计算机控制技术
- 格式:doc
- 大小:518.07 KB
- 文档页数:17
计算机控制技术计算机控制技术是一种集计算机、控制、传感器、执行器等技术于一体的先进技术,它充分利用现代计算机和控制理论,将数据处理和自动控制相结合,实现对各种过程的自动调节控制,广泛应用于工业、农业、商业、医疗以及机场、交通等领域。
一、计算机控制技术的发展历程计算机控制技术的发展历程可以追溯到1960年代,当时美国的空间计划需要研究开发一种新的计算机控制技术,在这个研究过程中,人们发现了数字控制机床,这是第一款用计算机实现自动控制的机床。
从此以后,计算机控制技术得以广泛应用。
1970年代,计算机技术的发展和进步推动了控制技术的飞速发展,出现了工业控制计算机和可编程控制器(PLC),用它可以完成对机器和工艺的自动控制。
随着计算机控制技术的不断发展,出现了更为高级的数字信号处理器,这种处理器可以对控制数据进行实时处理和计算,从而更为准确地实现对工艺的控制。
二、计算机控制技术的分类根据控制对象的不同,计算机控制技术可以分为以下几类:1、过程控制过程控制是一种用计算机实现对工艺过程的控制技术,它可以实现对工艺参数的实时监控,及时调整,从而保证产品质量。
例如,化工、冶金、纺织等行业都需要用到过程控制技术。
2、制造自动化控制制造自动化控制是一种用计算机控制技术实现对生产流程的自动化控制技术。
它可以通过编程控制机器人、自动化流水线等设备,从而提高生产效率,降低生产成本。
3、工程控制工程控制是一种用计算机控制技术实现对工程项目的控制技术,例如,用计算机控制技术实现对道路、桥梁、建筑物等工程项目的施工,从而提高工程建设的效率和质量。
三、计算机控制技术的应用计算机控制技术在各个领域都有着广泛的应用,例如:1、工业制造计算机控制技术在工业制造领域有着广泛的应用,例如,数字控制机床、机器人、自动化流水线等设备都是用计算机控制技术实现了自动化控制。
2、交通运输计算机控制技术在交通运输领域也有着广泛的应用,例如,用计算机控制技术实现地铁、公交车等公共交通工具的运营、交通信号灯的控制等。
计算机控制技术计算机控制技术是一种非常重要的技术领域,它与计算机科学和工程学息息相关。
本文将就计算机控制技术的定义、应用领域、工作原理以及其在社会中的重要性展开讨论。
计算机控制技术简单来说是指通过计算机,对一些设备或系统进行控制和管理的技术。
计算机控制技术是近代科学技术的发展和应用,它与计算机科学、信息科学、自动控制理论等学科有着密切的联系。
同时,计算机控制技术广泛应用于各个行业和领域,如工业生产控制、交通运输控制、环境监测与控制、军事作战控制等。
在工业生产控制方面,计算机控制技术是实现工业自动化的重要手段。
通过搭载计算机控制系统,可以对工业生产中的各种设备和工艺进行精确的控制和监测,提高生产效率和质量,减少人力资源的浪费。
例如,在汽车制造业中,计算机控制技术可以自动化地控制整个生产线,实现汽车的快速生产和集中管理。
在交通运输领域,计算机控制技术也发挥着重要作用。
交通信号灯、地铁列车、高速公路收费系统等,都离不开计算机控制技术的支持。
计算机控制技术可以帮助交通管理部门对交通流量进行精确监测和管理,并根据实时情况调整红绿灯的时序,以减少交通拥堵,提高道路通行能力。
在环境监测与控制方面,计算机控制技术可以用于监测和控制大气质量、水质、土壤质量等环境因素。
通过搭载传感器和计算机控制系统,可以实时监测环境因素的变化,并及时采取相应的控制措施,保护环境和人民的健康。
例如,在一些污水处理厂中,计算机控制技术可以实现对污水处理过程的自动控制,有效提高污水的处理效率和水质的净化程度。
在军事作战控制方面,计算机控制技术在现代军事中起到了关键作用。
计算机控制系统可以用于军事装备和作战系统的控制和管理,实现敌情监测、指挥决策、武器装备控制等功能。
同时,计算机控制技术还可以用于军事仿真训练,提高军事人员的作战能力和实战经验。
总的来说,计算机控制技术是一种广泛应用的技术,它的重要性不言而喻。
通过计算机控制技术,可以实现对各种设备和系统的精确控制和监测,提高生产效率和质量,改善社会生活和环境质量,提高国家的竞争力和发展水平。
计算机控制技术简介计算机控制技术是一种应用计算机和自动控制原理实现对各类设备、系统和过程进行控制和管理的技术。
它通过计算机的高效运算、智能决策和迅速响应能力,为工业、交通、农业、医疗等领域提供了强大的支持和推动力。
本文将从计算机控制技术的起源、应用领域、关键技术和发展趋势等方面进行探讨。
一、计算机控制技术的起源和发展计算机控制技术的起源可以追溯到20世纪50年代,当时计算机技术刚刚起步,人们想通过计算机实现对工业生产过程的自动控制。
最早的计算机控制系统主要利用数字计算机进行控制,并实现一些简单的自动化操作。
随着计算机硬件和软件技术的发展,计算机控制技术得到了快速的推广和应用。
二、计算机控制技术的应用领域计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用。
在工业生产中,计算机控制技术可以实现对生产线的自动化控制,提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域,计算机控制技术可以实现智能交通管理、优化调度和车辆导航等功能。
在农业生产中,计算机控制技术可以实现精准农业管理、智能化灌溉和自动化收割等操作。
在医疗健康领域,计算机控制技术可以实现医疗设备的精确控制和医疗信息管理等。
三、计算机控制技术的关键技术1. 传感器技术:传感器是计算机控制技术的重要组成部分,可以将物理量、化学量等转化为计算机可读取的电信号。
传感器技术的发展使得计算机可以实时获取各种信息,并根据信息进行反馈和控制。
2. 数据采集与处理技术:数据采集与处理技术是计算机控制技术的核心。
通过各种设备和传感器采集到的数据,计算机可以进行高速、准确的数据处理和分析,从而实现对控制系统的精确控制。
3. 控制算法与模型技术:控制算法和模型技术是计算机控制技术的关键。
通过建立准确的数学模型和设计合理的控制算法,可以实现对各种复杂系统和过程的自动控制。
4. 人机交互技术:人机交互技术是计算机控制技术的重要组成部分,可以实现人与计算机之间的信息交流和指令传递。
通过人机交互技术,用户可以直观地了解和控制计算机控制系统,提高系统的可用性和易用性。
计算机控制技术计算机控制技术是当今信息时代中一项非常重要的技术,它在许多领域中起到了至关重要的作用。
从汽车工业到航空航天,从医疗保健到智能家居,计算机控制技术在各个行业中都发挥着重要作用。
本文将探讨计算机控制技术的背景、发展以及对社会的影响。
计算机控制技术是指使用计算机和相关软件来控制和监测系统、设备或过程的技术。
计算机控制技术的发展可以追溯到上世纪40年代,当时计算机刚刚问世并开始应用于军事领域。
随着计算机的发展,人们开始意识到利用计算机控制系统可以提高生产效率、降低成本、提高质量等。
于是,计算机控制技术逐渐应用于各个领域。
在工业领域,计算机控制技术被广泛应用于自动化生产线、机器人控制、仓储物流等。
计算机控制技术帮助工业企业实现了大规模生产的自动化,提高了生产效率和产品质量。
例如,汽车的制造过程中,计算机控制技术可以精确控制机械臂的动作,使得汽车的组装更加快速和精准。
同时,计算机控制技术还可以对生产过程进行实时监测和调整,确保生产线的稳定运行。
在航空航天领域,计算机控制技术起到了至关重要的作用。
航空器和宇宙飞船需要经过复杂的控制来实现飞行和着陆。
计算机控制技术可以使航空器的飞行变得更加安全和高效。
例如,通过使用导航系统、自动驾驶系统和飞行模拟器,飞行员可以更准确地控制飞机的飞行轨迹和姿态。
在医疗保健领域,计算机控制技术也发挥着重要作用。
通过医疗设备和医疗机器人的计算机控制,医生可以更准确地进行手术操作、诊断病情等。
例如,通过使用计算机控制技术,手术机器人可以实现高精度的手术操作,减少手术创伤,并提高手术成功率。
此外,计算机控制技术还可以帮助医生监测患者的生命体征,实时分析数据并提供准确的诊断结果。
在智能家居领域,计算机控制技术也得到了广泛应用。
通过连接各种智能设备和家居系统,计算机控制技术可以实现家庭电器的远程控制、智能家居的自动化等功能。
例如,通过使用智能家居系统,可以通过手机或其他设备远程控制灯光、温度、电器等,提高家居的舒适性、安全性和能源利用效率。
计算机控制技术计算机控制技术(一)计算机控制技术是指将计算机技术应用到控制领域,通过运用计算机的运算、存储、控制等能力,从而实现对设备、机器人、生产线等进行控制的一种技术。
它主要包括计算机辅助控制(CAC)、计算机数值控制(CNC)、计算机集成制造(CIM)、计算机远程控制(CRC)、计算机故障诊断与维护(CAD、CAM及CAE)等方面。
一、计算机辅助控制(CAC)计算机辅助控制是指利用计算机对传统控制方法进行辅助改善的方法。
计算机辅助控制主要采用人机界面方式完成进行操作,从而实现对控制系统的监控、控制和管理。
通过计算机辅助控制能够有效地提高整个生产过程的效率和可靠性,并且方便用户操作,提高管理效率,降低设备运行成本等好处。
二、计算机数值控制(CNC)计算机数值控制是指利用计算机对数控机床、数控加工中心等进行控制的一种技术。
靠着计算机的控制,可以使得机床按照预定的工艺和程序进行自动化数控加工。
数控加工设备可以根据不同的要求来调整加工参数,完成各种各样的加工任务,从而实现更高效、更精准的加工效果。
三、计算机集成制造(CIM)计算机集成制造是建立在计算机控制基础上的集成制造系统。
CIM 是一种高度自动化、柔性化的制造方式,可以对生产过程进行快速、精确的控制,满足不同的加工需要。
CIM 系统主要由 CAD/CAM 系统、计算机控制系统、传感器和执行器组成。
通过 CIM 系统,可以将各种加工设备、工具、自动运输系统等进行集成,提高企业的生产水平和竞争力。
四、计算机远程控制(CRC)计算机远程控制是指通过远程计算机网络对另一台机器进行监控、控制和管理的一种技术。
远程计算机网络可以实现对多个设备进行远程控制,极大地提高了企业的管理效率。
远程控制技术可以应用于电力、金融、交通等多个行业,使得不同地点的设备或系统都可以互相控制和监视,从而提高生产效率。
五、计算机故障诊断与维护(CAD、CAM及CAE)计算机故障诊断与维护是指利用计算机技术对设备、机器人、自动化生产线等进行故障诊断和维护的一种技术。
计算机控制技术引言计算机控制技术是指利用计算机技术来控制和管理各种设备和系统的一种技术手段。
随着计算机技术的不断发展和应用,计算机控制技术在各个领域中得到了广泛应用,包括工业自动化、交通运输、航空航天、医疗设备等。
工业自动化中的计算机控制技术在工业自动化领域中,计算机控制技术发挥着重要的作用。
在传统的生产线上,人工操作是主要的控制手段,但是人工操作存在劳动强度大、精度低等问题。
而引入计算机控制技术之后,可以实现对整个生产过程的自动化控制,提高生产效率和产品质量。
在工业自动化中,计算机控制技术主要包括传感器技术、PLC(可编程逻辑控制器)技术、数据采集与处理技术等。
传感器技术可以实时感知到各种参数的变化,并将其转换为电信号进行传输。
PLC技术可以根据预设的程序逻辑进行自动控制,实现对设备和系统的精确控制。
数据采集与处理技术可以将传感器采集到的数据进行分析和处理,为决策提供依据。
交通运输中的计算机控制技术在交通运输领域中,计算机控制技术的应用也非常广泛。
特别是在城市交通管理、智能交通系统等方面,计算机控制技术发挥了重要的作用。
计算机控制技术在交通信号灯控制、智能交通监控、交通信息系统等方面有着广泛应用。
通过引入计算机控制技术,可以实现对交通信号灯的智能控制,根据交通流量调整信号灯的时间间隔,从而减少交通拥堵,提高交通效率。
此外,计算机控制技术还可以应用于智能交通监控中。
利用计算机视觉和图像识别技术,可以对交通违法行为进行实时监控和记录,提高交通安全管理水平。
航空航天中的计算机控制技术在航空航天领域中,计算机控制技术是必不可少的。
无论是航空航天器的设计、制造,还是航空航天任务的执行,都离不开计算机控制技术的支持。
在航空航天器的设计中,计算机控制技术可以实现对飞行动力学模型的仿真和优化,提高飞行器的性能和稳定性。
在航天器的制造过程中,计算机控制技术可以实现自动化生产线的控制,提高制造效率和产品质量。
在航空任务执行过程中,计算机控制技术可以实现对导航、飞行控制、通信等功能的集成管理,提高任务执行的精确性和安全性。
PWM电机调速目录1、前言 (3)2、摘要 (3)3、教学目的及控制要求 (3)3.1教学目的 (3)3.2控制要求 (4)4、系统设计原理 (4)4.1系统设计原理 (4)4.2 PWM基本原理 (5)4.3方案选择 (6)4.3.1改变电枢回路电阻调速 (6)4.3.2改变励磁电流调速 (6)4.3.3采用PWM控制的调速方法 (6)5、硬件电路设计 (8)5.1总体电路模块 (8)5.2单片机最小系统部分 (10)5.3电源部分 (10)5.4 RS232串口电路 (11)5.5显示电路 (11)6、程序设计 (12)6.1程序设计思想 (12)6.2程序框图 (12)6.3程序代码 (12)7、设计心得和体会 (16)8、小组分工 (17)9、参考文献.........................................。
.. (17)1、前言随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现,采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)已成为直流电机新的调速方式。
这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点,更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现。
与交流电动机相比,直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难,但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点,因此在许多行业仍大量应用。
2、摘要脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation),就是指保持开关周期T不变,调节开关导通时间t对脉冲的宽度进行调制的技术。
PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术等领域最广泛应用的控制方式。
本文利用单片机STC89C52RC设计了一个基于PWM控制的直流调速系统,通过单片机控制占空比的大小来实现对输入电压大小的控制,进而实现电机的调速。
关键词:单片机直流电机转速控制 PWM3、教学目的及控制要求3.1教学目的计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程,具有很强的实践性, 为了使学生进一步加深对计算机控制技术课程的理解,掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路,以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通,提高学生运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能,培养学生独立自主、综合分析与创新性应用的能力,特设立《计算机控制技术》课程设计教学环节。
3.2控制要求设计一个直流电机调速系统,实现一个直流电机调压调速控制,用键盘实现对直流电机的起/停以及速度开环控制,需要有速度显示电路。
采用PWM 方式控制。
单片机系统采用ISP 方式编程,自己制作接口电路。
4、系统设计原理4.1 系统设计原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量,PWM 控制技术的理论基础为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
直流电动机的转速n 和其他参量的关系可表示为a a ae U I R n C -=Φ∑ (1)式中 Ua ——电枢供电电压(V ); Ia ——电枢电流(A ); Ф——励磁磁通(Wb ); Ra ——电枢回路总电阻(Ω);CE ——电势系数, ,p 为电磁对数,a 为电枢并联支路数,N 为导体数。
由式(1)可以看出,式中Ua 、Ra 、Ф三个参量都可以成为变量,只要改变其中一个参量,就可以改变电动机的转速,所以直流电动机有三种基本调速方法:(1)改变电枢回路总电阻Ra ;;(2)改变电枢供电电压Ua ;(3)改变励磁磁通Ф图1为PMW直流电机设计框图图1 PMW直流电机设计框图4.2 PWM基本原理脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。
电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
简而言之,就是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度,在脉宽调速系统中,当电机通电时,其速度增加;电机断电时,其速度减低。
只要按照一定的规律改变通、断电的时间,即可使电机的速度达到并保持一稳定值。
4.3 方案选择4.3.1 改变电枢回路电阻调速可以通过改变电枢回路电阻来调速,此时转速特性公式为n=U-【I(R+Rw)】/KeФ式中Rw为电枢回路中的外接电阻(Ω)。
当负载一定时,随着串入的外接电阻Rw的增大,电枢回路总电阻R=(Ra+Rw)增大,电动机转速就降低。
Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。
这种调速方法为有级调速,转速变化率大,轻载下很难得到低速,效率低,故现在这种调速方法已极少采用,本次设计不采用。
4.3.2 改变励磁电流调速当电枢电压恒定时,改变电动机的励磁电流也能实现调速。
由式1-1可看出,电动机的转速与磁通Ф(也就是励磁电流)成反比,即当磁通减小时,转速n 升高;反之,则n降低。
与此同时,由于电动机的转矩Te是磁通Ф和电枢电流Ia的乘积(即Te=CTФIa),电枢电流不变时,随着磁通Ф的减小,其转速升高,转矩也会相应地减小。
所以,在这种调速方法中,随着电动机磁通Ф的减小,其转矩升高,转矩也会相应地降低。
在额定电压和额定电流下,不同转速时,电动机始终可以输出额定功率,因此这种调速方法称为恒功率调速。
为了使电动机的容量能得到充分利用,通常只是在电动机基速以上调速时才采用这种调速方法。
本次设计不采用。
4.3.3 采用PWM控制的调速方法图2为PWM降压斩波器的原理电路及输出电压波形。
在图2a中,假定晶体管V1先导通T1,秒(忽略V1的管压降,这期间电源电压Ud全部加到电枢上),然后关断T2秒(这期间电枢端电压为零)。
如此反复,则电枢端电压波形如图1b中所示。
电动机电枢端电压Ua为其平均值。
图2 PWM 降压斩波器原理电路及输出电压波形a) 原理图 b)输出电压波形1112a d d dT TU U U U T T T α===+ (3) 式(3)中1112T TT T T α==+ (4)α为一个周期T 中,晶体管V1导通时间的比率,称为负载率或占空比。
使用下面三种方法中的任何一种,都可以改变α的值,从而达到调压的目的: (1)定宽调频法:T1保持一定,使T2在0~∞范围内变化;(2)调宽调频法:T2保持一定,使T1在0~∞范围内变化 (3)定频调宽法:T1+T2=T 保持一定,使T ,在0~T 范围内变化。
不管哪种方法,α的变化范围均为0≤α≤l ,因而电枢电压平均值Ua 的调节范围为0~Ud ,均为正值,即电动机只能在某一方向调速,称为不可逆调速。
当需要电动机在正、反向两个方向调速运转,即可逆调速时,就要使用图1—3a 所示的桥式(或称H 型)降压斩波电路。
在图3a 中,晶体管V1、V4是同时导通同时关断的,V2、V3也是同时导通同时关断的,但V1与V2、V3与V4都不允许同时导通,否则电源Ud 直通短路。
设V1、V4先同时导通T1秒后同时关断,间隔一定时间(为避免电源直通短路。
该间隔时间称为死区时问)之后,再使V2、V3同时导通T2秒后同时关断,如此反复,则电动机电枢端电压波形如图2b 所示。
图3 桥式PWM 降压斩波器原理电路及输出电压波形a)原理图 b)输出电压波形电动机电枢端电压的平均值为12112(21)(21)a d d dT T TU U U U T T T α-==-=-+ (4)由于0≤α≤1,Ua 值的范围是 -Ud ~+Ud ,因而电动机可以在正、反两个方向调速运转。
图4给出了两种PWM 斩波电路的电枢电压平均值的特性曲线()a U f α=。
图4两种斩波器的输出电压特性由于PWM 调速方式控制方便,同时能实现更多不同的功能,所以采用基于51单片机的PWM 调速方式5、硬件电路设计5.1总体电路模块本次课程设计采用定频调宽法:T1+T2保持一定,使T1在0~T 范围内变化来改变a 的值从而达到调压的目的。
以STC8052单片机系统和7805稳压电源系统组成。
由键盘KEY1和KEY2发出指令,单片机处理后经P2.6口发出矩形波,通过占空比的调节达到电机调速的目的。
当按下key1按键时,P2.6口产生的高电平占空比增大,电枢电压增大,电机转速增大;当按下key2按键时,P2.6口产生的高电平占空比减小,电枢电压减小,电机转速减小。
从而通过单片机达到简单调速的目的。
图5为总体电路原理图图5 总体电路原理图5.2单片机最小系统部分图6 最小单片机系统本次设计中主要应用了80c52单片机,由最小单片机系统组成,并将单片机的P2.6口作为输出口,输出占空比不同的矩形波,供给后续部分,在单片机的外围扩展了两个按键,Key1作为加速按键,Key2作为减速按键,进行调速控制。
5.3电源部分图7 电源模块电源部分采用的是三端稳压器7805,输入由AC-DC变压器提供+6V直流电,经7805稳压,由电容滤波,输出+5V电压,为单片机提供工作电源。
5.4 RS232串口电路图8串口电路串口电路是通过232通讯插座连到MAX232芯片,将电脑和单片机之间的电平进行统一,使两者之间没有通信障碍,进而将电脑中编写的程序烧写进单片机。
5.5显示电路图9显示电路显示电路我们用了共阴数码管,通过P0口输出信号到数码管,显示单片机输出的方波信号占空比的等级,由L至F分别表示了不同的占空比大小,由不同的占空比大小进而实现对电机的调速。
6、程序设计6.1程序设计思想当按key1键时,电压升高,转速上升,当按key2键时,电压下降,转速下降;定时器1中断用来产生周期为1ms的脉宽信号,定时器每次中断后改变下一次的定时设置,设置值由按键决定,按key1,高脉宽定时时间加大,按key2,低脉宽定时时间增大,每次变化50uS。
6.2程序框图图10程序框图6.3程序代码M EQU 35HORG 0000HAJMP MAINORG 001BHAJMP INTT1ORG 0100HMAIN:MOV 60H,#0FEH //存放高电平的脉宽时间,定时500usMOV 61H,#0CHMOV 62H,#0FEHMOV 63H,#0CH //存放低电平的脉宽时间,定时500us,此时电压为输入电压的一半,电机此时的转速为最低。