石河子大学机械电气工程学院机电一体化系统设计课件第4章 微机控制系统的选择与设计.ppt

第四章 微机控制系统的选择与设计 4.1 专用与通用的抉择、 硬件与软件的权衡 控制系统的设计是综合运用各种知识的过程 设计内容包括选用微机、设计接口、选用控制形式等。 1、专用与通用的抉择 通用LSI芯片 2、硬件与软件的权衡 根据经济性和可靠性的标准权衡 要注意提高系统的抗干扰性能 4.2 微机控制系统的设计思路 1、整体方案的确定 2、控制算法的确定 3、微型计算机的选择 4、控制系统总体设计 5、软件设计 单片机控制系统硬件电路 集成电路 计算机系统 4.3微机控制系统的构成与种类 1、微型计算机的系统构成 微处理器、微型计算机、微型计算机系统的区别联系 2、微型计算机的种类 单板机 可视门铃单板机 一、MCS-51系列单片机结构特点 8051片内有4KB的ROM(掩膜型)，用户无法自行写入，一般使用批量较大。 8751片内有4KB的EPROM(紫外线擦除)，可用于程序开发。 8031使用时需配置外部程序存储器 4.7 微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计 微机应用系统的输入/输出是通过硬件电路和软件共同完成的 对硬件电路的基本要求 可靠的传递控制信息 相应的信息转换 较强的抗干扰功能 1、光电隔离电路设计 为了防止干扰信号进入微机，常用的办法： 滤波吸收+光电隔离 微机与强电不共地，阻断干扰信号的传导 光电隔离电路的主要作用 隔离干扰信号 电平转换 提高驱动能力 光电耦合隔离电路的应用 2、信息专换电路 弱电转强电电路：由于要用微机控制信号来控制执行元件，也就是弱电控制强电，就需要进行功率放大 数字脉冲转换 数字信号转化成脉冲序列 D/A、A/D转换 电量转非电量 4.8常用检测传感器的性能、选用 传感器概念 物理信号→电信号 检测状态信息 为有效的进行控制提供信息 分类 按其作用： 内部信息传感器：位置、速度、加速度、温度 外部信息传感器：压觉、滑动觉、视觉、听觉 按输出信号的性质 1、开关型传感器 只有两个值：0、1 或者 ON OFF 输入量： 在设定值以下 → OFF状态 在设定值以上 → ON状态 特点：1和0是数字信号，可以直接传送到微机进行处理，使用方便。 2、模拟型传感器 线性：y=ax 两个点即可确定方程，方便的求出其他输入输出量的关系。 非线性：输出信号需进行适当的修正 → 线性信号 不管输入输出量的关系是线性还是非线性，都要经过A/D → 微机处理。 3、数字型传感器 机电一体化系统中常需要检测的物理量 分类： 按用途：位移、位置传感器，速度加速度传感器，力和力矩传感器，温度传感器，湿度传感器 按工作原理：电阻式、电感式、电容式、 磁电式、光电式 机电一体化产品对检测传感器的基本要求 体积小、重量轻、对整机适应性好 精度和灵敏度高，响应快，稳定性好 安全可靠，信噪比高 便于与计算机连接 抗干扰能力强 对环境适应性强 现场处理简单，操作性能好 价格便宜 热敏电阻式温度传感器 传感器的特性参数及选用原则静态特性 1、量程：在允许误差限内传感器的使用测量 范围 2、满量程输出：测量范围的上下限之差 3、线性范围：机械输出量与传感器输出量之 间维持线性比例关系的测量范围。 线性范围宽→工作量程大→测量准确 线性范围窄：要保证非线性误差在允许范围内。 静态特性 4、线性度δL：输出与输入关系曲线对拟合直 线的接近程度。 δL=（︱ΔLMAX︱/Y）×100 线性度与选取的拟合直线有关，以选用线性度小为宜 静态特性 5、灵敏度：量程范围内，灵敏度越高越好， 但也更易受干扰信号的影响。 6、精确度：表示传感器输出量与被测量实际 值之间的符合程度。 测试值精度 重复精度 7、分辨力：能检测到的最小输入增量，越高越好 静态特性 8、迟滞：在正反行程中，输出值的差值，反映了传感器机械部件和结构材料等存在的问题，如磨损、间隙不当、变形等问题 9、稳定性：长期内，特性不发生变化的性能，工作在恶劣环境下应考虑该因素。 动态特性 测量交变信号时的特性，在其所测得频率范围内，保持信号不失真的测量特性。 频率响应：在初始条件为0时，输出的傅立叶变换与输入的傅立叶变换之比。 幅频特性：输出量的幅值与输入量的幅值之比，应是平直的线段，该值是对系统传递信息特性的描述。 相频特性：输出量与输入量相位之差，要求是线性的或者恒定的。 4.8.2 各类传感器的主要性能及优缺点 1、位移，位置传感器 电阻式，原理：金属导体电阻值随变形而发生改变的物理现象。所以其精度高，但动态范围窄，电位计式（滑动变阻器）易磨损。 电感式：衔铁的运动部