计算机控制技术8 计算机控制系统设计与实现课件.ppt

《计算机控制技术8 计算机控制系统设计与实现课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制技术8 计算机控制系统设计与实现课件.ppt（101页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、出版社,第1章 计算机控制系统概述,第2章 工业控制计算机,第3章 I/O接口与过程通道,第4章 顺序控制与数字控制技术,第5章 数字控制器设计,第6章 控制系统的数据处理技术,计算机控制技术课件,走信息路 读北邮书,本书的封面,第7章 复杂控制技术,第8章 计算机控制系统设计与实现,第9章 智能控制技术基础,第10章 控制网络技术,课程名称课件,出版社,第6章 控制系统的数据处理技术,课程名称课件,走信息路 读北邮书,8.1 系统设计的原则与步骤,8.2 系统的工程设计与实现,8.3 电热油炉温度单片机控制系统设计,8.4 工控机应用实例仿真转台控制系统设计,第1章 计算机控制系统概述,第2

2、章 工业控制计算机,第3章 I/O接口与过程通道,第4章 顺序控制与数字控制技术,第5章 数字控制器设计,第7章 复杂控制技术,第8章 计算机控制系统设计与实现,第9章 智能控制技术基础,第10章 控制网络技术,系统设计的原则与步骤,8.1,8.1.2 系统设计的步骤,8.1.1 系统设计的原则,系统的工程设计与实现,8.2,8.2.2 硬件的工程设计与实现,8.2.1 系统总体方案设计,8.2.3 软件的工程设计与实现,8.2.4 系统的调试与运行,电热油炉温度单片机控制系统设计,8.3,8.3.2 硬件系统设计,8.3.1 控制任务与工艺要求,8.3.3 数学模型与控制算法,8.3.4 软

3、件设计,仿真转台控制系统设计,8.4,8.4.2 硬件设计,8.4.1 系统概述,8.4.3 软件设计,系统设计的原则,安全可靠操作维护方便实时性强通用性好经济效益高,8.1.1,系统设计的步骤,甲方提出任务委托书乙方研究任务委托书双方对委托书进行确认性修改乙方初步进行系统总体方案设计乙方进行方案可行性论证签订合同书,8.1.2,组建项目研制小组系统总体方案的设计方案论证与评审硬件和软件的细化设计硬件和软件的调试系统的组装,图8.1离线仿真和调试阶段流程如图,系统离线仿真和调试后便可进行在线调试和运行。 在线调试和运行就是将系统和生产过程联接在一起，进行现场调试和运行。尽管离线仿真和调试工作非

4、常认真、仔细，现场调试和运行仍可能出现问题，因此必须认真分析加以解决。系统运行正常后，可以再试运行一段时间，即可组织验收。验收是系统项目最终完成的标志，应由甲方主持乙方参加，双方协同办理。验收完毕应形成验收文件存档 。,系统总体方案设计,依据合同书(或协议书)的技术要求确定系统的性质。 是数据采集处理系统，还是对象控制系统，如果是对象控制系统，还应根据系统性能指标要求，决定采用开环控制，还是采用闭环控制。根据控制要求、任务的复杂度、控制对象的地域分布等，确定整个系统是采用直接数字控制(DDC)、还是采用计算机监督控制(SCC)，或者采用分布式控制，并划分各层次应该实现的功能，同时，综合考虑系统

5、的实时性、整个系统的性能价格比等。,8.2.1,控制方案确定后，就可进一步确定系统的构成方式，即进行控制装置机型的选择。目前用于工业控制的计算机装置有多种可供选择，如单片机、可编程控制器、IPC、DCS、FCS等。 在以模拟量为主的中小规模的过程控制环境下，一般应优先选择IPC 或PLC来构成系统的方式；在以数字量为主的中小规模的运动控制环境下，一般应优先选择PLC来构成系统的方式。IPC或PLC具有系列化、模块化、标准化和开放式系统结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，象搭积木般地组建系统。这种方式能够提高系统研制和开发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。 当系统规模较

6、小、控制回路较少时，可以采用单片机系列；当系统规模较大，自动化水平要求高，集控制与管理于一体的系统可选用DCS、FCS等。,主要包含传感器、变送器和执行机构的选择。这些装置的选择是保正控制精度的重要因素之一。根据被控对象的特点，确定执行机构采用什么方案，比如是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，应对多种方案进行比较，综合考虑工作环境、性能、价格等因素择优而用。,在硬件系统确定后，计算机控制系统的控制效果的优劣，主要取决于采用的控制策略和控制算法是否合适。很多控制算法的选择与系统的数学模型有关，因此建立系统的数学模型是非常必要的。 所谓数学模型就是系统动态持性的数学表达式，它反映了系统输入、

7、内部状态和输出之间的逻辑与数量关系，为系统的分析、综合或设计提供了依据。 每个特定的控制对象均有其特定的控制要求和规律，必须选择与之相适应的控制策略和控制算法，否则就会导致系统的品质不好，甚至会出现系统不稳定、控制失败的现象。,在计算机控制系统中，一些功能既能由硬件实现，也能由软件实现。 系统设计时，硬件和软件功能的划分要综合考虑，以决定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件来完成。 一般采用硬件实现时速度比较快，可以节省CPU的大量时间，但系统比较复杂、灵活性差，价格也比较高； 采用软件实现比较灵活、价格便宜，但耍占用CPU更多的时间。 一般在CPU时间允许的情况下尽量采用软件实现，如果系统控制

8、回路较多、CPU任务较重，或某些软件设计比较困难时，则可考虑用硬件完成。,总体方案中还应考虑人机联系方式的问题，系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题。,总体设计后形成系统的总体方案。总体方案确认后，要形成文件，建立总体方案文档。系统总体文件的内容包括：系统的主要功能、技术指标、原理性方框图及文字说明；控制策略和控制算法，例如PID控制等；系统的硬件结构及配置，主要的软件功能、结构及框图；方案比较和选择；保证性能指标要求的技术措施；抗干扰和可靠性设计；机柜或机箱的结构设计；经费和进度计划的安排。,硬件的工程设计与实现,选择系统的总线内总线选择常用的工业控制机内总线有两种：PC总线和ST

9、D总线。一般常选用PC总线工业控制机。 外总线选择根据计算机控制系统的基本类型，如果采用SCC、DCS等，必然有通信的问题。外总线就是计算机与计算机之间、计算机与智能仪器或智能外设之间进行通信的总线，它包括并行通信总线(IEEE-488)和串行通信总线(RS232C)。可用来进行远距离通信、多站点互联的通信总线RS485。,8.2.2,选择主机机型 在总线式工业控制机中，有许多机型，因采用的CPU不同而不同。 以PC总线工业控制既为例，其CPU有8088、80286、80386、80486、Pentium(586)等多种型号， 内存、硬盘、主频、显示卡、CRT显示器也有多种规格。 设计人员可根

10、据要求合理地进行选型,数字量(开关量)输入输出(DIDO)模板 PC总线的并行IO接口模板多种多样，通常可分为TTL电平的DIDO和带光电隔离的DIDO。 和工业控制机共地装置的接口可以采用TTL电平，而其它装置与工业控制机之间则采用光电隔离。 对于大容量的DIDO系统，往往选用大容量的TTL电平的DIDO板，而将光电隔离及驱动功能安排在工业控制机总线之外的非总线模板上，如继电器板（包括固体继电器板）等。,模拟量输入输出(AIAO)模板 AIAO模板包括AD、DA板及信号调理电路等。 AI模板输入可能是05V、110V、010mA、420mA以及热电偶、热电阻和各种变送器的信号。 AO模板输出

11、可能05V、110V、010mA、420mA等信号。 选择AIAO模板时必须注意分辨率、转换速度、量程范围等技术指标。,选择变送器变送器是这样一种仪表，它能将被测变量（如温度、压力、物位、流量、电压、电流等）转换为可远传的统一标准信号(010mA、420mA等)，且输出信号与被测变量有一定的连续关系。在控制系统中其输出信号被送至工业控制机进行处理、实现数据采集。常用的变送器有温度变送器、压力变送器、液位变送器、差压变送器、流量变送器、各种电量变送器等。系统设计人员可根据被测参数的种类、量程、被测对象的介质类型和环境来选择变送器的具体型号。,选择执行机构 执行机构是控制系统中必不可少的组成部分，

12、它的作用是接受计算机发出的控制信号，并把它转换成调整机构的动作，使生产过程按预先规定的要求正常运行。 执行机构分为气动、电动、液压三种类型。 气动执行机构的持点是结构简单、价格低、防火防爆； 电动执行机构的持点是体积小、种类多、使用方便； 液压执行机构的特点是推力大、精度高。 常用的执行机构为气动和电动两种。,各种有触点和无触点开关，也是执行机构，实现开关动作。 电磁阀作为一种开关阀在工业中也得到了广泛的应用。 在系统中，选样气动调节阀、电动调节阀、电磁阀、有触点和无触点开关之中的哪种，要跟据系统的要求来确定。 但要实现连续的精确的控制目的，必须选用气动或电动调节阀，对要求不高的控制系统可选用

13、电磁阀。,软件的工程设计与实现,汇编语言 汇编语言是面向具体微处理器的，使用它能够具体描述控制运算和处理的过程、紧凑地使用内存，对内存和地址空间的分配比较清楚，能够充分发挥硬件的性能，所编软件运算速度快、实时性好，所以主要用于过程信号的检测、控制计算和控制输出的处理。,8.2.3,高级语言 采用高级语言编程的优点是编程效率高，不必了解计算机的指令系统和内存分配等问题，其计算公式与数学公式相近等。其缺点是，编制的源程序经过编译后、可执行的目标代码比完成同样功能的汇编语言的目标代码长得多，一方面占用内存量增多，另一方面使得执行时间增加很多，往往难于满足实时性的要求。 组态软件 组态软件是一种针对控

14、制系统而设计的面向问题的高级语言，它为用户提供了众多的功能模块,数据类型：逻辑型和数值型，但通常将逻辑型数据归到软件标志中去考虑。 数值型可分为定点数和浮点数。 定点数有直观、编程简单、运算速度快的优点，其缺点是表示的数值动态范围小，容易溢出。 浮点数则相反，数值动态范围大、相对精度稳定、不易溢出，但编程复杂，运算速度低。 如果某参数是系列有序数据的集合，如采样信号序列，则不只有数据类型问题，还有一个数据存放格式问题，即数据结构问题。,完成数据类型和数据结构的规划后，便可开始分配系统的资源了。 系统资源包括ROM、RAM、定时器计数器、中断源、IO地址等。 ROM资源用来存放程序和表格，IO地

15、址、定时器/计数器、中断源在任务分析时已经分配好了。 资源分配的主要工作是RAM资源的分配，RAM资源规划好后，应列出一张RAM资源的详细分配清单，作为编程依据,数据采集及数据处理程序数据采集程序主要包括模拟量和数字量多路信号的采样、输入变换、存储等。数据处理程序主要包括数字滤波程序、线性化处理和非线件补偿、标度变换程序、超限报警程序等。(2)控制算法程序控制算法程序主要实现控制规律的计算，产生控制量。其中包括：数字PID控制算法、Smith补偿控制算法、串级控制算法、模糊控制算法、最优控制算法等。实际实现时，可选择合适的一种或几种控制算法。,(3)控制量输出程序 控制量输出程序实现对控制量的

16、处理(上下限和变化率处理)、控制量的变换及输出，驱动执行机构或各种电气开关。 控制量包括模拟量和开关量输出两种。模拟控制量由D/A转换模板输出，般为标准的010mA(DC)或420mA(DC)信号，该信号驱动执行机构如各种调节阀。 开关量控制信号驱动各种电气开关。,(4)实时时钟和中断处理程序实时时钟是计算机控制系统一切与时间有关过程的运行基础 实时任务有两类：第类是周期性的，如每天固定时间启动，固定时间撤消的任务，它的重复周期是一天。第二类是临时性任务，操作者预定好启动和撤消时间后由系统时钟来执行，但仅一次有效。 许多实时任务如采样用期、定时显示打印、定时数据处理等都必须利用实时时钟来实现。

17、并由实时中断服务程序去执行相应的动作或处理动作状态标志等。另外，事故报警、掉电检测及处理、重要的事件处理等功能的实现也常常使用中断技术，以便计算机能对事件做出及时处理。事件处理用中断服务程序和相应的硬件电路来完成。,(5)数据管理程序这部分程序用于生产管理，主要包括画而显示、变化趋势分析、报警记录、统计报表打印输出等。(6)数据通信程序数据通信程序主要完成计算机与计算机之间、计算机与智能设备之间的信息传递和交换。这个功能主要在分散型控制系统、分级计算机控制系统、工业网络等系统中实现,系统的调试与运行,系统的调试与运行分为离线仿真与调试阶段和在线调试与运行阶段。离线仿真与调试阶段般在实验室或非工

18、业现场进行，检查硬件和软件的整体性能，为现场投运做准备，现场投运是对全系统的实际考验与检查。系统调试的内容很丰富，碰到的问题是干变万化的，解决的方法也是多种多样的，并没有统一的模式。在线调试与运行阶段是在生产过程工业现场进行。,8.2.4,硬件调试对于各种标准功能模板，按照说明书检查主要功能。 在调试AD和DA模板之前，必须准备好信号源、数字电压表、电流表等；利用开关量输入和输出程序来检查开关量输入(DI)和开关量输出(DO)模板； 硬件调试还包括现场仪表和执行机构； 如是分级计算机控制系统和分散型控制系统，还要调试通信功能，验证数据传输的正确性。,软件调试 软件调试的顺序是子程序、功能模块和

19、主程序； 般与过程输入输出通道无关的程序，都可用开发机(仿真器)的调试程序进行调试； 系统控制模块的调试可分为开环和闭环两种情况进行；开环调试是检查它的阶跃响应特性，闭环调试是检查它的反馈控制功能； 整体调试的方法是自底向上逐步扩大。,系统仿真 在硬件和相软件分别联调后，必须再进行全系统的硬件、软件统调。这次的统调试验，就是通常所说的“系统仿真”(也称为模拟调试)。 系统仿真，就是应用相似原理和类比关系来研究事物，也就是用模型来代替实际生产过程(即被控对象)进行实验和研究。 系统仿真有以下三种类型：全物理仿真(或称在模拟环境条件下的全实物仿真)；半物理仿真(或称硬件闭路动态试验)；数字仿真(或

20、称计算机仿真)。,现场安装及在线调试前先要进行下列检查：检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须经过校验，保证精确度要求。作为检查，可进行一些现场校验。各种接线和导管必须经过检查，保证连接正确。例如，孔板的上下引压导管要与差压变送器的正负压输入端极性一致；热电偶的正负端与相应的补偿导线相连接，并与温度变送器的正负输入端极性致等。除了极性不得接反以外，对号位置都不应接措。对在流量中采用隔离液的系统，要在清洗好引压导管以后。灌入隔离液(封液)。,检查调节阀能否正确工作。旁路阀及上下游截断阀关闭或打开。检查系统的干扰情况和接地情况，如果不符合要求，应采取措施。对安全防护措施也要检查。 经过检查并已安

21、装正确后即可进行系统的投运和参数的整定。投运时应先切入手动，等系统运行接近于给定位时再切入自动，并进行参数的整定。,控制任务与工艺要求,有机载体加热技术是采用有机载体作为传热介质完成热能转换、传递，从而获得最佳用热工艺的新技术。 电热油炉是电升温有机载体供热设备，可为化工、塑料、橡胶等行业用热过程提供稳定的低压高温热源。它的供热原理是以电热升温，采用导热油作传热介质，导热油以强制液相循环方式在闭路系统中以低压、高温状态运行，将热能不断输送给用热设备，即加热一循环一再加热再循环。其工艺流程图如图8.1所示。,8.3.1,T1：出口温度 T2：入口温度,图8.3电热油炉主电路原理图,设定出口温度、

22、实际测量的出口温度、入口温度数码管显示控制循环泵的运行控制二路交流接触器、一路固态继电器九段温度曲线给定设置温度范围：0300供电电压:三相交流380V功率：5.6KW,电热油炉温度的控制，根据工艺要求不同而有所变化，但大体上可以归纳为以下几个过程： 自由升温段，即根据电阻炉自身的条件，不对升温速度进行控制的升温过程。 恒速升温段，即要求炉温上升的速度按某一斜率1进行。 保温段，即要求在某一过程中炉温基本保持不变。 恒速降温段，即要求炉温下降的速度按某一斜率2进行。 自由降温段，即根据电阻炉自身的条件，不对降温速度进行控制的升温过程。,炉温变化曲线要求参数如下：过渡过程时间ta：即从升温开始到

23、进入保温段的时间，ta100min.超调量P:即升温过程的温度最大值TM与保温值TO之差与保温值之比，静态误差ev：即当温度进入保温段后的实际温度值T与保温值TO之差的绝对值温度的变化范围：20220，保温值为200。,硬件系统设计,图8.5 电热油炉温度控制系统框图,8.3.2,电热油炉温度自动控制系统采用51系列单片机作为控制器，铂电阻温度变送器作为温度检测元件，控制固态继电器的导通和断开来控制电热元件的通电时间来控制导热油温度。另外，系统还扩展了数码管显示、键盘、报警电路，其系统框图如图8.5所示。通过控制过零触发型固态继电器的通断比,来控制输入到加热炉的功率,从而达到控制温度的目的。

24、固态继电器有两个输入控制端,另外两端为输出控制端,中间利用光电耦合器实现电气隔离，输入端只要很小的输入电流便能控制它的导通,没有输入电流则截止。与有触点的继电器相比,固态继电器控制电路简单、开关速度快、使用寿命长、没有噪音等一系列优点。,选择AT89S52单片机作为控制系统的核心，AT89S52内部有8K的程序储存器，256字节的数据储存器，因而无需再扩展储存器，使系统大大简化。主要完成温度的采集、控制、显示和报警等功能。,设定的温度曲线需要长期保存，扩展一片串行EEPROM AT24C256来保存设定的温度曲线,目前在温度测量领域内，除了广泛使用热电偶以外，铂电阻温度传感器也得到了广泛的应用

25、。 在工业生产中120500范围内的温度测量常常使用铂电阻温度传感器。 本系统中采用铂电阻温度传感器（带变送器）来测量温度，,模拟量采样电路如图8.6所示。模拟量输入采用TLC0834串行A/D转换芯片完成，串行芯片占用单片机口线较少，由于温度变化缓慢，所以转换速度完全可以满足要求。,温度的设定与测量结果通过键盘和数码管显示电路完成。 键盘显示电路由ZLG7289A芯片完成。 ZLG7289A是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位共阴式数码管或64只独立LED的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示键盘接口的全部

26、功能。不需要的按键可以不接。,ZLG7289A 内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2 种译码方式。此外还具有多种控制指令如消隐闪烁左移右移段寻址等。ZLG7289A 具有片选信号可方便地实现多于8 位的显示或多于64 键的键盘接口。系统中扩展了二片ZLG7289A驱动12位数码管，用来显示导热油出口温度的给定值、出口温度和入口温度的测量值。键盘由16个键组成，其中09数字键用于各种参数的设定；6个功能键分别是油泵启动键、油泵停止键、加热启动键、加热停止键、设置键、修改键。,选择交流接触器控制循环泵，晶闸管三相调功模块控制加热元件。三相调功模块内部含有晶闸管主电路、过零触

27、发及控制电路和强弱电隔离电路, 并有1 个5 引脚的控制插口, 由单片机控制其导通和关断的时间完成对电热元件的加热，达到温度控制的目的,报警电路由风鸣器和发光二极管组成，当系统中温度超限时，灯光报警,数学模型与控制算法,采用飞升曲线法来确定电热油炉温度控制的传递函数。电热油炉出口温度的飞升曲线如图8.8所示。系统是带纯滞后的一阶对象，其传递函数为,8.3.3,根据温度变化曲线的要求，可将其分为三段来进行控制：自由升温段、保温段和自然降温段。而真正需要电气控制的是前面两个阶段，即自由升温段和保温段。为避免过冲，从室温到80%额定温度为自由升温段，在20%额定温度时为保温段。输入的电功率为，=0时

28、电功率最小，=1时为全功率。在自由升温段中，希望升温越快越好，总是将加热功率全开，因此得到自由升温段控制方程：当温度时，已较接近需要保温的值，为此采用保温段控制方程。保温控制方法有多种，如果采用比例控制，由于电热元件所加功率的变化和油温变化之间存在一段时间延迟，因此当以温差来控制输出时，系统只有在温度与给定值相等时才停止输出。,这时由于油温变化的延迟性质，油温并不因输入停止而马上停止上升，从而超过给定值。滞后时间越大，超过给定值也越大。油温上升到一定程度后，才开始下降，并下降到小于给定值时系统才重新输出。同样，由于油温变化滞后于输出，它将继续下降，从而造成温度的上下波动，即所谓的振荡。考虑到滞

29、后的影响，调节规律必须加入微分因数，即PD调节。有了PD调节，系统输出不仅取决于温差的大小，还取决于温差的变化速率。当油温从自由升温段进入保温段时，油温还小于给定值，但温度变化较大，因而系统可以提前减少或停止输出，使油温不至于出现过大的超调。同样，在降温过程中也是如此。这样就改善了油温调节的动态品质。积分作用可以提高温度控制的静态精度，适当选择积分作用，则可以在不影响动态性能情况下提高温度控制的精度。所以保温段控制最好采用PID控制方法。,PID算法和参数选定 连续系统PID校正的控制量P可以表示为 采用离散算法可以表示为（增量式）：,式中：,为已知。,数字控制器的实现根据上述连续系统原理设计

30、出来的模拟调节器，经离散化后变成适合于计算机计算的差分方程。根据差分方程就可以设计程序流程图，进行程序设计。,软件设计,软件设计采用C51语言，模块化结构设计。包括初始化程序、主程序、A/D转换和数据采集程序、中值滤波程序、PID控制算法程序、键盘显示程序等,8.3.4,系统概述,三轴仿真转台是一种高精度的多功能仿真设备，是各种飞行控制系统进行地面仿真的关键设备。它可以按照要求，模拟飞行器飞行时的航向角、俯仰角、横滚角，实时模拟飞行器在空中飞行的姿态，提供物理仿真和综合测试的平台。 本系统的三轴仿真转台，要求三个方位轴均具有精确定位、速率控制、正弦摆动等功能，实时显示三方位的角度值，并可通过串

31、行通讯口接收上位机的控制命令。根据系统要求，按实现功能划分为上位监控机、下位机控制柜、功放驱动柜、转台台体四大部分。功放部分由内环电机驱动控制、中环电机驱动控制、外环电机驱动控制等组成。,8.4.1,图8.11 伺服系统组成框图,转台台体部分可分为内环轴、中环轴、外环轴，分别用X轴、Y轴、Z轴表示。三轴仿真转台由工业控制计算机、测角电路、功率放大、驱动电机、被控对象构成闭环控制系统，如图8.10所示。,硬件设计,系统的硬件由伺服控制、驱动执行机构和反馈环节等组成。驱动执行机构采用无刷直流力矩电机，反馈环节测角部分选用感应同步器。伺服控制部分采用抗干扰性强的IPC610工控机，全数字控制，控制算

32、法由软件实现,8.4.2,工业机箱的选择选择IPC-610-H-02-S 4U高14槽上架式机箱。主要特点如下：4U高支持14槽背板 配置300WATX PFC PS/2电源 前端可安装3个半高磁盘驱动器，一个3.5”FDD 和一个内置3.5”磁盘驱动器 前置USB / PS2 接口,前置系统状态监测模块 能抗冲击，振荡，并且能在高温下稳定工作 支持ATX 母板和400W PFC电源主机板的选择选择PCA6187全长型主机板。PCA6187采用Intel 865G芯片组，支持Intel Socket 478 Pentium4/Celeron处理器，支持400/533/800前端总线，由于支持双

33、通道DDR400内存，因此提供更高的内存带宽。除了支援IDE界面外，PCA6187还支援SATA界面，可以有更高的磁盘性能表现，更细的更长的线缆便于布线。其它的特点包括内建高性能VGA显示卡，双千兆以太网接口，双通道Ultra 160 SCSI界面，六个USB2.0端口，和两个RS232串口，一个并口，和软驱接口。无源底板的选择选择PCA-6114P7-0D3E型底板。,数字量的输入输出部分(DIDO)：采用PCL-722并行DIO卡 模拟量的输出部分(AO)：选用光电隔离型HY-6050板卡。,角度的测量选用感应同步器，测量后的数据由集成的转换模块转换为数字信号，经数字量输入端口读入工控机。

34、,使用工控机本身的硬件资源COM1或者COM2来实现同上位机的通讯，命令的传输通过串行通讯进行。上位机控制到工控机的命令使用串行中断的方式，在中断服务程序中进行数据的处理；工控机到上位机的数据使用查询的方式。 工控机硬件组成框图如图8.11 所示。,图8.12 IPC硬件组成框图,软件设计,系统要求三个方位轴均具有精确定位、速率控制、正弦摆动等功能，实时显示三方位的角度值，并可通过串行通讯口接收上位机的控制命令。根据系统的硬件设计分工，软件设计采用模块化设计方法。控制程序可分为初始化子程序、设置控制方式和控制参数子程序和中断服务子程序，图8.12 为控制程序流程图。,8.4.3,图8.13 主

35、程序流程图,初始化子程序模块主要完成各基本功能模块的初始化设置，包括几个子模块：设置定时中断模块：包括设置定时中断的时间常数、修改中断向量指向等；设置串行中断模块：设置串行通讯的数据格式，通讯端口，设置中断方式时的中断向量；创建文件模块：设定保存实时采集的角度数据的文件，若文件原来存在，则进行覆盖；如果不存在则创建新文件；初始化数字量输入输出板卡(PCL-722板卡)模块：设定板卡的基地址，各个通道的工作方式，初始化各个通道的端口；初始化模拟量输出板卡模块：设定板卡的基地址，初始化各个通道。,控制方式和控制参数子程序主要应用于现场的调试和操作，是操作者工控机进行对话的途径，使操作者可以对被控对

36、象进行本地的调试和操作。操作者可以通过选择相应的功能选项，执行相应的功能，包括指定三个轴相应的运动方式，设定运动的初始参数，数据的处理等。,包括：定时中断、键盘中断、串行通讯中断等子程序。定时中断处理子程序 定时中断用于实时控制及数据采集模块。通过改写系统板上的定时器通道0来实现定时中断。实现方法是：(1)保存原中断向量；(2)重新对定时器通道0进行编程，并设置新的中断向量为中断服务程序入口地址；(3)在程序退出前恢复原中断向量。键盘中断处理子程序:接收键盘按键操作产生的中断，使用ROM-BIOS软中断，利用函数BIOSKEY获得按键的键值，然后进行相应的处理。,图8.14 定时中断服务子程序

37、流程图, 串行通讯中断处理子程序 串行通讯中断主要是实现计算机和外部的串行通讯。使用计算机内部的硬件资源COM1(COM2)和中断资源0 x0c(0 x0b)。串行通讯中断处理子程序主要用来接收上位机的控制命令，进行命令格式的转换，实现远控的功能，并可以按照协议的要求返回指定的数据。,图8.15 串行通讯中断服务子程序流程图,为了提高系统的动态特性，可采用PD控制。同时为进一步提高系统的稳态精度，在数字控制器中引入积分环节，消除静差。在位置控制时，使用(PD+III)型系统控制，大偏差时使用PD控制，小偏差时使用III型系统控制。使系统在大偏差时快速无超调的归零。设置III型系统控制的切换条件进行切换控制，并设置滞环开关。这样既保持了积分的作用，又减少了超调量，使得系统性能有较大的改善 具体实现如下：根据实际情况，人为设定一个阈值0。当偏差e(k) 时，即偏差值比较大时，采用PD控制。当e(k) 时，即偏差比较小时，采用III型系统控制.,图8.16 (PD+III)型系统控制程序流程图 图8.17 控制量计算程序流程图,