最新计算机控制技术课件：第5章 过程控制数据处理的方法

数字量输入调理电路
光电耦合器电路图
适于非TTL电路输入的隔离电路图
第4 节 数字量输出通道
数字量输出通道的结构 数字量输出调理电路
数字量输出通道的结构
什么芯片可实现这里的输出锁存 ?
数字量输出调理电路
数字量输出的信号调理主要是进行功率放大，使控 制信号具有足够的功率去驱动执行机构或其它负载。
③ 注意： 存在通态压降（<2V）； 电流负载能力随温度升高而下降，选用时留余 量； SSR过载能力差，当感性负载时需加压敏电阻保 护，电压选1.6～1.9倍电源电压； 输出负载短路会造成SSR损坏。
数字量输入调理电路
TTL驱动SSR
CMOS驱动SSR
对于交流供电的负载，其开关量的输出控制可用固 态继电器(Solid State Relay，简称SSR)来实现。
固态继电器内部结构示意图
数字量输入调理电路
① 分类：直流型（DC-SSR）节点通直流电；交流型 （AC-SSR）节点通交流电。
② 特点：输入功率小、可靠性高、低噪声、能承受的 浪涌电流大、对电源电压适应能力强（交流型对负 载—220V）、抗扰能力强。
第3 节 数字量输入通道
数字量输入通道的结构 数字量输入调理电路
数字量输入通道的结构
什么芯片可实现这里的输入缓冲 ?
数字量输入调理电路
开关量（数字量）的种类
按类型分有电平式和触点式两种
电平式为高电平或低电平 触点式为触点闭合或触点断开
按电源分有有源和无源两种
有源即直接提供高、低电平 无源即提供物理触点，或感应器件
1、小功率直流驱动电路 （几十毫安级 ）
数字量输出调理电路
2、继电器输出技术
继电器经常用于计算机控制系统中的开关量输出功 率放大，即利用继电器作为计算机输出的第一级执行机 构，通过继电器的触点控制大功率接触器的通断，从而 完成从直流低压到交流高压，从小功率到大功率的转换。

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1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
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2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
CRT
输入通道
计
(AI.DI）
生
打印机
算
产
机
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(2)比例积分微分控制(PID控制)
定义：调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分 的函数。
PID控制是现在应用最广、最为广大工程技术人员熟悉的 技术。PID控制结构简单、参数容易调整，因此，无论模拟调 节器或者数字调节器，多数使用PID调节规律。这同样是我们 学习的一个重点内容。
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第1章 绪论
内容提要
• 计算机控制系统概述 • 计算机控制系统的典型形式 • 工业控制机的组成结构及特点 • 计算机控制系统的发展概况及趋势
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本章要求、重难点
• 基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。 • 教学重点：计算机控制系统的典型形式。 • 教学难点：计算机控制系统的工作原理。
画面显示程序
数据管理程序
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1.1.3. 常用的计算机控制系统主机
1)可编程控制器 2)工控机 3)嵌入式系统
(1) 嵌入式微处理器 ARM (2) 嵌入式微控制器 单片机 (3) 嵌入式DSP处理器 (4) 嵌入式片上系统 SoC
4)智能调节器
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1.1.4. 计算机控制系统的特点

生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )

1 s s( 1) a
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
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痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋

1 a i z i
U( z ) b i z E ( z ) a i z i U ( z )
因此，数字控制器D(z)的计算机控制算法为
u (k ) b i e(k - i) a i u(k - i)
i 0 i 0
m
n
按照式上式就可编写出控制算法程序。
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第5章 数据处理与控制策略
5.1.1 数字控制器的连续化设计技术
• 概述 –数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零阶 保持器和采样器，在S域中按连续系统进行设计，然后 通过某种近似将连续控制器离散化为数字控制器，并由 计算机来实现。 • 设计问题 –G(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器，D(z) 是数字控制器。设计问题是：根据已知的系统性能指标 和G(s)来设计出数字控制器D(z)。
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第5章 数据处理与控制策略
5.1.1 数字控制器的连续化设计技术
• (3) 将D(s)离散化为D(z)
–常用连续系统离散化的方法：
双线性变换法 后向差分法 前向差分法 冲击响应不变法 零极点匹配法 零阶保持法
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第5章 数据处理与控制策略
• 递推算式
–为加快运算速度,可利用上一次计算值,通过递推平均 滤波算式得到当前采样时刻的递推平均值。
y (k 1) y (k m 1) y (k )＝y (k - 1) m m
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第5章 数据处理与控制策略
5.2.1 数字滤波--平均值滤波法