《机电一体化》课件 项目五 控制系统的设计

控制系统的设计——《机电一体化》控制系统概述工业控制计算机计算机接口技术CONTENT目录控制系统的组成图控制系统基本组成框图在实际的控制系统中，上述的每个环节在硬件特征上并不独立，可能几个环节在一个硬件中。控制系统的分类——按系统给定的输入信号的特点来分类恒值控制系统这类控制系统的给定量是一个常值。由于扰动的影响，被控量会偏离给定量而出现偏差，控制系统便根据偏差产生控制作用，以克服扰动的影响，使被控量恢复到给定的常值。程序控制系统这类控制系统的给定量是变化的，但它是一个已知的时间函数，或按预定的规律变化。随动控制系统这类控制系统的给定量是变化的，而且这种变化是预先未知的，也就是说给定量是按未知规律变化的任意函数。在随动系统中，若被控量是机械参数时，如位移、速度、力矩等，这类系统称之为伺服系统。伺服控制系统的分类按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统、电液伺服控制系统。按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。按执行元件的类型分类按控制原理分类齿轮传动副滚珠丝杠传动副带传动支承部件齿轮传动副滚珠丝杠传动副带传动支承部件工业控制计算机的特点实时性。

实时性是指计算机控制系统能在限定的时间内对外来事件做出反应的能力。高可靠性。工业控制计算机具有高质量和很强的抗干扰能力，并且具有较长的平均

无故障间隔时间。硬件配置的可装配可扩充性。工业控制计算机宜采用模块化设计方法。可维护性。工业控制计算系统要求系统使用的板级产品一致性好，软件和硬件的诊

断功能强。可编程控制器简称为PLC。早期的PLC是用来代替继电器、接触器的，主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController）。随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程逻辑控制器更多地具有了计算机的功能，不仅用逻辑编程取代硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能。其功能远远超出了顺序控制的范围，故称为可编程控制器。可编程控制器PLC的性能指标存储器容量I/O点数指令条数扫描速度PLC的存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。存储器容量是指用户程序存储器的容量。I/O点数（输人/输出点数）是指PLC外部输入、输出端子的总数。I/O点数越多，控制规模就越大。PLC的指令条数是衡量其软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令条数越多，指令种类越丰富。扫描速度反映了PLC运行速度的快慢。扫描速度快，意味着PLC可运行较为复杂的控制程序，并有可能扩大控制规模和控制功能。PLC控制系统设计的一般步骤第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步根据生产的工艺过程分析控制要求；选择PLC；PLC的程序设计；联机调试；整理和编写技术文档。根据控制要求确定所需要的用户输入/输出设备，并据此确定PLC的I/O点数；分配PLC的I/O点数，设计I/O连接图；按需设计控制柜、操作台等；PLC控制系统设计时，应遵循的原则最大限度地满足控制要求01保证系统的安全可靠02力求简单、经济、使用与维修方便03适应发展的需要04单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机，简称为单片机。单片机齿轮传动副滚珠丝杠传动副带传动支承部件齿轮传动副滚珠丝杠传动副带传动支承部件单片机的特点高集成度，体积小，高可靠性。

控制功能强。低电压，低功耗，便于生产便携式产品。易扩展。性价比高。单片机控制系统方案设计系统调试软件设计硬件设计单片机控制系统的基本设计内容总线式工业控制计算机图工控机控制系统组成框图计算机接口技术接口是指微处理器CPU与外部设备、存储器或者两种外部设备之间通过系统总线进行连接的逻辑电路，它是CPU与外界进行信息交换的中转站。接口传输信号的种类数据信息数据信息是主机和外围设备交换的基本信息，它可以用并行格式传送，也可以用串行格式传送。数据信息又可以分为数字量、模拟量、开关量和脉冲量。状态信息状态信息是外围设备通过接口向CPU提供的反映外围设备所处的工作状态的信息。控制信息控制信息是CPU通过接口传送给外围设备的。控制信息随外围设备的不同而不同，有的控制外围设备的启动、停止；有的控制数据流向，控制输入还是输出；有的作为端口寻址信号等。为了使各个外围设备在CPU控制下成为一个有机的整体，协调的、高效率的、可靠的工作，就要规定一个CPU控制（或称调度）各个外围设备的控制策略，或者叫数据传送的控制方式。通常采用的有三种控制方式：程序控制方式、中断控制方式和直接存储器存取方式。数据传送的控制方式程序控制方式程序控制I/O方式，是指CPU和外围设备之间的信息传送，是在程序控制下进行的。它又可分为无条件传送方式和查询传送方式。无条件传送方式是指CPU不必查询外围设备的状态即可进行信息的传送。即在此种方式下，外围设备总是处于就绪状态。程序控制方式程序控制I/O方式，是指CPU和外围设备之间的信息传送，是在程序控制下进行的。它又可分为无条件传送方式和查询传送方式。查询式I/O方式，也称为条件传送方式。按查询式传送，CPU和外围设备的I/O接口除需设置数据端口外，还要有状态端口。当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，此服务程序称为中断服务处理程序，或称中断服务子程序。中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。中断控制方式微机控制系统中，可能设计有多个中断源，且多个中断源可能同时提出中断请求。多重中断处理必须注意如下四个问题:（1）保存现场和恢复现场（2）正确判断中断源（3）实时响应（4）按优先权顺序处理中断控制方式直接存储器存取（DMA）方式DMA传送的工作过程如下：（1）外设向DMA控制器提出DMA申请；（2）DMA控制器接受外设的DMA请求，向CPU发出接管总线控制权的总线请求；（3）CPU在当前的总线周期结束后，响应DMA请求，并把总线控制权交给DMA控制器；（4）DMA控制器向外设发出DMA应答信号，开始进入DMA传输。（5）D