《计算机控制系统第三版课件教学课件 ppt 作者 王慧 主编第9章 计算机控制系统的设计与实施》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制系统第三版课件教学课件 ppt 作者 王慧 主编第9章 计算机控制系统的设计与实施（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,1,第九章 计算机控制系统的设计与实施,Designing & Implementation of Computer Control Systems,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,2,本章主要内容,计算机控制系统设计原则和步骤 计算机控制系统的设计与实施 过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术 计算机控制系统的应用实例,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,3,第一节 Unit 1,计算机控制系统设计原则和步骤 Designing Principles & Steps of Computer Control Sy
2、stem,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,4,本节主要内容,计算机控制系统设计原则 设计与实施过程计算机控制系统的步骤,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,5,8-1-1 计算机控制系统设计原则,安全可靠 主机，控制方案，后备装置(冗余措施) 操作、维护与维修方便 在考虑先进性的同时照顾到操作工的习惯，维修方便考虑软、硬件两个方面 实时性强 及时处理定时事件或随机事件的发生，必要时设置优先级 通用性好 从软件与硬件两个方面考虑共性问题，如，标准的算法，模块(板)化的设计，某一行业内的特殊功能等，以便于推广 经济效益高：进行经济成本核算，提高性能价格比,2019/
3、7/10,第八章 控制系统的设计与实施,6,8-1-2 设计与实施计算机控制系统的步骤,确定任务 明确被控任务，越来越多的甲方乙方的招标形式 工程项目的设计 总体方案，硬件与软件设计，细化设计，文档工作 离线仿真和调试 在实验室环境下尽可能地仿真与对系统进行联调与测试 在线调试和投运 在现场进行在线开环试验的基础上再投入自动闭环控制 重视保留技术文档,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,7,第二节 Unit 2,计算机控制系统的设计与实施 Design and Implementation of Computer Control System,2019/7/10,第八章 控制系统
4、的设计与实施,8,本节主要内容,计算机控制系统的总体方案设计 硬件的工程设计与实现 软件的工程设计与实现 控制系统的调试与投运,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,9,8-2-1 计算机控制系统总体方案设计,硬件总体方案设计 系统的构成方式、现场设备的选择、人机联系方式、系统的机柜或机箱结构、抗干扰措施等 软件总体方案设计 软件平台、软件结构、任务分解、参阅被控系统的数学模型、确定控制策略以及算法实现 系统总体方案 系统的总体框架、硬件与软件的设计方案以及系统的监控结合在一起便构成了整个计算机控制系统的总体方案 系统总体设计的文档,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施
5、,10,8-2-2 硬件的工程设计与实现,系统总线与主机机型 I/O接口 选择现场设备 变送器 执行机构 其它现场设备,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,11,8-2-3 软件的工程设计与实现,程序结构规划 资源分配 实时控制软件设计 数据采集及数据处理、实时时钟与中断处理 控制算法、控制量输出及处理 生产管理、数据通信等,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,12,8-2-4 控制系统的调试与投运,离线仿真和调试 硬件调试、软件调试、联调：全物理(模拟)仿真、半物理仿真以及数字仿真 在线调试和投运 注意与工艺技术人员的配合 从小到大、由易到难、从手动到自动、由开环
6、到闭环。 注意到细节问题,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,13,第三节 Unit 3,过程计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术 Anti-Disturbing and Reliability Techniques of Process Computer Control Systems,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,14,本节主要内容,计算机控制系统的抗干扰技术 系统供电与接地技术 看门狗（Watchdog）及其电源掉电检测技术,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,15,8-3-1 计算机控制系统的抗干扰技术,干扰来源及种类 串模干扰(又称横向干
7、扰或正态干扰) 串联于信号源回路中的干扰,串模干扰示意图,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,16,8-3-1 串模干扰的抑制措施,用有屏蔽层的双绞线或同轴电缆作信号引线 可减少电磁感应 采用各种滤波器 采用双积分式A/D转换器 其它措施,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,17,8-3-1 共模干扰,共模干扰（也称纵向干扰或共态干扰） 由不同的“地”而引起,共模干扰示意图,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,18,8-3-1 对共模干扰的抑制（1）,共模干扰对输入信号的影响,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,19,8-3-1 对共模干
8、扰的抑制（2）,双端输入 变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽 采用仪表放大器提高共模抑制比,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,20,8-3-1 长线传输干扰及其抑制,长线干扰产生原因 易受到外界干扰 具有信号延时 会引起波反射现象 消除波反射或将它抑制到最低限度 终端阻抗匹配或始端阻抗匹配,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,21,8-3-1 信号线的选择和敷设,信号线的选择 屏蔽信号线性能列表见教材P277表8.1 信号线的敷设,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,22,8-3-2 系统供电技术（1）,供电系统的一般保护,2019/7/10,第八章 控
9、制系统的设计与实施,23,8-3-2 系统供电技术（2）,电源异常的保护,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,24,8-3-2 系统接地技术,计算机系统接地的目的 抑制干扰, 使计算机稳定地工作 保护计算机、电器设备和操作人员的安全 计算机控制系统中的“地” 模拟地 数字地 安全地 系统地 交流地,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,25,8-3-2 系统接地技术,计算机控制系统中的分别回流法单点接地,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,26,8-3-2 系统的低频接地技术（1）,一点接地方式 串联接地（或称共同接地） 并联接地（或称分别接地）,201
10、9/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,27,8-3-2 系统的低频接地技术（2）,实用的低频接地 串联一点接地的综合接法,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,28,8-3-2 系统输入通道的接地技术,电路一点地基准 即单端接地：接地点位于信号源端时，放大器电源不接地；当接地点位于放大器端时，信号源不接地。 电缆屏蔽层的接地 信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,29,8-3-2 其它（1）,主机外壳接地，机芯浮空 主机外壳作为屏蔽罩接地，而把机内器件架与外壳绝缘，即机内信号地浮空。,2019/7/10,第八章
11、控制系统的设计与实施,30,8-3-2 其它（2）,多机系统的接地 近距离多机系统的一点接地（如图示） 远距离系统采用隔离的方法,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,31,8-3-3 看门狗（watchdog）技术,看门狗（即监控定时器）作用 用来检测系统出错并自动恢复运行 也可用来检测硬件的故障,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,32,8-3-3 电源掉电检测技术,系统设计时应采取当掉电发生时的安全措施和保护性处置办法 执行机构 控制计算机的状态 及时检测出发生掉电 应用程序设计的措施,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,33,第四节 Unit 4
12、,计算机控制系统的应用实例 The Application Examples of Computer Control System,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,34,本节主要内容,典型长网纸机的计算机控制系统设计实例 基于RTLinux和PC/104的微型无人空间机器人(MUAV)控制系统 以工业控制计算机为核心的锅炉控制系统 基于PLC与DCS的大中型计算机控制系统 结论,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,35,8-4-1 典型的长网造纸机计算机控制系统,典型的长网造纸机工艺流程简介 成纸的重要质量指标 绝干纤维量 定量：每平方米的克重 水份：含水量的百
13、分比,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,36,国外高速纸机示意图,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,37,国内高速纸机示意图,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,38,8-4-1 典型的长网造纸机计算机控制系统,纸机计算机控制系统的总体控制方案 控制系统的被控变量为成纸质量指标：定量、水份 影响成纸产品质量的因素众多 造纸过程控制系统需要考虑的特殊问题 横向分布显示、断纸部位报警、断纸后的处理、统计报表等等 控制方案：大闭环系统控制定量与水份 小闭环系统控制各个变量 前馈系统克服主要干扰 控制方案图参见下页,2019/7/10,第八章 控制系统的设
14、计与实施,39,8-4-1造纸机计算机控制系统的总体设计(1),纸机定量水份控制系统方块图,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,40,建立纸机定量水份系统的数学模型 建模方法 机理分析法：建立数学模型框架 测试辨识法：确定模型的参数 机理-辨识结合法：验证模型 语言类模型：建立模糊控制数学模型,8-4-1造纸机计算机控制系统的总体设计(2),2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,41,纸机定量水份系统的数学模型,8-4-1造纸机计算机控制系统的总体设计(3),2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,42,8-4-1 造纸过程的控制策略,解决大纯滞后、耦合、干
15、扰多、慢时变、非线性等控制难点 一般参数的回路可采用PID 定量水份系统采用过许多先进控制 预测控制、模糊控制、自适应控制、最小方差控制、自校正控制、鲁棒控制、最优控制等等 控制系统仿真试验,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,43,8-4-1 纸机计算机控制系统的硬件设计,计算机（包括相应外围设备） 检测仪表与执行机构 特殊变量需要专用仪表测量 环境恶劣，对仪表可靠性有较高要求 需要扫描设备 安装要求高,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,44,8-4-1 纸机计算机控制系统的软件结构,造纸过程控制系统软件结构示意图,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实
16、施,45,8-4-1 纸机计算机控制系统的实施,系统的安装 工艺管道改造 机房建设 现场仪表安装 电缆敷设与接线 调试工作：仪表校验、测试、参数整定 系统的运行： 开环观察 参数调整 输出控制变量，实施闭环控制,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,46,8-4-1 纸机计算机控制系统的经济核算(1),系统的硬件、软件及人力等投资 估算系统投运后直接或间接的经济效益 纸机定量水份计算机控制系统实施后的经济效益分析 增加产量、提高质量 降低成本、纸机运转率提高 减轻操作工人的劳动强度,2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,47,纸机定量水份系统实施后 提高水份1%3% 减少纤维用量2%以上 提高车速5% 减少断纸60%以上 增产5%15% 节约蒸汽10% 并大大减少定量的偏差，提高纸张的质量,8-4-1 纸机计算机控制系统的经济核算(2),2019/7/10,第八章 控制系统的设计与实施,48,8-4-2 基于RTLinux和PC/104的微型无人空间机器人(MUAV)控制系统,微型UAV是20世纪末至21世纪初，自动控制技术、嵌入式系统和机器人技术等
