【文章內容簡介】 片機為核心的測試系統(tǒng)實現起來非常簡單，在此不做詳細介紹。第四章 微機控制系統(tǒng)設計 概述n 微機控制系統(tǒng)的組成控制裝置控制轉換器被 控對象執(zhí)行機構檢測裝置給定 被控參數圖 微機控制系統(tǒng)基本組成 微機控制系統(tǒng)的特點優(yōu)點：n 1）對外部環(huán)境的低靈敏性，如溫度、濕度、元器件的使用時間等。n 2）數字信號的抗干擾性及傳輸信號的低成本性。n 3）無參數漂移現象。n 4）可靠性高 。n 5）具有很高的柔性，在不需要改動硬件的情況下，可以通過軟件改變系統(tǒng)的功能。n 6）多系統(tǒng)的協(xié)調工作及多任務的共同執(zhí)行。n 7）具有計算復雜算法的能力。n 8）能實現復雜的控制，如前饋控制、自適應控制、邊結構控制、智能控制。缺點：n 1）微機的精度引入的誤差。n 2）由于計算機控制的離散時間特性，其控制變化陡峭。n 3）高性能控制算法的工程實現較復雜。n 4）微機控制系統(tǒng)的頻帶要比實現同樣功能的模擬控制系統(tǒng)窄。 控制系統(tǒng)設計的一般方法和步驟控制系統(tǒng)設計可參考下述一般步驟進行：n 1．列寫設計大綱n 2．建立被控對象的數學模型n 3．控制方案選擇n 4．控制系統(tǒng)性能分析n 5．控制系統(tǒng)的詳細設計n 6．擬定現場調試大綱n 7．整理并編寫技術文件 控制系統(tǒng)的微機選擇選擇微型機時應綜合考慮下面一些因素：n 1．計算精度n 2．計算速度n 3．控制方法n 4．系統(tǒng)規(guī)模n 5．成本、批量及設計周期 以工控機為主控機的控制裝置設計 專用控制裝置設計 提高控制裝置的可靠性 1. 提高控制裝置可靠性的硬件方法n 1）通過元、器件的合理選擇提高可靠性n 2）對功率接口采用降額設計提高可靠性n 3）采用監(jiān)視定時器提高可靠性n 4）采用冗余技術提高可靠性 冗余技術又稱儲備技術，常用的冗余結構有并聯和后備兩種。 n 5）采取抗干擾措施提高可靠性 數字控制系統(tǒng)的 Z變換 Z變換的定義 連續(xù)信號 Z變換方法n Z變換例 41 試利用定義公式 (41)，求單位階躍信號 1(t)的 z變換。解： n 2. 有拉普拉斯變換求 Z變換n 例 43 已知 F(s)=，求 F(z)。 解：將 F(s)展開成部分分式得 查表 41得于是 Z變換的性質 n 1. 線性定理 n 2. 滯后定理 n 3. 超前定理 n 4. 初值定理 n 5. 終值定理 n Z反變換 n 1. 冪級數展開法n 例 44 求的反變換 F(kT)，其中 。解：將 F(z)展開成冪級數，得 2. 部分分式法 n 例 45 試用部分分式法求的 z反變換。解：首先將 F(z)展開成部分分式。則 查表 41得于是即 用 Z變換解差分方程 Z傳遞函數 n 1. Z傳遞函數的定義 n 2. Z傳遞函數的聯接方法與拉氏傳遞函數一樣， Z傳遞函數也可用方框圖表示，并且也具有串聯、并聯和反饋聯接三種聯接方式，如圖 。在三種聯接方式下，系統(tǒng)的 Z傳遞函分別為y(z)x(z) Gh(z) G2(z)a)Gh(z)G2(z)b)y(z)x(z) G0(z)H(z)c)圖 Z傳遞函數環(huán)節(jié)連接n 串聯 n 并聯 n 反饋聯接 微機控制系統(tǒng)的離散化設計n n n D(z) G(z)x y圖 離散控制系統(tǒng) 連續(xù)環(huán)節(jié)的離散化設計 連續(xù)信號的 Z變換方法 n 1. 差分近似變換法 n 2. 雙線性變換法 n 3. 匹配 Z變換法 典型環(huán)節(jié)的離散化設計n 一階慣性環(huán)節(jié) 二階環(huán)節(jié) 超前環(huán)節(jié) 積分環(huán)節(jié) 微分環(huán)節(jié) 采樣器對連續(xù)裝置離散化的影響 n 1. 采樣器位置的影響 n 2. 對閉環(huán)系統(tǒng)的影響 微機控制裝置設計示例n 1. 確定采樣頻率并校核零階保持器的影響n 2. 數字控制裝置的實現 數字 PID控制器設計 PID 控制器的特點 PID數字控制器的基本結構及算法n 1. PID數字控制器的基本結構n PID控制 PID控制兼有比例、積分和微分三種基本控制規(guī)律的優(yōu)點，可使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性都得到改善，因而應用最為廣泛。其控制規(guī)律如下：n 2. PID數字控制器的程序算法n 3. PID控制規(guī)律的脈沖傳遞函數形式 PID數字控制器的參數設定 常用參數確定方法： 1. 用逐步逼近法確定 PID參數 n 1） 首先只整定比例部分。n 2） 如果在比例控制的情況下靜差達不到設計要求，則需加進積分環(huán)節(jié)。n 3） 若使用 PI調節(jié)器控制消除了靜差，而動態(tài)性能反復調整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構成 PID控制。n 2. 簡易工程法確定 PID參數n 1）擴充臨界比例度法n 2)擴充響應曲線法 采樣周期的選擇 n ，采樣頻率也應取得較高，以使給定值的變化得到迅速響應。n ，采樣周期可以取得大些，當被控對象是快速系統(tǒng)時，采樣周期可以取得較小。n ，采樣周期可取得大些。n ，考慮到控制程序的執(zhí)行時間，應取較大的采樣周期。 微機控制系統(tǒng)設計 爐溫控制系統(tǒng)設計圖 爐溫控制系統(tǒng)硬件框圖 8051打印顯示D/AA/D放大 光電隔離SCR整流 電阻爐放大爐溫檢測 步進電機的控制系統(tǒng)設計 直流電機的控制直流電機的控制方法： 1. 直流電機的 PWM控制n 2. 直流電機專用控制芯片目前已有專供電機控制用的大功率集成電路出售。如：L293\L293E\L298等，每塊這樣的芯片包含 4個帶推挽輸出級的功率放大器及其相應的控制電路。第五章 微機測控系統(tǒng)中的常用總線 IEEE488并行標準總線接口技術 微機控制系統(tǒng)的組成 IEEE—488 總線由 16根信號線和 7條地線及一條機殼接地線組成，共 24條線。 16根信號線中， 8根為數據總線， 3根用于數據字節(jié)傳送的控制總線 (握手線 )， 5根管理線。 微機控制系統(tǒng)的特點 控制系統(tǒng)設計的一般方法和步驟n 1． SH(SOURCE HANDSHAKE)源握手功能n 2． AH(ACCEPTERHANDSHAKE)接收握手功能n 3． T(TALKER)講者功能n 4． L(LISTENER)聽者功能n 5． SR(SERVICEREQUEST)服務請求功能 n 6． RL(REMOTE—LOCAL) 遠程／本地功能n 7． PP(PARALLELPOLL)并行查詢功能n 8． DC(DEVICECLEAR)設備清除功能n 9． DT(DEVICETRIGGER)設備觸發(fā)功能n 10． C(CONTROLLER)控制者功能n 11． TE(EXTENDEDTALKER)擴充講者的功能n 12． LE(EXTENDEDLISTENER)擴充聽者的功能n 13． E(BUSDRIVERTYPE)總線驅動器類型，常用集電極開路驅動器或三態(tài)門驅動器。n 控制系統(tǒng)的微機選擇 IEEE—488 總線 8位數據的傳送是采用三線握手信號的聯絡方式進行，圖 數據的時序圖 。 以工控機為主控機控制裝置設計 由于 IEEE488總線沒有地址總線和完全的控制總線，所以數據總線既用語傳輸數據（設備信息）又用語傳輸地址和命令（接口信息），區(qū)分數據總線上是設備信息還是接口信息是由注意線 ATN的狀態(tài)來決定的。n 當控制者需要重新規(guī)劃總線時，就使 ATN＝ 1，此時當前的講者馬上讓出 DAV線，控制者成為唯一的講者，總線上的所有沒備，不論原來是否有效、是講者還是聽者，都必須收聽數據總線上的接口信息。當設備收到此類字節(jié)的低 5位正好是自己的地址號時，它就變成一個有效的聽者或講者，當原為聽者的設備收到不是自己的聽者地址時，就改變原狀態(tài)，一個原為講者的設備，收到不是自己講者的地址時，講者權利就被取消。 n UNL％＝ amp。H3F， GPIB unlisten mand 不聽命令n UNT％＝ amp。H5F， GPIB untalk mand 不講命令 n GTL％＝ amp。 H 1， GPIB go to lo