s)稳定，那么D(z)稳定。 映射比较：双线性变换坚持稳定 前向差分不能坚持稳定 向后差分坚持稳定

42、 第四步：设计由计算机实现的控制算法 D(z)的普通方式： m个零点和n个极点，写为 化为时域表示： 上式称为数字控制器D(z)的控制算法。 第五步：校验 经过计算机仿真计算实现。4.1.2 数字PID控制器的设计 PID比例P, 积分I, 微分D 数字PID控制器用计算机实现PID控制，即把模拟PID控制规律数字化。 1.模拟PID调理器 控制规律 拉氏变换求传送函数 其中：Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。 比例作用：迅速反响误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定； 积分作用：消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡； 微分作用：减小超调，抑制振荡，提高稳定性，改

43、善系统的动态特性。2.数字PID调理器 用数值逼近的方法实现PID控制规律。 数值逼近的方法：用求和替代积分、用后向差分替代微分，使模拟PID离散化为差分方程。 1)数字PID位置型控制算法 可得： 位置型控制算法提供执行机构的位置u(k)，比如阀门的开度，需求累计e(i)2)数字PID增量型控制算法 根据位置型控制算法写出u(k-1)： u(k)- u(k-1)可得： 为编程方便，可以整理得到： 其中 增量型控制算法提供执行机构的增量 u(k)，比如步进电机的步数。 增量型算法与位置型算法比较： 1增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。位置型算法用到过去

44、的误差的累加，容易产生较大的累加误差。 2增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时经过逻辑判别限制或制止本次输出，不会影响系统的任务。位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。4.数字PID控制算法流程 式 4.1.35), 书上的图4.6微机计算机控制技术 第九讲 4.1.3 数字PID控制器的改良 积分项的改良 1)积分分别: 改良缘由：当有较大的扰动或大幅度改动给定值时，存在较大的偏向，以及系统有惯性和滞后，在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的动摇。 改良思绪：当被控量和给定值偏向大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差

45、。 改良方法： 当 |e(k)| 时，采用PD控制； 当 |e(k)| 时，采用PID控制。 积分分别阈值确实定： 过大，达不到积分分别的目的； 过小，那么一旦控制量y(t)无法跳出各积分分别区，只进展PD控制，将会出现残差。 2抗积分饱和 积分饱和：假设执行机构已到极限位置，依然不能消除偏向，由于积分的作用，虽然计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行构造已无相应的动作，控制信号那么进入深度饱和区。 影响：假设系统程序反向偏向， 那么u(k)首先需求从饱和区退出，进入的饱和区越深，退出时间越长，导致超调量添加。 改良方法：对控制量u(k)限幅。 以8位D/A为例，u(k)FF

46、H时，取u(k)=FFH。3梯形积分 改良缘由：减小残差，提高积分项的运算精度。 改良方法：矩形积分改为梯形积分。 4消除积分不灵敏区 改良缘由：由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所能表示的数的精度，计算机就作为“零处置，此时积分作用消逝，这就称为积分不灵敏区。 改良措施： 添加A/D转换位数，加长运算字长，提高运算精度。 当积分项延续n次小于输出精度的情况下，不要把它们作为“零处置，而是把它们累加起来，直到累加值大于时才输出，同时把累加单元清零。 微分项的改良 1不完全微分PID控制 改良缘由：微分具有放大干扰信号的特点在PID控制中，对具有高频扰动的消费过程，微分作用呼应过于灵敏，容

47、易引起控制过程振荡。 改良方法：串联一阶惯性环节，作为低通滤波器抑制高频噪声，组成不完全微分PID控制器。 两种方式：直接串在微分项；串在PID调理器之后，如以下图。 一阶惯性环节的传送函数 其拉氏反变换有： 由于PID调理器： 那么有： 离散化有： 式中 由上式可以求得不完全微分PID控制的增量型控制算法。 不完全微分PID控制的效果： 抑制高频噪声。 抑制纯微分的不均匀性。 以下图，在 t=0时辰出现阶跃信号，纯微分(a)在第一个周期出现大跃变信号，容易振荡；(b)中的控制信号那么较均匀、平缓。 2微分先行PID控制算式 改良缘由：为防止给定值的升降给系统带来冲击，如超调过大，调理阀动作猛

48、烈。 微分先行：把微分运算放在前面，后面跟比例和积分运算。 改良方法：把微分提早，只对被控量y(t)微分，不对偏向e(t)微分。 时间最优PID控制 最优控制的含义：某个目的最优。 Bang-Bang控制，开关控制，对|u(t)|=0，那么： 上式确定了D(z) 可实现时 (z)应满足的条件：假设G(z)的分母比分子高N阶，那么确定 (z)时必需至少分母比分子高N阶。 例：对象有d个采样周期纯滞后 ，那么其脉冲传函为： 那么 (z)中也应该有纯滞后，滞后时间大于等于d个采样周期，否那么根据： D(z) 将出现zn正幂次项，呼应超前输入，不能实现。3最少拍控制的稳定性问题 最少拍 (z) 成立的

49、条件： G(z)是稳定的。否那么系统发散， (z)不能够实现。 G(z)是不含有纯滞后环节。否那么根据最少拍控制器的可实现条件， D(z) 不能实现。 改良方法： 对，在 (z)中添加滞后时间大于等于G(z) 纯滞后时间的纯滞后。 对 ，那么可以在选择 (z) 时，添加稳定性约束条件，保证系统稳定。 应留意：不能采取D(z)和G(z)零极点对消方式，而从实际上得到稳定的闭环系统。 缘由：当参数漂移时，零极点对消不能精确实现，系统将出现不稳定极点。 微机计算机控制技术 第十一讲 4.2.3 最少拍有纹波控制器的设计 设计时思索最少拍控制器的可实现和稳定性条件。 普通化的广义被控对象 控制对象传函

50、如下， 是滞后时间 采样周期为T,那么令微机计算机控制技术 第十二讲 4.3 纯滞后控制技术 纯滞后控制对象存在于石化等行业的工业消费中，滞后时间过长容易引起系统超调和振荡。 纯滞后控制方法：施密斯预估器、大林算法等。 4.3.1施密斯(Smith)预估控制 施密斯预估控制原理 微机计算机控制技术 第十三讲 4.4 串级控制技术 串级控制主要处理的问题：系统中有几个要素同时影响被控量。 串级控制：在单控制回路中，添加控制回路，用于抑制引起被控量变化的其他要素，抑制被控对象的时滞特性。微机计算机控制技术 第14讲 在经典控制实际中，用传送函数模型来设计和分析单输入单输出系统，但传送函数模型只能反

51、映初系统的输出变量和输入变量之间的关系，而不能了解到系统内部的变化情况。在现代实际中，用形状控件模型来设计和分析多输入多输出系统，便于计算机求解，同时也为多变量系统的分析研讨提供了有力的工具。第五章第五章 现代控制技术现代控制技术5.1 采用形状空间的输出反响设计法 设线性定常系统被控对象的延续形状方程为其中： x(t)是n维形状向量； u(t)是r维控制向量； y(t)是m维输出向量； A是n*n维形状矩阵； B是n*r维控制矩阵； C是n*m维输出矩阵；系统的闭环构造方式如以下图示。 利用形状空间表达式，设计出数字控制器D(z)，使得多变量计算机控制系统满足所需求的性能目的，即在控制器D(

52、z)的作用下，系统输出y(t)经过N次采样后，跟踪参考输入函数r(t)的瞬间呼应时间为最小。5.1.1 延续形状方程的离散化 等效离散形状方程5.1.2 最小拍无纹波的跟踪条件 y(N)=C x(N)=r0 x (N)=05.1.3 输出反响设计法的设计步骤 1.将延续形状方程进展离散化 2.求满足跟踪条件和附加条件的控制序列u(k) 的Z变换U(z)。 3.求取误差序列e(k)的 Z变换E(z)。 4.求控制器的脉冲传送函数D(z)。 5.2 采用形状空间的极点配置设计法 5.2.1 按极点配置设计控制规律 为了按极点配置设计控制规律，暂设控制规律反响的实践对象的全部形状，而不是重构形状，如

53、以下图所示。反响控制规律L满足如下方程： |zI-F+GL|= (z) L具有独一解的充分必要条件是被控对象完全能控。5.2 .2按极点配置设计形状察看器 预告察看器 现时察看器 降阶察看器5.2 .3按极点配置设计控制器 控制器的组成 分别性原理 形状反响控制器的设计步骤 察看器及察看器类型选取5.3 采用形状空间的最优化设计法 本节首先在一切形状都可用的条件下导出了LQ问题的最优控制规律，假设全部形状是不可测的，就必需估计他们，这可用形状察看器完成。然后对随机扰动过程，可以求出使估计误差的方差最小的最优估计器，它称卡尔曼滤波器。这种估计器的构造与形状观测器一样，但其增益矩阵K确实定方法是不

54、同的，而且它普通为时变的。最后根据分别性原理来求解LQG问题的最优控制，并采用卡尔曼滤波器来诡计形状。采用LQG最优控制器的调理系统r(k)=0如以下图所示。 5.3 .1 LQ最优控制器设计 问题的描画 系统控制的目的按线性二次型性能目的函数 上式即为LQ最优控制器。带LQ最优控制器调理系统如下所示。2. 二次型性能目的函数离散化3. 最优控制规律计算5.3.2 形状最优估计器设计延续被控系统的形状方程离散化 卡尔曼滤波公式的推导 卡尔曼滤波增益矩阵K(k)的计算5.3.4 跟踪系统的设计微机计算机控制技术 第15讲 在计算机控制系统中，除了硬件电路外，还有软件。所谓运用软件就是面向控制系统

55、本身的程序，他是根据系统的详细要求，由用户本人设计的。在进展计算机控制系统设计时，大量的任务就是如何根据各个消费过程的实践需求设计运用程序。第六章第六章 运用程序设计与实现技术运用程序设计与实现技术6.1 程序设计技术 程序设计过程见右图6.1.1 模块化与构造化程序设计 模块化程序设计 自底向上模块化设计 自顶向下模块化设计 2. 构造化程序设计 顺序、选择、循环6.1.2 高级言语与汇编言语混合编程 1.汇编言语编程 程序执行速度快，要求的硬件少。 2.高级言语编程 运算才干强，编写方便。 3.高级言语和汇编言语混合编程 用高级言语编写计算，图形绘制，显示，打印程序，用汇编言语编写时钟管理

56、，中断管理和输入输出程序等。6.1.3 工业控制组态软件 控制组态 图形生成系统 显示组态6.2 数据构造及其运用技术 6.2.1 根本术语 数据、数据元素、数据对象、数据构造6.2.2 数据构造类型 1.顺序构造 1线性表：一组有序的数据元素。 2数组：线性表的推行，其中每个元素是由一个数值和一组下标组成。 3堆栈：特殊构造的线性表，只能在一端插入或删除。 4队列：是先进先出的表。 2.链形构造 链表由假设干个节点组成，每个节点有两个域：一个数据域，用来存放数据元素；另一个是指针域，用来存放下一个节点的数据域首址。 3.树形构造 每个记录有四个域：记录名，数据，左指针，右指针。把记录笼统为一

57、个节点，那么称为树形构造。 6.2.3 数据查找技术 1.顺序查找 2.折半查找 3.分块查找 4.直接查找6.2.4 数据排序技术 1.插入排序 2.希尔排序 3.选择排序 4.快速排序 6.3 丈量数据预处置技术 6.3.1系统误差的自动校准 1.全自动校准 2.人工自动校准6.3.2 线性化处置和非线性补偿 1.铂热电阻的阻值与温度的关系 -2000度：Rt=R01+At+Bt2+C(t-100)t3 0850度：Rt=R01+At+Bt2 2.热电偶的热电势与温度的关系 3.孔板差压与流量的关系 4.气体体积流量的非线性补偿6.3.3 标度变换方法 1.线性变化公式 前提是参数值与A/

58、D转换结果之间为线性关系。 Y=(Ymax-Ymin)(X-Nmin)/(Nmax-Nmin)+Ymin 2.公式转换法 3.其他标度变换法 如多项式插值，线性插值，查表等。 6.3.4 越限报警处置 上限报警，下限处置，上下限处置。6.4 数字控制器的工程实现 数字控制器算法的工程实现可以分为6个部分，如以下图所示。6.4.1 给定值和被控量处置 6.4.2 偏向处置 计算偏向，偏向报警，输入补偿，非线性特性。6.4.3 控制算法的实现 6.4.4 控制量出处置 1.输出补偿 2.变化率限制 3.输出坚持 4.平安输出 6.4.5 自动手动切换 软自动/软手动，控制量限幅，自动/手动，无平衡

59、无扰动切换6.5 系统的有限字长数值问题 1.量化误差来源 A/D转换的量化效应，控制规律计算中的量化效应，控制参数的量化效应和D/A转换的量化效应。 2. D/A转换器的字长选择 3.运算的字长选择6.6 软件抗干扰技术 6.6.1 数字滤波技术 经过一定的计算或判别程序减少干扰在有用信号中的比重。本质上是一种程序滤波。 算术平均值法 中位值滤波法 限幅滤波法 惯性滤波法6.6.2 开关量的软件抗干扰技术 1.开关量信号输入抗干扰措施 2.开关量信号输出抗干扰措施 6.6.3 指令冗余技术 多采用单字节指令，并在关键的地方人为地插入一些单字节指令NOP或将有效单字节指令反复书写。能保证弹飞的

60、程序迅速纳入正轨。 6.6.4软件圈套技术 用一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进展处置的程序。微机计算机控制技术 第十六讲 第七章 分散型测控网络技术 数据通讯技术 根本概念 两种通讯方式： 并行通讯：数据的各位同时传送，传送速度高，间隔短。 串行通讯：数据一位一位顺序传送，传送速度低，传送间隔长，几十至几千米。串行通讯分为两种传送方式： 异步传送：依托标志位进展通讯控制，一次只传送一个字节。 同步传送：依托时钟进展通讯控制，一次传送大量字节。四种数字编码方式： 不归零码：码元间没有间隔，很难断定一位的终了与另一位的开场，同步困难。 归零码：每一位中