机电测控系统设计及应用-PowerPoint演示文稿.ppt

1、机电系统检测与控制,Measurement and Control in Mechatronics System,第八章 机电测控系统设计及应用,本章主要内容： 从设计一般的微型计算机控制系统出发，介绍系统设计的一般步骤以及每一步具体设计的任务。,第一节 控制系统设计的一般步骤,1 系统总体控制方案设计,2 微型计算机选择,3 控制算法设计,4 硬件设计,5 软件设计,6 系统联调,系统总体控制方案设计,1 确定控制任务,即干什么？确定目标，了解其意义。,2 软硬件功能分配,3 接口电路设计,4 通道设计,5 控制台设计,微型计算机选择,构成方案选择,性能指标选择,组装方案,单板机或单片机方案

2、,通用微型机系统方案,通用工控机系统方案,完善的中断系统,足够的存储容量,完备的I/O通道和实时时钟,足够的数据处理能力,控制算法设计,控制算法必须满足系统对控制速度、控制精度、和稳定性的要求。,对具体的系统，可能需要对通用的计算公式进行修改和补充。,要充分考虑控制算法的物理上的可实现性。,第二节 微机控制系统的软件,操作系统,语言加工系统,编辑程序,编译程序,连接、装配程序,调试程序,子程序库,诊断系统,系统软件,应用软件,控制程序,数据采集及处理程序,巡回检测程序,数据管理程序,软 件,应用程序的语言选择及设计步骤,一、语言的选择 机器语言 汇编语言 高级语言 二、应用程序设计步骤和方法

3、步骤：问题定义；程序设计；编码；调试、改进和再设计。 方法：绘制流程图；采用模块程序设计法和结构程序设计法；,第三节 常用应用程序设计,一、常用的应用程序 数字滤波；线性化处理；PID数字控制；数字显示；超限报警；键盘扫描；串口通讯等 1、数字滤波 优点：用程序实现，可以多个通道公用一个滤波程序；可靠性高，稳定性好，各回路不存在阻抗匹配问题；可以对频率很低的信号滤波；改变程序就可以实现不同的滤波方法或调整滤波参数，灵活，方便。 1）算术平均值滤波 把N次采样值进行相加，取其平均值作为本次采样值。 应用：主要对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工，但对脉冲性干扰的平滑不理想，不适用脉冲干扰比

4、较严重的场合。,常用应用程序设计,2）中值滤波 把N次采样值从小到达排序，取中间值作为本次采样值。 应用：对去掉脉动性的干扰比较有效，但对快速变化过程的参数则不宜采用。N值不宜太大，一般取N35。 3）一阶滞后滤波（动态滤波法）,为滤波环节的惯性滞后时间常数,为平滑系数,4）程序判断滤波 将两次采样值比较，如果其差大于最大允许偏差，则认为 本次采样值为干扰信号，舍去。反之为有用信号。 限幅滤波 若 以本次采样值x2为真实信号，否则以上一 采样值作为真实信号。,常用应用程序设计,限速滤波 设相邻的采样时刻 t1、t2、t3的采样值为x1、x2、x3，则限速滤波的规则为： 若 则x2作为滤波输出值

5、，否则保留x2，再取x3，若 则x3作为滤波输出，否则（x3+x2）/2作为滤波输出。,例：微型计算机温度控制系统设计,以典型工业炉窑网带式多温区电阻炉为对象，介绍微型计算机温度控制系统的设计实例。,一、系统总体控制方案设计,控制任务,设计对象是六温区网带式连续烧结电阻炉，温区温度在6001000 范围内均连续可控。各温区温度以及网带的运行速度既可以自动设定，也可人工设定。 要求系统能够对六个温区的温度以及网带运行速巡回检测、显示和定时打印。网带由直流电机拖动，其运行速度由调速系统控制。,主要任务： 1）六个温区温度的闭环直接数字控制； 2）网带拖动直流调速系统的速度给定和速度检 测； 3）六

6、个温区温度及网带运动速度的巡回检测、 显示和定时打印； 4）系统升温、保温状态指示、超温、断偶报警等功能。,1、 确定控制任务,系统构成框图,I/O通道,温度检测模拟输入通道由热电偶、前级放大器、多路模 拟转换开关、A/D转换和输入接口电路组成。,从热点偶得到的是毫伏级电压信号，经前级放大器放大 至010V，然后通过多路模拟开关到达A/D转换器的输入 端。多路模拟开关的切换由微型计算机控制，通过光耦 合器驱动，逐一选通六路温度检测电压信号。,采用V/F变换器和定时计数器组成A/D转换器。,A/D转换器,这种A/D转换器价格便宜、容易隔离、抗干扰能力强、 便于检测信号传送；但是转换时间长。本设计

7、中，温度 变化属于慢速，所以可以采用。,2.1 温度检测模拟输入通道设计,2 、I/O通道和接口电路设计,2 、I/O通道和接口电路设计,2.1 温度检测模拟输入通道设计,8253,2.2 晶闸管数字触发输出通道设计,晶闸管 晶闸管是一种大功率的半导体器件，它具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、功率高、维护简单、控制灵敏等优点。同时它的功率放大倍数很高，可以用微小的信号功率（几十到一、二百毫安的电流，二、三伏的电压）对大功率（电流为几百安、电压为数千伏）的电源进行控制和变换。,3、拨码盘给定输入通道,使用22片4位BCD码输入的拨码盘片，作为六个温区的温度给定和电动机的速度给定。,4、数码显示

8、输出通道,包括：数字量输出接口电路、所存译码驱动电路，七段数码管显示器。,5、打印机输出通道,二、微型计算机选择,1、STD总线标准 2、8098单片机,三、控制算法,取一个温区的温度进行分析，分析其简化后的动态结构。,电阻炉的惯性时间常数,纯滞后时间常数=NT,Z变换：,大林算法,由下面的式子，可以得到系统的控制算法差分方程式：,系统控制程序结构框图,五、软件设计,系统初始化程序模块流程图,一、简答题 1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？ 2、简述I/O控制方式有那些？它们各自的优缺点及应用场合何如？ 3、什么是接口？为什么要设计接口？ 4、典型I/O通道有哪些？它们由那些环节组成？ 5、模拟输出通道中为什么要加输出保持器