機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用-PowerPoint演示文稿.ppt

1、機(jī)電系統(tǒng)檢測(cè)與控制,Measurement and Control in Mechatronics System,第八章 機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用,本章主要內(nèi)容： 從設(shè)計(jì)一般的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)出發(fā)，介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟以及每一步具體設(shè)計(jì)的任務(wù)。,第一節(jié) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟,1 系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì),2 微型計(jì)算機(jī)選擇,3 控制算法設(shè)計(jì),4 硬件設(shè)計(jì),5 軟件設(shè)計(jì),6 系統(tǒng)聯(lián)調(diào),系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì),1 確定控制任務(wù),即干什么？確定目標(biāo)，了解其意義。,2 軟硬件功能分配,3 接口電路設(shè)計(jì),4 通道設(shè)計(jì),5 控制臺(tái)設(shè)計(jì),微型計(jì)算機(jī)選擇,構(gòu)成方案選擇,性能指標(biāo)選擇,組裝方案,單板機(jī)或單片機(jī)方案

2、,通用微型機(jī)系統(tǒng)方案,通用工控機(jī)系統(tǒng)方案,完善的中斷系統(tǒng),足夠的存儲(chǔ)容量,完備的I/O通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘,足夠的數(shù)據(jù)處理能力,控制算法設(shè)計(jì),控制算法必須滿足系統(tǒng)對(duì)控制速度、控制精度、和穩(wěn)定性的要求。,對(duì)具體的系統(tǒng)，可能需要對(duì)通用的計(jì)算公式進(jìn)行修改和補(bǔ)充。,要充分考慮控制算法的物理上的可實(shí)現(xiàn)性。,第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件,操作系統(tǒng),語(yǔ)言加工系統(tǒng),編輯程序,編譯程序,連接、裝配程序,調(diào)試程序,子程序庫(kù),診斷系統(tǒng),系統(tǒng)軟件,應(yīng)用軟件,控制程序,數(shù)據(jù)采集及處理程序,巡回檢測(cè)程序,數(shù)據(jù)管理程序,軟 件,應(yīng)用程序的語(yǔ)言選擇及設(shè)計(jì)步驟,一、語(yǔ)言的選擇 機(jī)器語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言 二、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)步驟和方法

3、步驟：?jiǎn)栴}定義；程序設(shè)計(jì)；編碼；調(diào)試、改進(jìn)和再設(shè)計(jì)。 方法：繪制流程圖；采用模塊程序設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)法；,第三節(jié) 常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì),一、常用的應(yīng)用程序 數(shù)字濾波；線性化處理；PID數(shù)字控制；數(shù)字顯示；超限報(bào)警；鍵盤掃描；串口通訊等 1、數(shù)字濾波 優(yōu)點(diǎn)：用程序?qū)崿F(xiàn)，可以多個(gè)通道公用一個(gè)濾波程序；可靠性高，穩(wěn)定性好，各回路不存在阻抗匹配問(wèn)題；可以對(duì)頻率很低的信號(hào)濾波；改變程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的濾波方法或調(diào)整濾波參數(shù)，靈活，方便。 1）算術(shù)平均值濾波 把N次采樣值進(jìn)行相加，取其平均值作為本次采樣值。 應(yīng)用：主要對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)的采樣值進(jìn)行平滑加工，但對(duì)脈沖性干擾的平滑不理想，不適用脈沖干擾比

4、較嚴(yán)重的場(chǎng)合。,常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì),2）中值濾波 把N次采樣值從小到達(dá)排序，取中間值作為本次采樣值。 應(yīng)用：對(duì)去掉脈動(dòng)性的干擾比較有效，但對(duì)快速變化過(guò)程的參數(shù)則不宜采用。N值不宜太大，一般取N35。 3）一階滯后濾波（動(dòng)態(tài)濾波法）,為濾波環(huán)節(jié)的慣性滯后時(shí)間常數(shù),為平滑系數(shù),4）程序判斷濾波 將兩次采樣值比較，如果其差大于最大允許偏差，則認(rèn)為 本次采樣值為干擾信號(hào)，舍去。反之為有用信號(hào)。 限幅濾波 若 以本次采樣值x2為真實(shí)信號(hào)，否則以上一 采樣值作為真實(shí)信號(hào)。,常用應(yīng)用程序設(shè)計(jì),限速濾波 設(shè)相鄰的采樣時(shí)刻 t1、t2、t3的采樣值為x1、x2、x3，則限速濾波的規(guī)則為： 若 則x2作為濾波輸出值

5、，否則保留x2，再取x3，若 則x3作為濾波輸出，否則（x3+x2）/2作為濾波輸出。,例：微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),以典型工業(yè)爐窯網(wǎng)帶式多溫區(qū)電阻爐為對(duì)象，介紹微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例。,一、系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì),控制任務(wù),設(shè)計(jì)對(duì)象是六溫區(qū)網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)電阻爐，溫區(qū)溫度在6001000 范圍內(nèi)均連續(xù)可控。各溫區(qū)溫度以及網(wǎng)帶的運(yùn)行速度既可以自動(dòng)設(shè)定，也可人工設(shè)定。 要求系統(tǒng)能夠?qū)α鶄€(gè)溫區(qū)的溫度以及網(wǎng)帶運(yùn)行速巡回檢測(cè)、顯示和定時(shí)打印。網(wǎng)帶由直流電機(jī)拖動(dòng)，其運(yùn)行速度由調(diào)速系統(tǒng)控制。,主要任務(wù)： 1）六個(gè)溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制； 2）網(wǎng)帶拖動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢 測(cè)； 3）六

6、個(gè)溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運(yùn)動(dòng)速度的巡回檢測(cè)、 顯示和定時(shí)打??； 4）系統(tǒng)升溫、保溫狀態(tài)指示、超溫、斷偶報(bào)警等功能。,1、 確定控制任務(wù),系統(tǒng)構(gòu)成框圖,I/O通道,溫度檢測(cè)模擬輸入通道由熱電偶、前級(jí)放大器、多路模 擬轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換和輸入接口電路組成。,從熱點(diǎn)偶得到的是毫伏級(jí)電壓信號(hào)，經(jīng)前級(jí)放大器放大 至010V，然后通過(guò)多路模擬開關(guān)到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入 端。多路模擬開關(guān)的切換由微型計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)光耦 合器驅(qū)動(dòng)，逐一選通六路溫度檢測(cè)電壓信號(hào)。,采用V/F變換器和定時(shí)計(jì)數(shù)器組成A/D轉(zhuǎn)換器。,A/D轉(zhuǎn)換器,這種A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格便宜、容易隔離、抗干擾能力強(qiáng)、 便于檢測(cè)信號(hào)傳送；但是轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)

7、中，溫度 變化屬于慢速，所以可以采用。,2.1 溫度檢測(cè)模擬輸入通道設(shè)計(jì),2 、I/O通道和接口電路設(shè)計(jì),2 、I/O通道和接口電路設(shè)計(jì),2.1 溫度檢測(cè)模擬輸入通道設(shè)計(jì),8253,2.2 晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計(jì),晶閘管 晶閘管是一種大功率的半導(dǎo)體器件，它具有體積小、重量輕、耐壓高、容量大、功率高、維護(hù)簡(jiǎn)單、控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它的功率放大倍數(shù)很高，可以用微小的信號(hào)功率（幾十到一、二百毫安的電流，二、三伏的電壓）對(duì)大功率（電流為幾百安、電壓為數(shù)千伏）的電源進(jìn)行控制和變換。,3、撥碼盤給定輸入通道,使用22片4位BCD碼輸入的撥碼盤片，作為六個(gè)溫區(qū)的溫度給定和電動(dòng)機(jī)的速度給定。,4、數(shù)碼顯示

8、輸出通道,包括：數(shù)字量輸出接口電路、所存譯碼驅(qū)動(dòng)電路，七段數(shù)碼管顯示器。,5、打印機(jī)輸出通道,二、微型計(jì)算機(jī)選擇,1、STD總線標(biāo)準(zhǔn) 2、8098單片機(jī),三、控制算法,取一個(gè)溫區(qū)的溫度進(jìn)行分析，分析其簡(jiǎn)化后的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。,電阻爐的慣性時(shí)間常數(shù),純滯后時(shí)間常數(shù)=NT,Z變換：,大林算法,由下面的式子，可以得到系統(tǒng)的控制算法差分方程式：,系統(tǒng)控制程序結(jié)構(gòu)框圖,五、軟件設(shè)計(jì),系統(tǒng)初始化程序模塊流程圖,一、簡(jiǎn)答題 1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成的？各部分的作用是什么？ 2、簡(jiǎn)述I/O控制方式有那些？它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合何如？ 3、什么是接口？為什么要設(shè)計(jì)接口？ 4、典型I/O通道有哪些？它們由那些環(huán)節(jié)組成？ 5、模擬輸出通道中為什么要加輸出保持器