控制系统设计.ppt
- 文档编号:2739457
- 上传时间:2022-11-10
- 格式:PPT
- 页数:12
- 大小:249.50KB
控制系统设计.ppt
《控制系统设计.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《控制系统设计.ppt(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
华北科技学院11、控制系统的地位:
、控制系统的地位:
在机电一体化系统中,在机电一体化系统中,控制系统控制系统是整个系统的核心,主要是整个系统的核心,主要实现实现控制及信息处理控制及信息处理功能,它通过功能,它通过计算机接口计算机接口与检测设备和驱与检测设备和驱动系统联系,在机电一体化系统中占有相当重要的地位。
动系统联系,在机电一体化系统中占有相当重要的地位。
华北科技学院22、控制系统的组成及工作原理:
、控制系统的组成及工作原理:
图图3.13.1是控制系统的基本构成图。
它由是控制系统的基本构成图。
它由控制装置、执行机控制装置、执行机构、被控对象及传感器与检测装置等构、被控对象及传感器与检测装置等构成。
构成。
工作原理:
工作原理:
控制装控制装置根据给定信号和采集外界的各种信息,经过处理、分析后,置根据给定信号和采集外界的各种信息,经过处理、分析后,将计算结果及控制信号输出到执行机构,对被控对象加以控制,将计算结果及控制信号输出到执行机构,对被控对象加以控制,以实现被控对象按预定的规律或目的运行。
以实现被控对象按预定的规律或目的运行。
图图3.13.1控制系统的基本构成控制系统的基本构成华北科技学院1)1)按控制器所依据的判定准则中是否有被控对象状态的按控制器所依据的判定准则中是否有被控对象状态的函数,可将控制系统分为函数,可将控制系统分为顺序控制系统和反馈控制系统。
顺序控制系统和反馈控制系统。
前者依据前者依据时间、逻辑、条件等顺序时间、逻辑、条件等顺序决定被控对象的运行决定被控对象的运行步骤,步骤,是一种开环控制系统。
是一种开环控制系统。
其主要优点是简单、经济、容其主要优点是简单、经济、容易维修,缺点是精度低,对环境变化和干扰十分敏感;易维修,缺点是精度低,对环境变化和干扰十分敏感;后者依据后者依据被控对象的运行状态被控对象的运行状态决定被控对象的变化趋势,决定被控对象的变化趋势,是一种闭环控制系统。
是一种闭环控制系统。
它具有精度高、动态性能好、抗干扰它具有精度高、动态性能好、抗干扰能力强等优点,缺点是结构复杂、价格昂贵等。
能力强等优点,缺点是结构复杂、价格昂贵等。
3、控制系统的分类、控制系统的分类华北科技学院2)2)按系统输出的变化规律可将控制系统分为按系统输出的变化规律可将控制系统分为镇定控制系镇定控制系统、程序控制系统和随动系统。
统、程序控制系统和随动系统。
镇定控制系统也叫调节系统,镇定控制系统也叫调节系统,它的特点是,在外界干扰它的特点是,在外界干扰作用下使系统输出仍基本保持为常量,如作用下使系统输出仍基本保持为常量,如恒温调节系统恒温调节系统等,等,镇定控制系统的输入是它的设定点;镇定控制系统的输入是它的设定点;程序控制系统也叫过程控制系统,程序控制系统也叫过程控制系统,它的特点是,在外界它的特点是,在外界条件的作用下系统的输出按预定程序变化,如条件的作用下系统的输出按预定程序变化,如机床的数控系机床的数控系统统等。
这类系统的给定值是变化的,但它是一个已知的时间等。
这类系统的给定值是变化的,但它是一个已知的时间函数,或按预定的规律变化。
函数,或按预定的规律变化。
随动系统也叫跟踪系统,随动系统也叫跟踪系统,它的特点是系统的输出能相应它的特点是系统的输出能相应于输入在较大范围内按任意规律变化,如于输入在较大范围内按任意规律变化,如炮瞄雷达系统炮瞄雷达系统等。
等。
随动系统的给定信号不仅在不断地变化,而且这种变化是按随动系统的给定信号不仅在不断地变化,而且这种变化是按未知规律变化的任意函数。
随动系统的根本任务就是能够自未知规律变化的任意函数。
随动系统的根本任务就是能够自动地、连续地、精确地复现给定信号的变化规律。
动地、连续地、精确地复现给定信号的变化规律。
华北科技学院3)3)按系统中所处理信号的形式可将控制系统分为连续控按系统中所处理信号的形式可将控制系统分为连续控制系统和离散控制系统。
制系统和离散控制系统。
在连续控制系统中,信号是以连续的模拟信号形式被处在连续控制系统中,信号是以连续的模拟信号形式被处理和传递的,控制器采用硬件模拟电路实现;理和传递的,控制器采用硬件模拟电路实现;在离散控制系统中,主要采用计算机对数字信号进行处在离散控制系统中,主要采用计算机对数字信号进行处理,控制器是以软件算法为主的数字控制器。
理,控制器是以软件算法为主的数字控制器。
4)4)按被控对象自身的特性可将控制系统分成线性系统与按被控对象自身的特性可将控制系统分成线性系统与非线性系统、确定系统与随机系统等。
非线性系统、确定系统与随机系统等。
华北科技学院机电一体化控制系统形式很多,但对控制系统都有一机电一体化控制系统形式很多,但对控制系统都有一个共同的要求,概括起来为个共同的要求,概括起来为稳、准、快稳、准、快三个方面。
三个方面。
1)1)稳定性:
因闭环控制存在反馈,系统又存在惯性,稳定性:
因闭环控制存在反馈,系统又存在惯性,当系统参数匹配不当时,则会引起振荡而丧失工作能力,当系统参数匹配不当时,则会引起振荡而丧失工作能力,故保持系统稳定是系统工作的首要条件。
故保持系统稳定是系统工作的首要条件。
2)2)准确性:
指调节过程结束后输出量与给定量之间的准确性:
指调节过程结束后输出量与给定量之间的偏差,亦称静态精度。
例如数控机床的控制精度越高,其偏差,亦称静态精度。
例如数控机床的控制精度越高,其加工的零件精度也越高。
加工的零件精度也越高。
3)3)快速性:
指在系统稳定的条件下,当系统的输出量快速性:
指在系统稳定的条件下,当系统的输出量和输入量之间产生偏差时,消除这种偏差过程的快速程度和输入量之间产生偏差时,消除这种偏差过程的快速程度4、控制系统的要求、控制系统的要求华北科技学院5、控制微机的选择、控制微机的选择在机电一体化系统中,控制系统是其核心。
由于控制的复杂在机电一体化系统中,控制系统是其核心。
由于控制的复杂性和多样性,各种类型的控制微机相继出现,人们在设计微机控性和多样性,各种类型的控制微机相继出现,人们在设计微机控制系统的时候,就要根据实际情况,选择合适的主控单元。
现在制系统的时候,就要根据实际情况,选择合适的主控单元。
现在使用最多的工业控制微机主要集中在使用最多的工业控制微机主要集中在PCPC总线工控机、总线工控机、STDSTD总线工总线工控机、单片机或单板机组成的微机系统和可编程控制器等控机、单片机或单板机组成的微机系统和可编程控制器等几大类。
几大类。
控制微机的发展历程:
控制微机的发展历程:
初期的微机控制功能大多由单板机实初期的微机控制功能大多由单板机实现,后来随着现,后来随着PCPC机功能的增强,价格下降,出现了由机功能的增强,价格下降,出现了由PCPC机扩展而机扩展而成的微机控制系统,为了改进普通成的微机控制系统,为了改进普通PCPC机在工业环境下的适应性,机在工业环境下的适应性,出现了工业出现了工业PCPC机,同时发展起了可靠性较高的机,同时发展起了可靠性较高的STDSTD总线系统。
总线系统。
为了替代传统的继电逻辑器件,发展起来了工业可编程控制器为了替代传统的继电逻辑器件,发展起来了工业可编程控制器(PLCPLC)。
随着半导体器件集成度的提高,集成有)。
随着半导体器件集成度的提高,集成有CPUCPU和基本外围和基本外围接口电路的单片机也发展起来了,成为当前在机电一体化产品中接口电路的单片机也发展起来了,成为当前在机电一体化产品中应用最广的微机芯片。
应用最广的微机芯片。
华北科技学院66、基于、基于PCPC机的控制系统构成要素:
机的控制系统构成要素:
软件软件-计算机计算机-控制卡控制卡-信号转换装置信号转换装置-测控对象测控对象77、工控机概念:
、工控机概念:
为了克服普通为了克服普通PCPC机机环境适应性、抗干扰性环境适应性、抗干扰性差的弱点,差的弱点,发展起了发展起了结构经过加固、元器件经过严格筛选、接插件结结构经过加固、元器件经过严格筛选、接插件结合部经过强化设计、有良好抗干扰性、工作可靠性高合部经过强化设计、有良好抗干扰性、工作可靠性高并且并且保留了保留了PCPC机的机的总线及接口标准总线及接口标准以及其他优点的一类微型计以及其他优点的一类微型计算机,称为工业算机,称为工业PCPC控制机。
控制机。
通常各种工控机都备有种类齐全的通常各种工控机都备有种类齐全的PCPC总线接口模板,总线接口模板,包括:
数字量包括:
数字量I/OI/O板,模拟量板,模拟量A/DA/D、D/AD/A板,频率量输入输板,频率量输入输出板,定时器、计数器板,专用控制板,通信板以及存储出板,定时器、计数器板,专用控制板,通信板以及存储器板等,为设计制作微机控制系统提供了极大的方便。
器板等,为设计制作微机控制系统提供了极大的方便。
华北科技学院88、基于单片机的控制系统设计内容、基于单片机的控制系统设计内容
(1)
(1)硬件系统设计硬件系统设计单片机硬件系统的设计可划分为两部分单片机硬件系统的设计可划分为两部分:
一部分是与单片机直一部分是与单片机直接接口的数字电路的设计。
接接口的数字电路的设计。
如存储器和并行接口的扩展如存储器和并行接口的扩展,定时系统、定时系统、中断系统扩展中断系统扩展,A/D,A/D、D/AD/A芯片的接口等。
芯片的接口等。
另一部分是与模拟电路另一部分是与模拟电路相关的电路设计相关的电路设计,包括信号整形、变换、隔离和选用传感器,以及包括信号整形、变换、隔离和选用传感器,以及输出通道中的隔离和驱动以及执行元件的选用等。
可用印制板辅助输出通道中的隔离和驱动以及执行元件的选用等。
可用印制板辅助设计软件设计软件PROTEL99SEPROTEL99SE进行硬件系统的设计。
进行硬件系统的设计。
(2)
(2)软件系统设计软件系统设计单片机软件系统的设计应采用单片机软件系统的设计应采用模块化模块化的方法设计,内容包括:
的方法设计,内容包括:
软件流程图设计、软件架构设计、软件算法设计、主程序设计、功软件流程图设计、软件架构设计、软件算法设计、主程序设计、功能子程序设计和处理外部事件的中断服务程序设计能子程序设计和处理外部事件的中断服务程序设计等。
模块化程序等。
模块化程序设计便于代码理解与移植,提高程序的效率。
设计便于代码理解与移植,提高程序的效率。
KeilKeilC51C51是目前常用是目前常用的单片机软件设计工具。
的单片机软件设计工具。
华北科技学院99、单片机应用系统开发步骤、单片机应用系统开发步骤
(1)
(1)确定设计方案确定设计方案1)1)了解用户的需求了解用户的需求,确定总体设计方案。
确定总体设计方案。
2)2)明确设计难点与重点,并展开调研工作。
产品技术手册、各种成熟明确设计难点与重点,并展开调研工作。
产品技术手册、各种成熟电路、专业网站、论坛等都可以利用。
电路、专业网站、论坛等都可以利用。
(2)
(2)硬件设计硬件设计1)1)关键元件选型,采购清单整理。
关键元件选型,采购清单整理。
2)2)单片机电路设计,包括最小系统、数字电路设计等。
单片机电路设计,包括最小系统、数字电路设计等。
3)3)信号输入输出通道、信号调整等模拟电路设计。
信号输入输出通道、信号调整等模拟电路设计。
4)PCB4)PCB电路板设计及制板。
电路板设计及制板。
(3)(3)软件设计软件设计采用模块化程序设计、自上向下的程序设计方法。
采用模块化程序设计、自上向下的程序设计方法。
(4)(4)系统调试系统调试1)1)电路板的焊接与简单调试电路板的焊接与简单调试(电源、短路、开路等电源、短路、开路等)。
2)2)软件的仿真与系统综合调试。
软件的仿真与系统综合调试。
3)3)程序烧录与运行实验。
程序烧录与运行实验。
(5)(5)系统完善系统完善(6)(6)文档整理及产品定型文档整理及产品定型华北科技学院1010、单片机概念、单片机概念单片机全称是单片机全称是单片微型计算机单片微型计算机,英文为,英文为SingleChipSingleChipMicrocomputerMicrocomputer。
就是在。
就是在一个集成电路一个集成电路上集成了
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 控制系统 设计