機電一體化控制系統(tǒng)組成及作用

1、章節(jié)名稱 第4章 控制系統(tǒng)教學名稱第1節(jié) 控制系統(tǒng)的組成及其作用教學時數(shù) 學時 教學目標1理解控制系統(tǒng)的組成2掌握各組成部分的基本功能課程重點難點1. 現(xiàn)代的微機控制系統(tǒng)的組成2. 現(xiàn)代的微機控制系統(tǒng)各組成部分的基本功能教學方法及手段1課堂理論課講授2多媒體教學課件播放輔助教學第四章 控制系統(tǒng) 4.1 控制系統(tǒng)的組成及其作用控制系統(tǒng)的組成 （5部分） （1）數(shù)字控制裝置 作用： 程序譯碼執(zhí)行；狀態(tài)信號輸入采集處理，產(chǎn)生輸出控制信號和狀態(tài)顯示信息 （2）輸入裝置 作用：接受現(xiàn)場狀態(tài)信息和操作命令，（專為可識別的信息格式） （3）輸出裝置（輸出設備） 作用：接受來自數(shù)字控制裝置的控制命令，轉化并執(zhí)

2、行相應命令信息，產(chǎn)生調解、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)的操作和動作 （4）輸入輸出接口 作用：連接數(shù)字控制裝置和輸入輸出設備的信息橋梁，完成I/O信號的電平轉換，隔離，信號方式轉換，濾波，鎖存和緩沖等功能 （5）功率放大電路 作用：將輸出接口的輸出控制信號進行功率放大，以足夠的功率驅動輸出執(zhí)行設備（輸出裝置），完成系統(tǒng)的運行控制系統(tǒng)的組成實例1：控制系統(tǒng)的組成實例2：作業(yè)： 1簡述機電一體化控制系統(tǒng)的構成 2簡述機電一體化控制系統(tǒng)各功能部件的作用 章節(jié)名稱 第4章 控制系統(tǒng)第2節(jié) 控制系統(tǒng)的設計要求教學目標1理解評價機電一體化控制系統(tǒng)設計水平的10大技術要求2理解可靠性評價指標的意義3重點理解安全性，可靠

3、性，穩(wěn)定性，環(huán)保性，經(jīng)濟性概念課程重點難點1. 控制系統(tǒng)設計水平的10大技術要求2. 安全性，可靠性，穩(wěn)定性，環(huán)保性，經(jīng)濟性概念的理解第四章 控制系統(tǒng) 4.2 控制系統(tǒng)的設計要求控制系統(tǒng)的設計要求包括10個部分：（1）功能實用性：指功能，性能，精度，應用范圍及特點等技術指標概況（2）系統(tǒng)可靠性：指系統(tǒng)在給定條件，預定時間內(nèi)能夠正常工作的概率（評價：無 故障工作時間和故障的排出時間（含永久性和偶發(fā)性故障）（3）運行穩(wěn)定性： 系統(tǒng)的輸入量變化或受到外界干擾時，輸出量被迫離開原來的 穩(wěn)定值過渡到另一個新的穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，輸出量發(fā)生超出規(guī)定限度或發(fā)生非收斂性變化的概率（包括超調，振蕩，滯后，靜態(tài)誤差

4、等） （4）操作宜人性：人機工程概念內(nèi)容，有助于提高效率，速度，質量和可靠性 （5）人機安全性：監(jiān)測，自動保護，報警，顯示，急停，極限保護等 （6）環(huán)境保護水平：不產(chǎn)生環(huán)境污染 （7）技術經(jīng)濟性：包括機電一體化設備制造的性價比和運行的性價比 （8）結構工藝性：設計應滿足加工，裝配，檢測，包裝，安裝，維護的最佳工藝性 （9）造型藝術性：系統(tǒng)外形，比率，形體結構，色彩符合工業(yè)設計要求和時代美感 （10）成果規(guī)范性：設計遵從相關法規(guī)，符合相關技術標準和技術規(guī)范附：對工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的基本要求 具有完善的過程輸入/輸出功能具有實時控制功能具有可靠性具有較強的環(huán)境適應性和抗干擾能力具有豐富的軟件工業(yè)控

5、制計算機分類及特點1. 可編程控制器特點：程序可變，柔性好?？煽啃詮?，適于工業(yè)環(huán)境。編程簡單，使用方便。功能完善。體積小，重量輕，易于裝入機器內(nèi)部。2. 總線型工業(yè)控制計算機特點：提高設計效率，縮短設計和制造周期。提高系統(tǒng)可靠性。便于調試和維修 。能適應技術發(fā)展的需要。3.單片機單板機 特點：受集成度的限制，片內(nèi)存儲器容量較小?？煽啃愿摺Ｒ讛U展?？刂乒δ軓姟Ｒ话銌纹瑱C內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。組成： (1) 傳感器它將貯槽液位高低的信息轉換為一種特定的信號(如電壓、電流等)，并傳送到控制器，相當于人工控制時的眼睛。 (2) 控制器它接受變送器送來的信號，與生產(chǎn)工藝要求所預先設定的液位高度

6、信號相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)則算出結果，然后將此結果用特定信號發(fā)送到執(zhí)行器，相當于人工控制時的大腦。(3) 執(zhí)行器在這里就是控制閥，它可以根據(jù)控制器送來的信號以及信號值的大小自動調節(jié)閥門的開啟度，相當于人工控制時手和閥的組合。 作業(yè)： 1簡述機電一體化控制系統(tǒng)設計的10個評價標準 2簡述 機電一體化控制系統(tǒng)設計的穩(wěn)定性評價指標的內(nèi)容 章節(jié)名稱 第4章控制系統(tǒng)第3節(jié) 控制系統(tǒng)中的輸入裝置教學目標1理解機電一體化系統(tǒng)輸入裝置的基本功能2理解計算機控制系統(tǒng)通用鍵盤的機構組成，主要功能，在控制系統(tǒng)中作為輸入設備使用的技術特點3掌握矩陣鍵盤的組成原理，和計算機的接口技術，鍵盤掃描工作方式的原理，特

7、點，鍵號確定的方法，防抖動措施課程重點難點1. 矩陣鍵盤的組成原理，和計算機的接口技術2. 鍵盤軟件的防抖動措施，掃描工作方式的原理，特點，鍵號確定的方法，教學過程及時間分配：控制系統(tǒng)輸入裝置的主要作用 將控制命令信息和狀態(tài)信息送入數(shù)字控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)輸入裝置的主要種類 鍵盤 開關 接口電路 開關量信號的一般輸入方法 （1）輸入接口的形式的確定 （2）防抖動措施的確定 （3）開關電平的確定方法 （4）工作方式的確定： 無條件方式的輸入 查詢方式的輸入 中斷方式的輸入 輸入鍵盤的種類 通用標準編碼鍵盤 特點：軟件定義各個鍵的功能，充分利用微型計算機的現(xiàn)有軟硬件資源， 簡化了系統(tǒng)設計和制作工作量

8、，體積，總量，成本，防塵較欠理想 專用的非編碼矩陣鍵盤 特點：采用較少的硬件電路資源和專門設計的掃描軟件組成 功能單一，結構簡單，體積小，重量輕，裝配緊湊合理 功能單一的掃描軟件，執(zhí)行速度快，系統(tǒng)運行效率高 根據(jù)控制功能的需要設計鍵的數(shù)量和功能分配，基本無冗余，功能鍵 的位置組合根據(jù)需要設計，操作簡單快捷且人性化 具有較高的性價比 研制工作量較大 非編碼矩陣鍵盤 1. 組成原理 本例為8行8列的矩陣鍵盤 輸出口為鎖存器74LS377，口地址為7FFFH 輸入口為緩沖器74LS244，口地址為7FFFH 由控制信號區(qū)分I/O接口 鍵盤采用中斷方式聯(lián)絡CPU 8行8列64鍵的鍵號為063 初始Q0

9、Q7=00H 有鍵按下與門輸出0，請求中斷 軟件防抖動判斷后，掃描鍵盤 先確定按下鍵的所在行，再確 定按下鍵的所在列，由行號加相應的列序號確定鍵號2.和MCS_51系統(tǒng)接口的控制程序設計 (1)確定行輸出接口的地址 (2) 確定列輸入接口的地址 (3) 防抖動程序段的設計 (4)行號的掃描確定方法設計 (5)列號的掃描確定方法設計(6)鍵號的計算方法及確定設計(7)根據(jù)鍵號的跳轉（8）恢復到初始狀態(tài)即返回主程序作業(yè)： 1簡述常用的輸入設備和各自的特點 2簡述矩陣掃描鍵盤鍵號的確定方法 第4章 控制系統(tǒng)第4節(jié) 控制系統(tǒng)中的信息顯示教學目標1了解機電一體化系統(tǒng)CRT方式信息顯示基本內(nèi)容2理解LED

10、數(shù)碼管的顯示原理3掌握機電一體化系統(tǒng)LED顯示器的組成，工作原理課程重點難點1. LED數(shù)碼管的結構，顯示原理2. 機電一體化系統(tǒng)LED顯示器的組成，河MCS51的接口及工作原理控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示概述（1）應用意義：簡單，經(jīng)濟，在信息量較少的控制系統(tǒng)中應用具有較高的性價比（2）LED數(shù)碼管類型 七段LED數(shù)碼管 （按顯示段數(shù)） 八段LED數(shù)碼管 十六段LED數(shù)碼 （3） LED數(shù)碼管類型 共陰極LED數(shù)碼管 （按共極性） 共陽極LED數(shù)碼管 控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示 （1）LED數(shù)碼管的內(nèi)部結構原理：按數(shù)字圖案排列的8個LED發(fā)光二極管 （2）LED數(shù)碼管的顯示原理：按所需要的字符圖案點亮相應的

11、LED，完成相應字符和圖案的顯示效果 LED數(shù)碼管的引腳示意圖控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示編碼共陰極LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管顯示靜態(tài)顯示接口電1.靜態(tài)顯示電路特點 亮度高，無閃爍，軟件設計簡單電路硬件成本高，位數(shù)少適用2.電路組成 使用多功能并行接口8255直接驅動3位LED數(shù)碼管3.軟件設計 內(nèi)存開設顯示緩沖區(qū)，存放待顯示字符的二進制碼，由顯示輸出子程序調用刷新4.動態(tài)顯示電路的特點： 亮度較低，存在掃描閃爍，軟件設計復雜，CPU利用率下降，電路硬件成本低，位數(shù)較多的顯示電路適用 基本原理：按位依次從顯示緩沖區(qū)取出顯示碼并送入字形碼鎖存器，再根據(jù)該字符所在位將位編碼送入位鎖存器僅讓該位LED顯示該字

12、形碼字符，經(jīng)適當延時，再改為下一位的點亮顯示，到最后一位點亮延時后，再從頭開始，由于人的視覺暫留效應，感覺效果依然是連續(xù)顯示 作業(yè)： 1簡述LED顯示器的兩類顯示方式的特點 2簡述LED顯示器的動態(tài)顯示方式的原理和特點 章節(jié)名稱 第4章 控制系統(tǒng)第5節(jié) 控制系統(tǒng)中的信息輸入輸出教學目標1掌握并行輸入輸出的概念，應用特點2掌握并行輸入輸出接口電路的一般原理和特點，掌握MCS51 并行接口的應用和擴展技術3掌握并行輸出硬件方式的步進電機環(huán)形分配器的設計和工作原理4理解串行輸入輸出的概念，工作特點，傳送速率和狀態(tài)檢測的概念課程重點難點1. 并行輸入輸出接口電路的一般原理和特點，掌握MCS51 并行接

13、口的應用和擴展技術2. YB013步進電機環(huán)形分配器的接口電路設計和工作原理第四章 控制系統(tǒng) 4.5 控制系統(tǒng)的信息輸入輸出兩種I/O方式 信號的并行輸入輸出方式 信號的串行輸入輸出方式 并行輸入輸出（1）并行I/O方式的特點 傳輸速度快，傳輸信號線多，使用于近距離傳送 機電一體化系統(tǒng)中的方式選擇，位置，壓力等開關量信號適合并行傳送 控制系統(tǒng)中的非編碼矩陣鍵盤適合并行輸入輸出 一般可同時完成電平轉換，隔離，鎖存，緩沖，功放等技術處理（2）常用的接口芯片 簡單的輸入接口：可使用TTL 8-緩沖器74LS244等芯片 簡單的輸出接口：可使用TTL鎖存器74LS377，74LS277，74LS373

14、 等芯片 使用通用多功能并行接口：例如 8255，8155等 直接使用單片微型機的片內(nèi)并行接口，例80C31， 80C51， 87C51的 P0，P1，P2，P3準雙向8位并行接口，既可 8位并行I/O傳送，又可位控操作并行I/O中的光電隔離電路1.光電隔離的主要意義 系統(tǒng)內(nèi)外電路的電器隔離，避免搶點系統(tǒng)對微機系統(tǒng)的影響 電平轉換2. 常見的3種光電隔離電路類型 同相輸出 反相輸出 開關量輸入并行輸入輸出應用例步進電機環(huán)形分配器控制 作業(yè)： 1簡述三種常見的光電耦合器的應用形式的工作原理2簡述YB013接口電路的工作原理 章節(jié)名稱 第4章 控制系統(tǒng) 第6節(jié)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理教學目標1 理解計

15、算機系統(tǒng)的數(shù)制轉換處理2 理解數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字濾波的概念，特點和應用意義3了解程序判斷濾波的應用原理和意義4了解算術平均濾波的應用原理和意義課程重點難點1. 計算機系統(tǒng)的數(shù)制轉換處理基本內(nèi)容2. 程序判斷濾波的原理和適用范圍3. 數(shù)字平均濾波的原理和適用范圍數(shù)制的轉換處理1.十進制二進制的數(shù)制的轉換處理ASCII碼的概念和基本內(nèi)容BCD碼的概念和基本內(nèi)容2. 二進制十進制的數(shù)制的轉換處理數(shù)字濾波技術數(shù)字濾波相對模擬濾波的技術特點 (1)軟件濾波技術 (2)可靠,無阻抗匹配問題 (3)可對極低頻率的信號進行濾波處理(BC濾波器則因R或C的值太大無法實現(xiàn)1.程序判斷濾波 (1)根據(jù)經(jīng)驗或工藝分析確定兩次采樣之間可能出現(xiàn)的最大偏差x (2)采樣后發(fā)現(xiàn)偏差大于x，則是干擾而放棄（3）采樣后發(fā)現(xiàn)偏差小于x，則是不是干擾而輸入 （4）具有限幅濾波和限速濾波兩大類 （5）適用：變化緩慢的信號（溫度、液位等）2.算術平均濾波（1）方法：取n次采樣值的平均值