[工学]8 计算机控制系统设计与实现.ppt

系统设计的原则与步骤 系统的工程设计与实现 电热油炉温度单片机控制系统设计 仿真转台控制系统设计 系统设计的原则 ⒈安全可靠 ⒉操作维护方便 ⒊实时性强 ⒋通用性好 ⒌经济效益高 系统设计的步骤 ⑴甲方提出任务委托书 ⑵乙方研究任务委托书 ⑶双方对委托书进行确认性修改 ⑷乙方初步进行系统总体方案设计 ⑸乙方进行方案可行性论证 ⑹签订合同书 组建项目研制小组、 系统总体方案的设计、 方案论证与评审、 硬件和软件的细化设计、 硬件和软件的调试、 系统的组装 系统离线仿真和调试后便可进行在线调试和运行。在线调试和运行就是将系统和生产过程联接在一起，进行现场调试和运行。尽管离线仿真和调试工作非常认真、仔细，现场调试和运行仍可能出现问题，因此必须认真分析加以解决。系统运行正常后，可以再试运行一段时间，即可组织验收。验收是系统项目最终完成的标志，应由甲方主持乙方参加，双方协同办理。验收完毕应形成验收文件存档 。 系统总体方案设计 依据合同书(或协议书)的技术要求确定系统的性质是数据采集处理系统，还是对象控制系统，如果是对象控制系统，还应根据系统性能指标要求，决定采用开环控制，还是采用闭环控制。根据控制要求、任务的复杂度、控制对象的地域分布等，确定整个系统是采用直接数字控制(DDC)、还是采用计算机监督控制(SCC)，或者采用分布式控制，并划分各层次应该实现的功能，同时，综合考虑系统的实时性、整个系统的性能价格比等。 控制方案确定后，就可进一步确定系统的构成方式，即进行控制装置机型的选择。目前用于工业控制的计算机装置有多种可供选择，如单片机、可编程控制器、IPC、DCS、FCS等。 在以模拟量为主的中小规模的过程控制环境下，一般应优先选择总线式IPC来构成系统的方式；在以数字量为主的中小规模的运动控制环境下，一般应优先选择PLC来构成系统的方式。IPC或PLC具有系列化、模块化、标准化和开放式系统结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，象搭积木般地组建系统。这种方式能够提高系统研制和开发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。 当系统规模较小、控制回路较少时，可以采用单片机系列；当系统规模较大，自动化水平要求高，集控制与管理于一体的系统可选用DCS、FCS等。 主要包含传感器、变送器和执行机构的选择。这些装置的选择是正确控制精度的重要因素之一。根据被控对象的特点，确定执行机构采用什么方案，比如是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，应对多种方案进行比较，综合考虑工作环境、性能、价格等因素择优而用。 在硬件系统确定后，计算机控制系统的控制效果的优劣，主要取决于采用的控制策略和控制算法是否合适。很多控制算法的选择与系统的数学模型有关，因此建立系统的数学模型是非常必要的。 所谓数学模型就是系统动态持性的数学表达式，它反映了系统输入、内部状态和输出之间的逻辑与数量关系，为系统的分析、综合或设计提供了依据。 每个特定的控制对象均有其特定的控制要求和规律，必须选择与之相适应的控制策略和控制算法，否则就会导致系统的品质不好，甚至会出现系统不稳定、控制失败的现象。 在计算机控制系统中，一些功能既能由硬件实现，也能由软件实现。故系统设计时，硬件和软件功能的划分要综合考虑，以决定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件来完成。一般采用硬件实现时速度比较快，可以节省CPU的大量时间，但系统比较复杂、灵活性差，价格也比较高；采用软件实现比较灵活、价格便宜，但耍占用CPU更多的时间。所以，一般在CPU时间允许的情况下．尽量采用软件实现，如果系统控制回路较多、CPU任务较重，或某些软件设计比较困难时，则可考虑用硬件完成。 总体方案中还应考虑人—机联系方式的问题，系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。 总体设计后将形成系统的总体方案。总体方案确认后，要形成文件，建立总体方案文档。系统总体文件的内容包括： ⑴系统的主要功能、技术指标、原理性方框图及文字说明。 ⑵控制策略和控制算法，例如PID控制、达林算法、Smith补偿控制、最级控制、前馈控制、解耦控制、模糊控制、最优控制等。 ⑶系统的硬件结构及配置，主要的软件功能、结构及框图。 ⑷方案比较和选择。 ⑸保证性能指标要求的技术措施。 ⑹抗干扰和可靠性设计。 ⑺机柜或机箱的结构设计。 ⑻经费和进度计划的安排。 硬件的工程设计与实现 ⑴选择系统的总线 ①内总线选择 常用的工业控制机内总线有两种：PC总线和STD总线。一般 常选用PC总线工业控制机。 ②外总线选择 根据计算机控制系统的基本类型，如果采用分级控制系统 DCS等，必然有通信的问题。 外总线就是计算机与计算机之间、计算机与智能仪器或智能 外设之间进行通信