微机控制技术·第14章·微机系统设计 第十四章微机系统设计 143微型计算机控制位置随动系统设计 开始) 「控制对案的功能和工作过程分析 估算及分配工0口,存储器 容量及外围设备 画系统工艺流程图 硬件设计 件设计 I/0口的具体分配 系统程序框图 系统部件的详细设计「编制源程序 部件芯片老化 筛选和测试 汇编 布线及安装 形成目标程序 调试硬件 系统试运行 周试和仿真 硬件错否?少><完成否 完成否? 结束设计 写入EPRM 31总体控制方案设计 1、确定系统的控制任务
微机控制技术·第 14 章·微机系统设计 1 第十四章 微机系统设计 14.3 微型计算机控制位置随动系统设计 3.1 总体控制方案设计 1、确定系统的控制任务
微机控制技术·第14章·微机系统设计 (1)系統结构确定 腹控制部分 系统执行电机一一可控硅整流电路 细- 可面 控制 整流设备 ·内环由电流环和速度环组成 电流环内有一电流调整器,仅是 一放大环节 盘(A 测速机与电机同轴相连,测量电 机转速,形成速度控制回路 技术指标:稳、准、快 前向信号 信号变换 检测元件 电流1>U 霍尔元件 速度速度→脉冲光电脉冲发生器计数器 位置「位置→脉冲光电脉冲发生器少计数器 光电脉冲发生器 光电脉冲发生器又称增量式光电编码器,它是采用圆光栅通过光电转换将轴转角位移转换成电脉冲信 号的仪器。光电脉冲发生器用发光二极管作光源,并用光电盘、光栏盘、光敏管、光整形放大电路所组成。 如图5-2。光电盘和光 光敏管 发光管 光电盘 光栏盘 图5-2增量式光电编码 Fig 5-2 Photoelectricity coder of increment 栏盘是用玻璃材料经研磨、抛光制成,玻璃表面镀一层不透光的铬层,透光条纹用照相腐蚀法制成。光电 盘上透光条纹后面安置有光敏管,构成一条信号输出通道。当主轴带动光电盘一起转动时,发光二极管所 发出的红外光透射至光敏管,使光敏管接受到光线暗亮变化的信号,从而引起通过光敏管的电流发生变化 发生变化的电流信号经整形放大后,输出矩形脉冲。 2、输入输出通道及接口设计 (1)电流反馈通 电流 电压 最大值 +20A 最小值 20A 0 反馈放大系数: 20-(-20)=01314
微机控制技术·第 14 章·微机系统设计 2 技术指标：稳、准、快 前向信号： 信号变换 检测元件 电流 I→U 霍尔元件 速度 速度→脉冲 光电脉冲发生器→计数器 位置 位置→脉冲 光电脉冲发生器→计数器 光电脉冲发生器 光电脉冲发生器又称增量式光电编码器，它是采用圆光栅通过光电转换将轴转角位移转换成电脉冲信 号的仪器。光电脉冲发生器用发光二极管作光源，并用光电盘、光栏盘、光敏管、光整形放大电路所组成。 如图 5-2。光电盘和光 光敏管 发光管 光电盘 光栏盘 主轴 图 5-2 增量式光电编码器 Fig.5-2 Photoelectricity coder of increment 栏盘是用玻璃材料经研磨、抛光制成，玻璃表面镀一层不透光的铬层，透光条纹用照相腐蚀法制成。光电 盘上透光条纹后面安置有光敏管，构成一条信号输出通道。当主轴带动光电盘一起转动时，发光二极管所 发出的红外光透射至光敏管，使光敏管接受到光线暗亮变化的信号，从而引起通过光敏管的电流发生变化， 发生变化的电流信号经整形放大后，输出矩形脉冲。 2、输入输出通道及接口设计 (1)电流反馈通道 电流 电压 最大值 ＋20A 5V 最小值 －20A 0 反馈放大系数： 0.125V / A 20 ( 20) 5 0 = − − − =
微机控制技术·第14章·微机系统设计 若AD的位数为10位,则电流的分辨率为 20-(-20) ≈004A 思考若需电流的分辨率为0.01A,AD的位数为12位可不可以? 20-(-20) ≈0.0097A 不可以 (2)控制输出通道 8254计数器:通过改变计数值→PWM触发脉冲 (3)随动系统给定输入 上位机→串行通信→下位机(实时控制) 二、微型计算机选择 比所选A/D位数高 16位机 Intels8086构成的系统: 8255(并行IO接口) B0-B7,C0-C7电流反馈输入的AD A0-A7:与上位机串行通信 8259(中断控制器):接收定时信号产生定时中断 8254(定时/计数):产生定时信号 8097单片机系统 硬件和软件协调工作 软件功能:P314 1初始化 2读入数据 3处理数据 4输出数据 死循环结构:图14-8 控制算法设计 1、电流环控制器设计 PI调节器 2、速度环控制器设计 PI调节器 3、位置环控制器设计 P调节器 注意:设计外环对内环进行简化 4、采样周期选择 采样角频率ω,=100.:.为开环截止频率 采样周期:72x 汇编语言注意问题: 1、小数运算 2、符号运算:补码:带符号的运算 3、溢出:考虑极端情况
微机控制技术·第 14 章·微机系统设计 3 若 A/D 的位数为 10 位，则电流的分辨率为： 0.04A 2 20 ( 20) 10 − − 思考若需电流的分辨率为 0.01A，A/D 的位数为 12 位可不可以？ 0.0097A 2 20 ( 20) 12 − − 不可以。 （2）控制输出通道 8254 计数器：通过改变计数值→PWM 触发脉冲 （3）随动系统给定输入 上位机→串行通信→下位机（实时控制） 二、微型计算机选择 比所选 A/D 位数高 16 位机 Intel8086 构成的系统： 8255（并行 I/O 接口）： B0-B7,C0-C7:电流反馈输入的 A/D A0-A7:与上位机串行通信 8259（中断控制器）：接收定时信号产生定时中断 8254（定时/计数）：产生定时信号 8097 单片机系统 硬件和软件协调工作 软件功能：P314 1 初始化 2 读入数据 3 处理数据 4 输出数据 死循环结构：图 14－8 三、控制算法设计 1、电流环控制器设计 PI 调节器 2、速度环控制器设计 PI 调节器 3、位置环控制器设计 P 调节器 注意：设计外环对内环进行简化 4、采样周期选择 采样角频率 s =10c ； c 为开环截止频率 采样周期： s T 2 = 汇编语言注意问题： 1、 小数运算 2、 符号运算：补码；带符号的运算 3、 溢出：考虑极端情况
微机控制技术·第14章·微机系统设计 防止积分丢失 四、硬件设计 五、软件设计 六、系统联调 PI参数调节 1、在线整定法或试凑法 2、采用 Matlab软件,通过计算机仿真进行初步确定 145炉温控制系统 系统硬件组成 单片机 (控制器) 隔离驱动SG型电阻炉 (被控对象) A/D转换 热电偶 炉温控制过程:t(反馈信号)→相应数字量(经AD)→≯ε(偏差)→控制量u(k)(运算如PID等)→ 控制加热功率→控制t 温度控制算法 大林算法 使闭环系统为一阶惯性环节与纯滞后环节串联,滞后时间与被控对象滞后时间相同,即: p(s)= T s+l Tr)=-(N+l) p(=)= (1 控制器 D(2)=U()1d() E(=)G()1-(=) (1 D(=)= 人人 a0-a1 b K(1-e)(1 T为闭环系统时间常数。=MT 写成差分方程: (k)=bl(k-1)-b2(k-N-1)+aoe(k)-a1e(k-1) 系统软件组成 主程序:大林算法、显示信息及报警
微机控制技术·第 14 章·微机系统设计 4 4、 防止积分丢失 四、硬件设计 五、软件设计 六、系统联调 PI 参数调节： 1、在线整定法或试凑法 2、采用 Matlab 软件，通过计算机仿真进行初步确定 14.5 炉温控制系统 一、系统硬件组成 SG型电阻炉 （被控对象） 隔离驱动 单片机 （控制器） A/D转换 热电偶 U(k) t 炉温控制过程：t（反馈信号）→相应数字量（经 A/D）→e（偏差）→控制量 u（k）（运算如 PID 等）→ 控制加热功率→控制 t 二、温度控制算法 大林算法 使闭环系统为一阶惯性环节与纯滞后环节串联，滞后时间与被控对象滞后时间相同，即： s e T s s − + = 1 1 ( ) (1 ) (1 ) ( ) 1 ( 1) − − − + − − − = e z e z z T T T N T 控制器： 1 ( ) ( ) ( ) 1 ( ) ( ) ( ) z z E z G z U z D z − = = 1 2 1 1 1 0 1 1 ( 1) 1 1 (1 )[(1 ) (1 ) ] (1 )(1 ) ( ) 1 1 − − − − − + − − − − − − − − − − = − − − − − − = N T N T T T T T T T T T b z b z a a z K e e z e z e z e D z T 为闭环系统时间常数。 = NT 写成差分方程： ( ) ( 1) ( 1) ( ) ( 1) u k = b1u k − − b2u k − N − + a0 e k − a1 e k − 三、系统软件组成 主程序：大林算法、显示信息及报警
微机控制技术·第14章·微机系统设计 0中断:采集显示数据 T1中断:输出控制量 键盘中断:输入操作状态
微机控制技术·第 14 章·微机系统设计 5 T0 中断：采集显示数据 T1 中断：输出控制量 键盘中断：输入操作状态