微型计算机原理及应用(第三版)电子教案第14章.ppt

第14章　微型计算机在自动控制系统中的应用 14.1 微型计算机应用的意义 14.2 典型微型计算机控制系统的组成 14.3 微型计算机在开环控制系统中的应用 14.4 以微型计算机为基础的闭环控制系统 14.5 微型计算机在多对象检测及控制系统中的应用 14.6 微型计算机在多变量寻优系统中的应用431 14.7 微型计算机在过程控制系统中的应用 14.8 单片机在称重装置中的应用 习题 系统中的应用由于大规模集成电路的飞速发展，计算机的微型化很快，其性能价格比也大为提高，因而微型计算机的应用越来越广泛。计算机在各个领域中的应用，已有大量的报道，从中可知计算机的应用已取得显著的经济效益和社会效益。微型计算机不但在工农业生产方面的应用，在科研设备中也有很普遍的应用，而且在办公自动化及家庭生活中也已逐渐得到推广和应用。 本章将就微型计算机在自动控制系统中的应用方面举些实例，说明微型计算机在整个系统中处于什么位置，起到什么作用，能在多大程度上代替人的脑力和体力劳动，使生产过程自动化的程度和产品质量得到什么样的改善或提高。 14.1 微型计算机应用的意义 这里所说的“应用” (application) 将区别于“使用”(use) 这样的术语。所谓计算机的“使用”指的是在计算机本身带有的软硬件的支持下，按照说明书进行操作，以计算某些题目。而“应用”的含义将更为广泛，它除具有上述的“使用”的意义之外，还可以在用户选配的外围设备或器件 (硬件)的支持下对机器、仪表、装置以及整个过程进行检测控制。在用户自编应用程序的支持下，一方面既可以利用计算机来积累资料，总结经验以达到“自学”实践中的规律，从而作为改进今后控制方法的依据。另一方面，更可利用计算机进行实时控制，随时总结经验，随时“指导”下一步的控制规律。 总而言之，“使用”是对计算机本身的硬件毫无增减，在软件上也是只在对计算机配备好的软件略加增减。“应用”则既可以是对计算机的硬件作相当大的增加(如检测通道、执行通道及相应的接口)或者是在原有软件(操作系统，监控程序)的支持下设计出完全满足用户需要的应用软件。这就是，“应用”必须是有硬件和/或软件的增减，以满足用户的需要。 微型计算机的应用一般可分成3种类型： 1. 检测控制型 这种类型用于对控制对象作某些判断然后再去控制其执行机构。它不需要作复杂的数学模型的计算工作，但它必须有检测控制对象的某些现象的传感器件，并且还得将由此而得到的模拟量(连续的电压或电流量)转变成数字量(变为量化的脉冲量)。这就 　是一般称为模数转换器(A/D convertor)。作为一个计算机控制系统，如果把计算机比作人的“头脑”(电脑)的话，则传感器就相当于“耳目”，执行机构则为行动的“手脚”。而A/D转换器是起到使“耳目”和“头脑”之间的匹配作用，或者说，起到将现象翻译成数字的作用，以适应计算机的工作特点。 执行机构如果是开关式的，则计算机只要输出开关量(如继电器)即可。如执行机构是连续式的，则计算机要经过数模转换器(D/A convertor)才能产生连续控制量(如电压或电流量)。 这里要指出的是：A/D和D/A转换器是计算机控制系统的必备的重要器件。其他的“手脚”和“耳目”之类的器件都是一般控制检测装置上通用的，只要作适当的选配，即可以使用于计算机控制系统。 2. 数据处理型 这是指输入数据量比较多(数十，数百，甚至成千上万的数据)，而且需要经过一定规律进行分类、排列(列表)、折算(如线性化)、换算(如求均值、方差等)，然后送入有关的数学模型进行繁杂运算的计算机系统。这种类型为了取得人机对话的方便，必须设有电视屏显示器(或称阴极射线管 CRT)和完整的键盘输入器(要有数字键及文字键)。为了便于多处使用而常可增设若干个带有电传打字机的终端机。 这类系统，多为键盘输入数据，而在显示器上显示结果，这就是所谓离线处理。如果数据直接由各个数据输入端随时输入，然后机器连续运算，并随时或定时给出计算结果，则称为在线处理。当然后者在系统形成上要比前者复杂得多。 3. 混合型 即以上二者的复合型式。一方面既有很多数据输入，并进行相应的处理，另一方面又要根据处理的结果去控制相应的装置，以达到整个系统的预期目的。 下面几节将介绍几个具体的例子，以使初学者有一个较完整的计算机应用概貌。但是，我们不打算按上述三个类型分别举例，因为这种分类法也不是典型的。况且，一个系统的存在是有其实际需要而存在的，有时不一定可以列入任何一类中去。 14.2 典型微型计算机控制系统的组成 以微型计算机为核心组成的控制系统，如图14.1所示。图中间是微处理器 (CPU)，以及组成内存的 ROM和RAM，这是微型计算机的主要内部设备。左边为计算机的外部设备，