計算機(jī)控制技術(shù)2-n課件

第二章

控制計算機(jī)數(shù)據(jù)通道概述計算機(jī)數(shù)據(jù)通道輸入通道傳感器調(diào)理電路輸入接口輸出通道輸出接口驅(qū)動電路執(zhí)行器2.1數(shù)字量通道1）、數(shù)字量輸入通道基本構(gòu)成被測量傳感器傳輸線接插件調(diào)理電路并行接口CPU2.1數(shù)字量通道2）、數(shù)字量輸出通道基本結(jié)構(gòu)被控機(jī)構(gòu)執(zhí)行器傳輸線功率放大隔離與電平轉(zhuǎn)換并行接口CPU接插件2.1數(shù)字量通道2）、數(shù)字量輸出通道隔離與電平轉(zhuǎn)換：隔離器件/電平轉(zhuǎn)換器件~光電隔離器功率放大：大功率半導(dǎo)體器件、繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電磁閥、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、…2.2模擬量通道1）、模擬量輸入通道基本結(jié)構(gòu)被測量傳感器傳輸線接插件調(diào)理電路多路開關(guān)CPUAD接口采樣保持器2.2模擬量通道1）、模擬量輸入通道調(diào)理電路：放大：幅值放大、隔離放大器、測量放大器濾波：帶通濾波、低通濾波非線性補償：使信號線性化整形：斯密特觸發(fā)器其他補償：溫漂、零漂I/V轉(zhuǎn)換：電流/電壓轉(zhuǎn)換V/F轉(zhuǎn)換：電壓/頻率轉(zhuǎn)換電橋：小變化量檢測接口：多路開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換2.2模擬量通道1）、模擬量輸入通道誤差分析誤差類型隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、異常數(shù)據(jù)相對誤差、絕對誤差A(yù)/D轉(zhuǎn)換器相對誤差/絕對誤差絕對誤差~1LSB對應(yīng)的被測量相對誤差~1/2n,n為轉(zhuǎn)換器位數(shù)輸入通道總誤差估計傳感器、調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器引入誤差絕對值相加采樣保持及孔徑誤差2.2模擬量通道2）、模擬量輸出通道基本結(jié)構(gòu)被控機(jī)構(gòu)執(zhí)行器傳輸線功率放大/VI變換輸出平滑濾波D/A接口CPU接插件極性轉(zhuǎn)換2.3脈沖數(shù)字量通道1）、輸入通道基本結(jié)構(gòu)被測量傳感器傳輸線接插件調(diào)理電路定時計數(shù)器接口CPU2.3脈沖數(shù)字量通道1）、輸入通道被測量：轉(zhuǎn)速、脈沖頻率、脈寬、計數(shù)…傳感器：磁電、霍爾、光電調(diào)理電路：鉗位、濾波、放大、整形、隔離2.3脈沖數(shù)字量通道1）、輸入通道脈沖數(shù)字量測量方法測頻法單位時間內(nèi)脈沖數(shù)測量誤差絕對誤差：一個脈沖相對誤差：1/計數(shù)值測周期法一個脈沖時間內(nèi)時鐘計數(shù)測量誤差據(jù)對誤差：一個時鐘單位相對誤差：1/時鐘計數(shù)孔徑誤差測量的是均值2.3脈沖數(shù)字量通道2）、輸出通道基本結(jié)構(gòu)頻率發(fā)生器PWM2.4數(shù)據(jù)處理1、誤差分析誤差類型：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、過失誤差（異常數(shù)據(jù)）有效性檢查：方差分析、極值分析、特征分析2.4數(shù)據(jù)處理2、數(shù)字濾波限幅濾波算術(shù)平均值加權(quán)濾波中值濾波3、標(biāo)度變換確定被測量與電量/數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系標(biāo)定：確定單位物理量與電量/數(shù)字量的關(guān)系2.5計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)1、概述解決的問題：可靠工作時間、故障檢測、故障處理、容錯控制可靠性：在規(guī)定條件下，規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定任務(wù)的能力。故障率：失效次數(shù)/總工作時間平均無故障時間：總工作時間/失效次數(shù)可靠度：2.5計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)2、系統(tǒng)設(shè)計中影響可靠性的因素結(jié)構(gòu)簡化功能簡化存儲與計算能力熱設(shè)計接插件機(jī)械特性氣候環(huán)境2.5計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)3、信號接地安全地、工作地接地方式：單點接地、多點接地浮地系統(tǒng)：設(shè)備地線不與大地連接模擬地/數(shù)字地：模擬信號地線~模擬地；數(shù)字信號地線~數(shù)字地大功率信號地/小信號地：屏蔽地：屏蔽層的接地計算機(jī)系統(tǒng)地線連接基本原則：盡量加寬、利用地線做屏蔽、板子周邊地線向內(nèi)擴(kuò)展2.5計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)5、隔離技術(shù)抑制共地耦合引入的干擾。隔離原理6、長線傳輸效應(yīng)長線傳輸影響：滯后、波形畸變/衰減、外界干擾敏感、分布參數(shù)影響。長線傳輸阻抗匹配線路阻抗：阻抗匹配2.5計算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)7、直流電源抗干擾技術(shù)地線電源線間并接電容功率較大器件加隔離電容保護(hù)電路8、軟件可靠性技術(shù)2.6故障自診斷1)故障自診斷基于計算機(jī)的控制系統(tǒng)在完成控制功能同時，對系統(tǒng)進(jìn)行在線實時故障檢測和診斷2）硬件冗余/無硬件冗余的自診斷硬件冗余自診斷：除控制系統(tǒng)需要的硬件（傳感器）外，增加專用于診斷的硬件（傳感器）無硬件冗余的自診斷：不增加硬件，僅靠附加的軟件完成故障自診斷。2.6故障自診斷4）信號邏輯分析通過信號之間存在的對應(yīng)關(guān)系，確定是否出現(xiàn)故障和故障位置操縱/控制信號與反饋的被控裝置測量信號對應(yīng)關(guān)系如倒檔控制/狀態(tài)與倒車信號相連總成之間聯(lián)動裝置測量信號之間的對應(yīng)關(guān)系如有檔時車速與輸入軸轉(zhuǎn)速邏輯分析與局部模型結(jié)合的方法如檔位值、換檔控制閥控制信號、輸入軸與車速結(jié)合診斷故障2.6故障自診斷5）信號譜特性分析通過信號的譜特性是否符合正常信號范圍判定是否有故障信號的頻譜范圍信號的特定頻率幅值基于信號處理的故障診斷方法缺點計算量大，不太適合實時嵌入式系統(tǒng)2.6故障自診斷6）基于模型的故障診斷基本思想控制系統(tǒng)存有系統(tǒng)模型，在控制系統(tǒng)運行中不斷測得系統(tǒng)的輸入和輸出，當(dāng)系統(tǒng)沒有異常時，同樣的輸入加到模型時，模型的計算輸出應(yīng)當(dāng)與測量的輸出值一至（只有隨機(jī)誤差）。通過檢驗測量值與計算值的差別，可以判斷是否發(fā)上故障---故障檢測。如果根據(jù)測量值對系統(tǒng)進(jìn)行辨識，可以通過辨識的參數(shù)判斷故障原因（位置）---故障診斷控制器系統(tǒng)模型測量值被控系統(tǒng)一致性檢驗計算值故障判斷給定值偏差控制2.6故障自診斷7）基于模型的AMT故障診斷汽車控制系統(tǒng)故障自診斷的優(yōu)點硬件增加少，效果好成本低汽車的一些結(jié)構(gòu)和工作特點有利于模型診斷方法應(yīng)用（不利方面、有利方面）基于局部模型的故障診斷汽車動力傳動系統(tǒng)在各種工作周期，總成的耦合和解耦2.6故障自診斷8）動力傳動系統(tǒng)構(gòu)成與局部模型傳動系統(tǒng)發(fā)動機(jī)空載模型離合器模型變速箱模型基于局部模型的診斷局部模型