第八章__计算机控制系统应用软件设计.ppt

第八章 计算机控制系统应用软件设计 第一节 概述 第二节 计算机控制系统的数据处理 第三节 数字滤波 本章重点 1、什么是标度变换？线性标度变换的公式是什么？ 将数字量转换成带有物理量纲的数值这种转换称为标度变换。 2、某热处理炉温度测量单元的量程为200-800℃，在某一时刻计算机经8位A/D检测变换、数字滤波后得到的数字量为CDH，问此时的温度是多少？设测量单元是线性的. Ax=(Am-A0)Nx/Nm+A0 =(800-200)*205/255+200 =682℃ 本章重点 3、什么是数字滤波？ 所谓数字滤波，就是通过一定的计算程序减少干扰信号在有用信号中的比重。 * 第一节 概述 一、计算机控制系统软件组成 软件一般包括系统软件和应用软件两大部分。 系统软件由开发商提供，它包括监控管理程序，实时操作系统和各种语言的翻译程序，即汇编和编译程序，如8031的汇编程序、C51、Turbo C、Borland C、VB、VC语言的编译程序。系统软件不需用户自行设计，用户只需了解它的应用，将其作为一种工具进行编程及开发。 应用软件则是面向生产过程控制，根据不同的应用场合由用户自行编制。这类程序面向不同的生产对象和控制要求，因此通用性差，必须由用户自行开发及编写。 应用程序大体分为以下几大类。 1．控制算法程序 控制算法程序主要实现控制规律的计算，产生控制量。常用的控制算法有：数字PID控制算法、大林算法、Smith补偿控制算法、最少拍控制算法、串级控制算法、前馈控制算法、解耦控制算法、模糊控制算法、最优控制算法等。 2．数据采集及处理程序 数据采集程序包括：用于检查是可靠输入数据还是故障数据的数据可靠性检查程序、A/D转换及采样程序、用于滤除干扰造成的错误数据或不宜使用的数据的数字滤波程序、用于对检测元件或变送器的非线性特性进行补偿的线性化处理程序等。 3．实时时钟和中断处理程序 实时时钟是计算机控制系统一切与时间有关的控制过程运行的基础。 计算机控制系统中有很多任务是按时间顺序安排的，这些任务的触发和撤消由系统时钟来控制，不用操作者直接干预。 许多实时任务，如采样周期、定时显示打印、定时数据处理等都必须利用实时时钟来实现，并由定时中断服务程序去执行相应的动作或处理动作状态标志等。另外，事故报警、掉电检测及处理、重要的事件处理等功能的实现常常使用中断技术，以便计算机能对事件做出及时处理。 4．数据管理程序 这部分程序用于生产管理，主要包括：画面显示、变化趋势分析、报警记录、统计报表打印输出等。 二、应用软件设计方法 1．应用程序设计的几个特点 （1）应用程序与硬件配置密切相关 计算机控制系统中的应用软件，是针对某一具体控制问题而设计的。控制对象和控制要求不同，选用的硬件配置必然不一样。 （2）频繁的端口操作 计算机控制系统过程通道的端口和计算机的I/O端口总是处于频繁工作状态。相应的软件设计必须保证I/O端口工作的实时性和可靠性。 （3）实时性要求 在控制任务较复杂时，程序的执行时间是控制系统应用软件设计必须顾及的一个问题。应特别注意采样周期、控制周期与中断周期在实时性方面能否满足要求。 （4）软件可靠性与抗干扰能力要求 工业现场的环境一般比较复杂、干扰源比较多，并且控制系统的高可靠性又是必须的。因此，在计算机控制系统设计过程中，除了考虑硬件抗干扰外，必须顾及软件抗干扰。 2．应用软件设计的基本步骤 (1)问题定义； (2)程序设计； (3)手编程序； (4)查错； (5)调试； (6)文件编制； (7)维护和再设计； 图8-1给出了应用软件设计的流程图，它描述了应用软件设计的基本任务和设计过程。 否 是 是 是 问题定义 程序设计 文件编制 手编程序 开始 调试 结束 有？错？ 否 否 查错 有错？ 维护和再设计 大错？ 图8-1应用软件设计的流程图 3．应用程序设计方法 （1）模块化程序设计 模块化程序设计的出发点是把一个复杂的程序，分解为若干个功能模块，每个模块执行单一的功能，并且具有单入口单出口结构，在分别进行独立设计、编程、查错和调试之后，最终装配在一起，连接成完整的大程序。 （2）结构化程序设计 结构化程序设计采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出