第五章計算機控制系統(tǒng)

第5章計算機控制系統(tǒng)教學要求與學習目標：1掌握計算機控制系統(tǒng)的組成。2掌握A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理。3學會設(shè)計計算機控制系統(tǒng)教學內(nèi)容:§5.1概述§5.2計算機控制系統(tǒng)的組成及分類§5.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換器§5.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)§5.5計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)§5.6提高計算機控制系統(tǒng)可靠性的措施開始學習返回總目錄序言

現(xiàn)代過程工業(yè)向著大型化和連續(xù)化方向發(fā)展，生產(chǎn)過程也日趨復雜，對生態(tài)環(huán)境的影響也日益突出，這些都對過程控制提出了越來越高的要求。不僅如此，生產(chǎn)的安全性和可靠性、生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益都成為衡量當今自動控制水平的重要指標。因此，僅用常規(guī)的模擬調(diào)節(jié)儀表已無法滿足現(xiàn)代化企業(yè)的控制要求，由此出現(xiàn)了計算機控制系統(tǒng)在過程工業(yè)中的應用。由于計算機具有運算速度快、精度高、存儲量大、編程靈活以及有很強的通信能力等特點，故在過程控制的各個領(lǐng)域里都得到了廣泛的應用。序言計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計是一項技術(shù)性和實踐性都很強的綜合性工作。它涉及到計算機硬件、軟件、自動控制、檢測技術(shù)及儀表、強電路和弱電路、被控對象的工藝、過程裝備等多個專業(yè)領(lǐng)域的知識。所以計算機系統(tǒng)的設(shè)計過程往往需要多個專業(yè)的技術(shù)人才協(xié)調(diào)工作，才能完成。作為我們專業(yè)的人才，要對計算機控制系統(tǒng)的組成、特點、控制過程、計算機所采用的控制算法、系統(tǒng)的設(shè)計思路、以及如何克服干擾提高系統(tǒng)運行的可靠性等方面的知識有所掌握和了解?！?.1概述

一計算機控制系統(tǒng)與常規(guī)的模擬控制系統(tǒng)的異同

相同點：如圖5-1（1）結(jié)構(gòu)基本相同。（2）有關(guān)控制系統(tǒng)的基本概念和術(shù)語也相同。（3）有關(guān)調(diào)節(jié)原理和調(diào)節(jié)過程也是相同的，都是基于“檢測偏差、糾正偏差”的控制原理。

不同點：在計算機控制系統(tǒng)中，控制器對控制對象的參數(shù)、狀態(tài)信息的檢測和控制結(jié)果的輸出在時間上是斷續(xù)的，對檢測信號的分析計算是數(shù)字化的；而在模擬控制系統(tǒng)中則信號是連續(xù)的。即計算機控制是離散的數(shù)字控制，模擬儀表是連續(xù)控制圖1-2簡單控制系統(tǒng)方塊圖被控變量干擾作用

y給定值控制器執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ys－ym

umym偏差－控制信號操縱變量圖5-1計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)的方塊圖被控變量干擾作用

y給定值計算機執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ys－ym

umym偏差－控制信號操縱變量D/AA/DAnalogue/DigitalDigital/Analogue二計算機控制系統(tǒng)的控制過程

分為下列三個步驟：●實時數(shù)據(jù)采樣，測量被控量的當前值，通過A/D轉(zhuǎn)化為斷續(xù)的數(shù)字化信號。●實時判斷，判斷被控量當前值與給定值的偏差?！駥崟r控制，根據(jù)偏差，作為控制決策。即按照預定的算法（如PID）對偏差進行運算，以及適時適量地向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號。圖5-1計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)的方塊圖被控變量干擾作用

y給定值計算機執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ys－ym

umym偏差－控制信號操縱變量D/AA/D三計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點。

●由于數(shù)據(jù)的采樣處理、控制都是斷續(xù)的，可以實現(xiàn)同時對多個對象，多個回路的控制。●實時數(shù)據(jù)采樣、實時判斷、實時控制實際上只有執(zhí)行了算術(shù)、邏輯運算和輸入輸出的操作，所有這些操作都是由編制相應的計算機程序完成的，故對系統(tǒng)功能的擴充修改極為方便，只要修改程序即可，一般不必或很少做硬件連接的改動?！裨谀M控制系統(tǒng)中很多由硬件難以完成的功能，如大時間常數(shù)的濾波、元件的非線性補償、系統(tǒng)的誤差補償?shù)纫蛩?，在計算機控制系統(tǒng)中均可以方便地由軟件完成，既簡化了硬件線路又提高了可靠性。§5.2計算機控制系統(tǒng)的組成及分類

一計算機控制系統(tǒng)的組成

工業(yè)對象工業(yè)控制計算機硬件（計算機主機、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、工業(yè)自動化儀表和操作控制臺）軟件（程序系統(tǒng)）下圖給出了計算機控制系統(tǒng)基本組成的結(jié)構(gòu)圖。計算機控制系統(tǒng)圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成被控對象檢測儀表常規(guī)控制閥過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

1硬件部分被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機（1）主機計算機主機是整個系統(tǒng)的核心裝置，它由微處理器、內(nèi)存貯器和系統(tǒng)總線等部分組成。圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機1硬件部分（1）主機(2）過程輸入輸出通道它是在微機和生產(chǎn)過程之間起信息傳遞和變換作用的裝置。它包括：模擬量輸入/輸出通道(AI/AO）、開關(guān)量輸入/輸出通道（DI/DO）AIDIDOAO被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

1硬件部分（1）主機（2）過程輸入輸出通道（3）操作設(shè)備系統(tǒng)的操作設(shè)備是操作員與系統(tǒng)之間的信息交換工具如顯示器、鍵盤、開關(guān)、指示燈等。圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機1硬件部分（1）主機（2）過程輸入輸出通道（3）

操作設(shè)備（4）常規(guī)外部設(shè)備它是指鍵盤終端、打印機、繪圖儀、磁盤等計算機輸入輸出設(shè)備圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機1硬件部分（1）主機（2）過程輸入輸出通道（3）

操作設(shè)備（4）常規(guī)外部設(shè)備（5）通信設(shè)備規(guī)模較大的工業(yè)生產(chǎn)過程，其控制和管理常常非常復雜，需要幾臺或幾十臺微型計算機才能分級完成控制與管理任務。這樣，系統(tǒng)中的微機之間就需要通信。因此，需要由通信設(shè)備與數(shù)據(jù)線將系統(tǒng)中的微機互聯(lián)起來，構(gòu)成控制與管理網(wǎng)絡(luò)。圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機1硬件部分（1）主機（2）過程輸入輸出通道（3）

操作設(shè)備（4）常規(guī)外部設(shè)備（5）通信設(shè)備（6）系統(tǒng)支持功能計算機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)支持功能主要包括以下幾個部分。（6）系統(tǒng)支持功能計算機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)支持功能主要包括以下幾個部分。

▲監(jiān)控定時器

“看門狗”主要作用是在系統(tǒng)因干擾或其他原因出現(xiàn)異常時，如出現(xiàn)“死循環(huán)”，使系統(tǒng)自動恢復正常工作運行，從而提高系統(tǒng)的可靠性?！娫吹綦姍z測如果系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)電源掉電故障，應能及時發(fā)現(xiàn)并保護當時的匯總要數(shù)據(jù)和CPU寄存器的內(nèi)容，以保證復電后系統(tǒng)能從斷點處繼續(xù)運行?！Ｗo重要數(shù)據(jù)的后備存貯體監(jiān)控定時器和掉點保護功能均要有能保存重要數(shù)據(jù)的存貯器的支持?！鴮崟r日歷鐘使系統(tǒng)具有時間驅(qū)動功能，如在指定時刻產(chǎn)生某種控制或自動記錄某個事件發(fā)生的時間等。▲總線匹配總線母板上的信號線在高速時鐘頻率下運行時均為傳輸長線，很可能產(chǎn)生反射和干擾信號，一般采用濾波網(wǎng)絡(luò)予以克服。圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

2軟件部分

被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機1硬件部分（1）主機（2）過程輸入輸出通道（3）

操作設(shè)備（4）常規(guī)外部設(shè)備（5）通信設(shè)備（6）系統(tǒng)支持功能圖5-1計算機控制系統(tǒng)基本組成

計算機系統(tǒng)的軟件包含系統(tǒng)軟件和應用軟件兩部分。系統(tǒng)軟件一般包括匯編語言，高級算法語言、過程控制語言以及它們的匯編、解釋、編譯程序，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，通訊網(wǎng)絡(luò)軟件，調(diào)試程序，診斷程序等。應用軟件是系統(tǒng)設(shè)計人員針對生產(chǎn)過程要求而編制的控制和管理程序。被控對象檢測儀表常規(guī)控制過程輸入通道報警顯示設(shè)備過程輸出通道計算機主機數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

外存取器外部設(shè)備外圍設(shè)備操作控制臺軟件······工業(yè)計算機2軟件部分二計算機控制系統(tǒng)的分類

數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、直接數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)DDC、監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC、分級計算機控制系統(tǒng)以及集散型控制系統(tǒng)DCS等。1數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作主要對大量的過程狀態(tài)參數(shù)實現(xiàn)巡回檢測、數(shù)據(jù)存貯記錄、數(shù)據(jù)處理（計算、統(tǒng)計、整理）、進行實時數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)越限報警等功能。

所謂數(shù)據(jù)采集就是由傳感器把溫度、壓力、流量、位移等物理量轉(zhuǎn)換來的模擬電信號經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字量，輸入計算機中。2直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC（DirectDigitalControl）

直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC的構(gòu)成方框圖如圖5-4所示：

優(yōu)點：計算機不但完全代替了模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)了幾十個甚至更多的單回路PID控制（一般大于50個回路時，比較經(jīng)濟）；而且還能比較容易地實現(xiàn)其他新型控制規(guī)律的控制，如串級控制、前饋控制、自動選擇性控制、具有大純滯后對象的控制等。缺點：要求工業(yè)控制計算機的可靠性很高，否則會直接影響生產(chǎn)的正常運行。3監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC（SupervisoryProcessComputerControl）

是指計算機根據(jù)生產(chǎn)過程的信息（測量值）和其他信息（給定值等），按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學模型，去自動改變模擬調(diào)節(jié)器或DDC工業(yè)控制機的給定值，從而使生產(chǎn)過程處于最優(yōu)化的工況下進行。①SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)②SCC+DDC的控制系統(tǒng)①SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)

優(yōu)點：是可以實現(xiàn)最優(yōu)化控制，達到省料、高產(chǎn)、低消耗，而且較為安全。當計算機出現(xiàn)故障時，可以由模擬調(diào)節(jié)儀表獨立完成操作。缺點：是仍需要常規(guī)模擬調(diào)節(jié)儀表。

②SCC+DDC的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-6

由于DDC計算機的給定值能及時不斷得到修正，從而可以使生產(chǎn)過程接近最優(yōu)化操作條件。4分級計算機控制系統(tǒng)

早期：計算機昂貴，一般采用一臺計算機集中控制。

現(xiàn)在：計算機便宜，都是采用多臺計算機進行分級控制與管理。

一般分為三級：

生產(chǎn)管理級MIS(ManageIndustrySystem)

監(jiān)督控制級SCC（SupervisoryProcessComputerControl）

直接數(shù)字控制級DDC（DirectDigitalControl）

下面以四級計算機控制系統(tǒng)為例，說明各級計算機的功能。

下圖所示的四級計算機控制系統(tǒng)，各級計算機的功能如下。

（1）裝置控制級（DDC）：

它為直接數(shù)字控制級，對生產(chǎn)過程或單機進行直接數(shù)字控制或者巡回檢測，使所控制的生產(chǎn)過程在最優(yōu)工況下工作。

下圖所示的四級計算機控制系統(tǒng)，各級計算機的功能如下。

（2）車間監(jiān)督級（SCC）：

它根據(jù)廠級下達的命令和通過裝置控制級獲得的生產(chǎn)過程信息，實現(xiàn)最優(yōu)控制的計算，給下一級的DDC級確定給定值，以及給操作人員發(fā)出指示、報警等。還協(xié)調(diào)各工段的控制任務。下圖所示的四級計算機控制系統(tǒng)，各級計算機的功能如下。

（3）廠級集中監(jiān)督級（SCC）：

它根據(jù)企業(yè)下達的任務和本廠的情況，制定生產(chǎn)計劃、安排本廠的工作、進行人員調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時將SCC級和DDC級的運行情況向上級反映。下圖所示的四級計算機控制系統(tǒng)，各級計算機的功能如下。

（4）企業(yè)管理級MIS：

用來制定長期發(fā)展規(guī)劃、生產(chǎn)計劃、銷售計劃，發(fā)命令至各工廠，并接受各工廠、各部門發(fā)回來的信息、實現(xiàn)全企業(yè)的總調(diào)度。5集散型控制系統(tǒng)TDCS(TotalDistributedControlSystem)

(也叫分布式計算機控制系統(tǒng)）其組成原理框圖如下所示。

它是以數(shù)臺乃至數(shù)百臺的微型計算機分散地分布在各個生產(chǎn)現(xiàn)場，作為現(xiàn)場控制站或者基本調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的檢測與控制，代替了大量的常規(guī)模擬儀表。因此既能克服模擬儀表的功能單一性和局限性，又能避免計算機集中控制的危險性。這些控制站通過高速數(shù)據(jù)通道與監(jiān)督計算機SCC通訊，通過CRT操作站實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)視和干預。這種結(jié)構(gòu)比分級分層結(jié)構(gòu)更靈活，擴充也更方便。集散型控制系統(tǒng)具有以下主要特點：（1）硬件組裝積木化：可分為二級、三級、或四級的組裝積木結(jié)構(gòu)，可擴可縮。（2）軟件模塊化：按需選用，減少軟件開發(fā)工作量。（3）組態(tài)控制系統(tǒng)：流程以填表的形式按需組態(tài)，（4）應用先進的通信網(wǎng)絡(luò)：級與級之間由高速數(shù)據(jù)通道構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)傳輸信息。（5）具有開放性：（6）可靠性高：

§5.3A/D與D/A轉(zhuǎn)換器

前言對計算機控制系統(tǒng)的原理、組成和分類有了一些了解后，下面對計算機控制系統(tǒng)中兩個重要的硬件A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的作用原理和接口作些介紹。圖5-1計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)的方框圖被控變量干擾作用

y給定值計算機執(zhí)行器被控對象f測量元件與變送器yse=ys－ym

umym偏差－控制信號操縱變量D/AA/D一A/D轉(zhuǎn)換器（analogue/digital）

1作用：A/D轉(zhuǎn)換器是一種能夠在規(guī)定的精度和分辨率之內(nèi)，把檢測元件送來的模擬信號轉(zhuǎn)換成與之成正比的數(shù)字信號的器件。以集成芯片的形式出現(xiàn)2類型：（1）雙積分式A/D

雙積分式A/D的原理是將輸入的模擬量變換成與其平均值成正比的時間間隔，然后由脈沖發(fā)生器和計數(shù)器來測量時間間隔以獲得數(shù)字量。例如數(shù)字萬用表以及便攜式甲烷報警儀均采用雙積分式A/D集成芯片。（2）計數(shù)器式A/D

這種電路的特點是電路比較簡單，價格便宜，它的缺點是轉(zhuǎn)換速度較慢，因此目前較少用。（3）逐次逼近式A/D

逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，轉(zhuǎn)換精度從高到低，因此是應用最普遍的形式，在微機系統(tǒng)中用的最廣。其芯片有8位、10位、12位、14位、16位、32位等（4）快速A/D

速度可達到ns級。

快速A/D有三種，即三次積分式快速A/D；全并行比較A/D；串并行比較A/D等。二D/A轉(zhuǎn)換器（digital/analogue）

1作用

D/A轉(zhuǎn)換器是一種把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件。2D/A轉(zhuǎn)換器的電路：有多種類型3D/A轉(zhuǎn)換器的芯片早期：只有從數(shù)字量到模擬電流輸出量轉(zhuǎn)換的功能，使用時必須在電路中加數(shù)字輸入鎖存器、參考電壓源、以及輸出電壓轉(zhuǎn)換電路。典型芯片有：DAC0800系列、DAC1020系列、DAC1220系列。中期：在芯片內(nèi)增加了一些與計算機接口相關(guān)的電路及引腳，有數(shù)字輸入鎖存功能電路，能與CPU數(shù)據(jù)總線直接相連。典型芯片有：DAC0330系列、DAC1208系列、DAC1230系列。近期：將一些外圍器件集成到芯片內(nèi)部。主要結(jié)構(gòu)特征是：內(nèi)部帶有參考電壓源；大多數(shù)芯片有輸出放大器，可實現(xiàn)模擬電壓的單極性或雙極性輸出；由于帶有參考電壓源輸出放大器，芯片的工作電源大多使用雙極性電源。典型芯片有：AD558系列、DAC82系列、DAC811系列、DAC708系列。三A/D、D/A接口板介紹

1概述

現(xiàn)在的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器通過的接口板可非常方便地直接與計算機接口相連（任一總線擴展槽中）。

例如：北京中泰的PC1613型多功能卡及PS003端子板

功能：A/D：32/16CH（單端/雙端模擬輸入通道）、0~±5V輸入、A/D轉(zhuǎn)換速率100KHz，D/A：2CH、電壓：0~5V、電流：0~10mA或4~20mAA/D轉(zhuǎn)換觸發(fā)工作方式采用軟件觸發(fā)方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果的傳輸方式有兩種：①查詢A/D完成位然后再讀取數(shù)據(jù)，②A/D轉(zhuǎn)換完成后發(fā)中斷申請然后由中斷服務程序讀取數(shù)據(jù)。2工作原理

接口板的32路模擬電壓信號通過輸入輸出插座分別接到32選一的模擬輸入多路開關(guān)上，在軟件控制下，選通某一輸入通道，將該通道模擬輸入信號送至采樣保持器，然后再通過單穩(wěn)電路啟動A/D轉(zhuǎn)換開始。當A/D轉(zhuǎn)換完成時，板的轉(zhuǎn)換完成位寄存器被設(shè)置為“1”。用軟件查詢方式查詢D7位，當查詢到這個狀態(tài)位為“1”時，即可將12Bit數(shù)據(jù)讀入計算機內(nèi)存中。若使用中斷方式，則在A/D轉(zhuǎn)換完成后自動向計算機發(fā)出中斷請求信號。在中斷服務程序控制下，將12Bit數(shù)據(jù)讀入計算機內(nèi)存。四A/D選擇原則

1采樣頻率采樣頻率是等間隔采樣間隔時間T的倒數(shù)。一個數(shù)據(jù)信號處理系統(tǒng)，采樣頻率一般A/D轉(zhuǎn)換器的參數(shù)而定。一般情況下，測試的對象如果是動態(tài)參數(shù)，則采樣頻率選擇盡可能地高；測試的對象如果是靜態(tài)參數(shù)，則采樣頻率選擇可以低一點。在實際使用中，要具體問題具體分析。2分辨率分辨率是A/D轉(zhuǎn)換器的重要參數(shù)，它的高低直接關(guān)系到A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度乃至整個測試系統(tǒng)的精度。3采樣點數(shù)進行時域分析時，采樣點數(shù)盡可能多一些，采樣點數(shù)越多信號越容易復原。進行頻域分析時，為了加速傅立葉變換（FFT）計算的方便，采樣點數(shù)一般取2的冪數(shù)，如：32、64、128、256、512、1024等。有許多信號處理設(shè)備固定取為1024點。4觸發(fā)方式選擇觸發(fā)信號是啟動A/D開始采樣的信號。觸發(fā)方式選擇即選擇不同形式的觸發(fā)信號。5性能價格比的要求A/D轉(zhuǎn)換器必須考慮到性能價格比。一定要根據(jù)使用的場合、使用的環(huán)境等條件，只要能滿足技術(shù)要求即可，而不要僅片面追求性能的高指標。五D/A選擇原則

1D/A芯片的主要性能指標的考慮

D/A的主要性能指標有：在給定工作條件下的靜態(tài)指標，包括各項精度指標、動態(tài)指標、環(huán)境指標等。用戶在選擇時主要考慮的是以位數(shù)表現(xiàn)的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間。2D/A芯片主要結(jié)構(gòu)特性和應用特性的選擇

D/A芯片這些特性雖然主要表現(xiàn)為芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的配置狀況，但這些配置狀態(tài)對D/A轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計帶來很大的影響。主要考慮的問題如下：①數(shù)字輸入特性②數(shù)字輸出特性③鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制§5.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DCC）

一DDC系統(tǒng)概述在DDC系統(tǒng)中，微型計算機直接參與了閉環(huán)控制過程。它的操作功能包括：從被控對象中獲取各種信息，執(zhí)行能夠反映控制規(guī)律的控制算法，把計算結(jié)果以一定的形式送到執(zhí)行器和顯示報警裝置，實現(xiàn)操作人員-控制臺-微型計算機系統(tǒng)之間的聯(lián)系等。

1DDC系統(tǒng)的控制過程①由檢測元件（一次儀表）對工藝參數(shù)進行檢測；②由濾波器對檢測信號進行濾波，克服現(xiàn)場線路帶來的電、磁干擾。③由采樣/保持器把信號按順序周期地送給數(shù)據(jù)放大器；④由A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給計算機；⑤計算機按事先編好PID控制規(guī)律程序?qū)z測到的信號進行運算；并把運算結(jié)果送給步進控制器（即電機式的D/A轉(zhuǎn)換器）；⑥由步進控制器把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后送給現(xiàn)場的執(zhí)行器；注：采樣器與步進器是同步的，DDC是利用計算機的分時處理能力對多個回路完成多種控制的一種計算機控制方式2DDC系統(tǒng)的控制過程與模擬調(diào)節(jié)過程的比較3DDC的功能

它的功能都可歸結(jié)到各種各樣的控制程序所組成的應用軟件里：如直接控制程序、數(shù)據(jù)處理程序、控制模型程序、報警程序、操作指導程序、數(shù)據(jù)記錄程序、人機聯(lián)系程序等。如圖5-12所示：DDC系統(tǒng)應用4DDC的使用場合●過程回路很多的大規(guī)模生產(chǎn)過程；●被控參數(shù)需要進行一些計算的生產(chǎn)過程；●各參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)過程；●原料、產(chǎn)品和產(chǎn)量經(jīng)常變更的生產(chǎn)過程；●具有較大滯后時間的工業(yè)對象。二DDC的基本算法——離散的PID算式

DDC系統(tǒng)所采用的控制規(guī)律與常規(guī)模擬儀表控制所采用的PID規(guī)律基本相同，但是由于計算機控制是斷續(xù)的數(shù)字控制，而模擬表控制是連續(xù)控制，所以必須對連續(xù)控制的PID控制規(guī)律算式進行離散，使之適合計算機的數(shù)字控制。

1位置算式

模擬式控制器的PID算式：

離散的PID算式：（位置算式）

因為每個采樣間隔由上式計算得到的值相應于控制閥的實際位置，所以稱為位置算式。

位置算式的缺點：當偏差一時不能被消除時，s（k－1）的值會越來越大，引起積分飽和（即控制器的輸出與閥的位置不再對應），所以在DDC系統(tǒng)中采用位置算式時，必須采取防積分飽和措施。2增量算式

四DDC的PID算法中參數(shù)的整定

在DDC中關(guān)于PID控制器的KP、TI、TD的工程整定與常規(guī)儀表基本相同：但在計算機控制系統(tǒng)中，可利用計算機的判斷、運算功能、根據(jù)對象的要求對KP、TI、TD參數(shù)加以適當?shù)母淖?，以提高控制質(zhì)量。比如，采用下面幾種形式就能實現(xiàn)此要求。1對某些控制回路根據(jù)負荷不同采用幾組不同的KP、TI、TD參數(shù)，以改善控制質(zhì)量。2時序控制，按照一定的時間順序采用不同的給定值和KP、TI、TD參數(shù)。3人工模型，模擬現(xiàn)場操作工人的方法，把操作經(jīng)驗編成程序，然后由機器來自動改變給定值或KP、TI、TD參數(shù)。五采樣周期的選擇

在推導數(shù)字PID控制算法時，要求采樣周期T充分小。采樣周期越小，數(shù)字模擬越精確，控制效果就越接近連續(xù)控制。但采樣周期的選擇是受到多方面因素影響的。

1從對控制質(zhì)量的要求來看，應將采樣周期取得小一些。

2從被控對象的動態(tài)特性來看，如果對象的反應速度快，要選擇較短的采樣周期；如果對象的反應速度慢，則可以選用較長的采樣周期。

3在工業(yè)過程控制中，大量被控對象都具有低通特性。如圖5-22(1)單容過程T≤0.1Tg；（2）振蕩過程T≤0.1Te；（3）滯后過程T≤0.25τ

4從執(zhí)行機構(gòu)的要求來看，要求計算機輸出的控制信號應保持一定的時間寬度。

5從抗干擾的要求來看，希望采樣周期短些。對于變化速度不太快的干擾，采用短的采樣周期可以使控制器盡快作出反應，使之迅速得到校正并使其產(chǎn)生的動態(tài)偏差較小；對于變化較快的干擾，如果采樣周期選大了，干擾就有可能得不到及時的控制和抑制。6從計算機的工作量和每個控制回路的成本來看，一般要求采樣周期盡