《第11章计算机控制系统的设计与实现ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第11章计算机控制系统的设计与实现ppt课件（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现第第1111章章 计算机控制系算机控制系统的的设计与与实现一、一、一、一、计计算机控制系算机控制系算机控制系算机控制系统统的的的的设计设计原那么与步原那么与步原那么与步原那么与步骤骤二、二、二、二、过过程程程程输输入入入入输输出通道出通道出通道出通道设计设计三、数字信号三、数字信号三、数字信号三、数字信号调调理理理理四、数字控制器算法四、数字控制器算法四、数字控制器算法四、数字控制器算法设计设计与与与与实现实现五、量化效五、量化效五、量化效五、量化效应应分析分析
2、分析分析六、采六、采六、采六、采样样周期周期周期周期选择选择七、七、七、七、计计算机控制系算机控制系算机控制系算机控制系统统的抗干的抗干的抗干的抗干扰扰技技技技术术八、八、八、八、计计算机控制系算机控制系算机控制系算机控制系统统的可靠性的可靠性的可靠性的可靠性设计设计School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现一、一、计算机控制系算机控制系统的的设计原那么与步原那么与步骤1. 1. 计算机控制系统设计的普通原那么计算机控制系统设计的普通原那么 足够的硬件和软件支撑才干足够的硬件和软件支撑才干 系统具有良好
3、的人机交互界面系统具有良好的人机交互界面 系统可靠性高系统可靠性高 良好的可维护性良好的可维护性 较好的可扩展性较好的可扩展性 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现控制系统调研与控制义务确定控制系统调研与控制义务确定 控制系统总体方案设计控制系统总体方案设计建立数学模型，确定控制战略与控制算法建立数学模型，确定控制战略与控制算法 系统硬件设计系统硬件设计软件设计软件设计 系统联调与系统仿真系统联调与系统仿真现场调试与投入运转现场调试与投入运转 2. 2. 计算机控制系统设计步骤计算机控制系统设计步
4、骤School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现二、二、过程程输入入输出通道出通道设计 过程输入输出通道普通包括模拟量输入输出通过程输入输出通道普通包括模拟量输入输出通道和开关量数字量输入输出通道。道和开关量数字量输入输出通道。 1 1、模拟量输入通道、模拟量输入通道 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现1信号调理信号调理 信号调理是对来自传感器或变送器的信号进展必要的调整处置，使之成为较为规范的模拟信号，根据
5、详细需求可包含信号放大、信号滤波、信号隔离、阻抗匹配、电平转换、非线性补偿、电压/电流转换等功能。 信号调整 将传感器信号调整为A/D转换器所要求的输入信号。 如：电平调整、电压/电流转换等信号滤波 消除信号中的干扰噪声RC滤波器 典型二阶滤波器 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现nA/D转换转换器的分器的分类类 n 逐次逼近式、双斜逐次逼近式、双斜积积分式、并行比分式、并行比较较 闪闪速速 式、式、n 串行比串行比较较 流水流水线线 式、式、压频压频 V/F 转换转换式、式、n 调调制式制式
6、nA/D转换转换器的器的编码编码方式方式 n二二进进制制编码编码n 单单极性极性编码编码n 双极性双极性编码编码 原原码码、补码补码、反、反码码、偏移二、偏移二进进制制码码n十十进进制制编码编码 BCD码码 2A/D转换器转换器 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现 3A/D转换器的主要性能转换器的主要性能目的目的 n分辨率分辨率 n二进制二进制 n 或或 n十进制十进制 n 或或n转换精度转换精度 n A/D转换输出数字量所对应的实践模拟输转换输出数字量所对应的实践模拟输入量与实际模拟输入量的接
7、近程度入量与实际模拟输入量的接近程度 n转换速率转换速率 n量程量程 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现4A/D转换器的选择原那么转换器的选择原那么 nA/D转换的分辨率的选择主要根据输入模拟信号的动态变化范围和控制系统的精度要求来共同确定。 n假照实践模拟信号的最大值为umax，最小值为umin，最大允许误差为emax，假设选择A/D转换为 n 位，那么必需满足 为了使控制系统具有良好的精度，普通选择A/D芯片的位数比上式确定的最低位数nmin要高12位。 School of Automati
8、on Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2 . 模拟量输出通道模拟量输出通道 1模拟量输出通道的根本构造模拟量输出通道的根本构造 各路独立各路独立D/A转换器构造转换器构造多路共用多路共用D/A转换器构造转换器构造 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2 D/A转换器转换器 nD/A转换器主要性能目的转换器主要性能目的 n分辨率分辨率 n转换精度转换精度 n 转换精度是反映数字量对应的实践输出模拟转换精度是反映数字量对应的实践输出模拟量与其
9、实际输出信号的接近程度。量与其实际输出信号的接近程度。 n转换时间转换时间 n 普通为几十纳秒到几微妙普通为几十纳秒到几微妙 n输出信号类型输出信号类型 n 电压型、电流型、互补电流输出型电压型、电流型、互补电流输出型 或 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现nD/A转换器的选择原那么转换器的选择原那么 n选择选择D/A转换器时，主要思索芯片的性能、构转换器时，主要思索芯片的性能、构造及运用特性，即在性能上必需满足模拟量输造及运用特性，即在性能上必需满足模拟量输出通道对出通道对D/A转换的技术要求
10、。转换的技术要求。n D/A转换器普通由与其对应的执行机构的动态转换器普通由与其对应的执行机构的动态输入范围和执行机构的精度要求来共同确定。输入范围和执行机构的精度要求来共同确定。 n设执行机构的最大有效输入为设执行机构的最大有效输入为umax ，执行机，执行机构的死区电压为构的死区电压为uD，最大允许误差为，最大允许误差为emax，那，那么其字长为么其字长为n 应满足应满足School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现3. 开关量数字量输入通道开关量数字量输入通道 n主要由输入调理电路与输入缓冲器两部分构
11、成。主要由输入调理电路与输入缓冲器两部分构成。n输入调理电路的主要对输入的开关量信号进展必要的滤波、输入调理电路的主要对输入的开关量信号进展必要的滤波、电平转换、隔离等处置，最终转换成计算机可以接受的电平转换、隔离等处置，最终转换成计算机可以接受的TTL电平信号。电平信号。n输入缓冲器的作用是对外部输入信号进展缓冲、加强和选输入缓冲器的作用是对外部输入信号进展缓冲、加强和选通，以实现与计算机的接口。通，以实现与计算机的接口。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现4. 开关量数字量输出通道开关量数字
12、量输出通道 n开关量输出通道的主要功能是根据计算机输出的数字信号经适当的电平变换或功率驱动去控制相应执行机构的通/断或启/停等。n这类输出通道普通由输出锁存器与输出信号调理电路构成。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现三、数字信号三、数字信号调理理 1. 数字滤波数字滤波 数字滤波，就是经过一定的计算程序对数字数字滤波，就是经过一定的计算程序对数字信号进展滤波与平滑，加强有用信号成分，消除信号进展滤波与平滑，加强有用信号成分，消除或减少各种干扰和噪声信号。或减少各种干扰和噪声信号。限幅滤波限幅滤
13、波 其中其中 为相邻两次采样值之差的最大允许值。为相邻两次采样值之差的最大允许值。 限幅滤波对随机脉冲干扰和采样器不稳定引起的失限幅滤波对随机脉冲干扰和采样器不稳定引起的失真有良好的滤波效果真有良好的滤波效果 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n中中值滤波波n中中值滤波就是波就是对某一个被某一个被测信号延信号延续采采样n次次n 3，且，且n普通普通为奇数，然后把奇数，然后把n次次采采样值按大小排序，再取中按大小排序，再取中间值作作为本次本次采采样的的输出出值。 n中中值滤波波对缓慢慢变化的化的过
14、程参数中的脉冲程参数中的脉冲干干扰有良好的有良好的滤波效果波效果 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n算术平均值滤波算术平均值滤波 n算术平均值滤波就是把对信号进展算术平均值滤波就是把对信号进展 n 次采样采次采样采样值进展相加，求其算术平均值作为样值进展相加，求其算术平均值作为t kT 时时辰的滤波器输出，即辰的滤波器输出，即 n算术平均值滤波对周期性干扰信号有较好的抑算术平均值滤波对周期性干扰信号有较好的抑制造用，但会产生一定的延迟制造用，但会产生一定的延迟 .School of Autom
15、ation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n加权平均值滤波加权平均值滤波n将各个采样值取不同的比例，即具有不同的权重，将各个采样值取不同的比例，即具有不同的权重，然后再相加。其普通算式为然后再相加。其普通算式为School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n惯性性滤波波 n惯性性滤波波实践上是模践上是模拟RC低通低通滤波器的数字波器的数字实现方式。方式。n式中，式中，T 为采用周期采用周期n 称称为惯性性滤波系波系统，且，且01。 n当当 越大，
16、越大，频带越窄，越窄，滤波平滑性越好，但其相波平滑性越好，但其相位滞后也相位滞后也相应增大。增大。 n 惯性性滤波适用于波适用于动摇频繁的工繁的工艺参数参数滤波，它能波，它能很好地消除周期性干很好地消除周期性干扰信号。信号。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2. 非线性补偿非线性补偿 n经过模拟量输入通道采集到的数字量与该数字量所代表的被测参数值之间不一定呈线性关系。n需求对它们进展非线性补偿，将非线性关系转化为线性关系，以便于实现显示和控制。n通常采用分段线性化的方法，即用多段折线近似替代曲
17、线进展计算，这种线性化处置方法称为线性插值法。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现3. 标度变换标度变换 n经A/D转换输入计算机的无量纲数字量普通不能直接运用于控制系统，必需把它们转换成带有量纲的数值后才干参与运算、显示、记录和打印，同时也便于操作人员进展监视和管理，这种转换称为标度变换。 n根据被测参数值与A/D转换结果之间能否呈关系，标度变换通常也分为线性标度变换与非线性标度变换。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统
18、统的的设计设计与与实现实现四、数字控制器算法四、数字控制器算法设计与与实现n一拍延时控制算法一拍延时控制算法 n一拍延时控制算法，即在采用一拍延时控制算法，即在采用固定计算延时，且延时时间固固定计算延时，且延时时间固定为一个采样周期定为一个采样周期 。 1. 计算延时与控制算法设计计算延时与控制算法设计School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现 当采样信号输入后，立刻进展处置，处置终了即输出控制信号，计算延时与算法的计算时间亲密相关，总的计算延时将是不固定的 。n非固定延时控制算法非固定延时控制算法 S
19、chool of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2. 数字控制器数字控制器D(z)的算法设计与实现的算法设计与实现 对于同一控制规律D(z)，通常可以有多种不同的差分算式方式，即对应于不同的算法构造与实现方式，其相应的计算效率及量化误差的影响也有所不同。 (1) 直接型构造 设那么有 求z 反变换可得 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n当 时，相当于控制器有一步延迟，普通应按照一拍延时控制算法方式实现。 n当
20、时，普通应按非固定延时控制算法。 n直接型构造算法实现比较简单，并且许多运算可在e(k)采集前进展即后台计算，因此计算延时相对较小。n直接型构造也存在一个严重的缺陷，假设控制算法中参数bi和aj中恣意一个参数存在一定误差，将使该控制器一切的零极点产生相应的变化，从而影响到系统的动态性能。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2串行构造串行构造 将D(z)表示成一系列一阶或二阶环节的串联乘积方式，即 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机
21、控制系统统的的设计设计与与实现实现n相应的差分算式为 串行构造的优点在于：假设控制算法中某一个参数产生误差，它也只能使其对应环节的零点或极点发生变化，而对其他环节没有影响。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现(3) 并行构造并行构造 n利用部分分式展开法将D(z)分解为假设干一阶或二阶环节的方式，即 设令那么School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n并行构造的一个突出优点就是各个通道彼此独立，一个环节的
22、运算误差只影响到本环节的输出，而对其他环节的输出没有影响。 n与串行构造一样，并行构造中，假设某一参数产生误差，也只影响对应环节的零点或极点，对其他环节没有影响。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现3. 形状空间描画控制器算法设计与实现形状空间描画控制器算法设计与实现 n不带形状观测器的控制器算法设计与实现不带形状观测器的控制器算法设计与实现 n 指直接利用形状变量或输出变量反响构成指直接利用形状变量或输出变量反响构成控制规律，即控制规律，即 以上两式方式上运用的都是各个变量的当前值，不存在滞后
23、，因此普通就直接用非固定延时算法1的方式实现即可。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n带形状观测器的形状反响普通构造带形状观测器的形状反响普通构造 n带形状观测器的控制器算法设计与实现带形状观测器的控制器算法设计与实现 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n带预告观测器的控制器算法设计与实现带预告观测器的控制器算法设计与实现 n 为提高算法的计算效率，将带预告观测器的控为提高算法的计算效率，将带预
24、告观测器的控制器算法整理为制器算法整理为 由于预告观测器具有一步预告的方式，因此采用一拍延时算法是合理的。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n带现时观测器的控制算法设计与实现带现时观测器的控制算法设计与实现 n 将带现时观测器的控制器算法整理为将带现时观测器的控制器算法整理为 显然，带现时观测器的控制算法宜采用非固定延时算法构造实现，并可适当将算法分解为前台和后台算法，从而可用非固定延时算法2实现。School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系
25、算机控制系统统的的设计设计与与实现实现4. 控制算法中比例因子的设置控制算法中比例因子的设置 n在计算机控制系统中，假设计算机不支持浮点运算，或根据实时性要求只能运用定点运算，这就要求参与运算的数据及所得结果均应在给定定点数的表示范围内。n为使一切计算不产生溢出，同时又要求量化误差足够小，在控制算法中，必需对每个参与运算的参数及中间变量配置一定的比例因子。n普通是先配置参数的比例因子，使各个参数在定点数的表示范围内，保证比例因子配置前后，各支路及控制器总的增益坚持不变；然后，再调查算法中各步运算能否能够溢出，如能够存在溢出，那么需求与参数比例因子综合思索，协调配置比例因子。 School of
26、 Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现五、量化效五、量化效应分析分析1. 计算机控制系统中量化误差来源计算机控制系统中量化误差来源 nA/D转换的量化效应转换的量化效应n参数的量化效应参数的量化效应 n运算过程的量化效应运算过程的量化效应 nD/A转换的量化效应转换的量化效应 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2. 变量的量化误差分析变量的量化误差分析 n为分析方便，将变量的量化误差看成确定性外界干扰作用于线性系统，从
27、而对量化误差进展确定性线性分析。 n普通地，一个确定性常值干扰信号取最大值emax作用于线性系统，假设设由干扰作用点到系统输出端的闭环传送函数为e(z)，且闭环系统是稳定的，那么由终值定理可的有量化误差引起的最大输出误差为 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现3. 参数的量化误差分析参数的量化误差分析 n参数量化误差对系统性能的影响可以经过系统性能对参数的灵敏度来进展分析。通常，可以经过研讨零极点对参数的灵敏度来分析参数量化误差对系统性能的影响。 n设控制器的分母多项式为 那么极点pj对参数ak
28、变化的灵敏度可表示为 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n通常控制器本身是稳定的，因此极点均在单位圆内，k 越大，ak对极点pj的影响越小，且分母多项式中常数项对极点影响最大，而高次项系数对极点影响较小。当该极点越接近单位圆时，那么受参数影响越大。n极点对参数的灵敏度与该极点与其它极点之间的间隔成反比，即极点分布越分散，那么极点受参数变化的影响越小。n灵敏度与采样周期有关。随着T的减小，极点越接近1，从而灵敏度越高。对于多极点而言，采样周期减小，各极点均向1接近，使得各极点之间的间隔也减小，从而
29、添加了极点对参数变化的灵敏度。因此，采样周期较小，灵敏度将增高，参数量化误差对极点的影响越严重。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现4. 量化效应的非线性分析量化效应的非线性分析 n以一阶数字控制器为例，并以很短字长的十进制数运算来阐明量化误差产生非线性效应的相关情况。 n例 11.4 设一阶数字控制器为n 设输入e为阶跃函数，且u (0)3，试分别分析舍入与截尾运算时，控制器的输出序列u(k)。n 解 由控制器D(z)可的其差分递推算式 School of Automation Enginee
30、ring第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n采用十进制运算，且量化运算结果为整数 ,运算结果如下乘法舍入运算结果 乘法截尾运算结果 其理想稳态值应为10，可见以上两种量化处置均出现了死区。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现 例 11.5 设一阶数字控制器为 n解解 对于无限字长运算，由终值定理，可得对于无限字长运算，由终值定理，可得 设输入e为一个在 k = 1时辰幅值为10的脉冲，且u (0)0，试分别分析舍入与截尾运算时，控制器的输出序列u(k)。 由控
31、制器D(z)可的其差分递推算式 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现 可见，采用舍入运算，输出序列在正负交替衰减到5后，构成一个在55之间的等幅振荡，即极限环振荡；采用截尾运算时，其输出序列却能收敛到其理想的稳态值0。 n其运算结果如下乘法舍入运算结果 乘法截尾运算结果 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现六、采六、采样周期周期选择 1. 采样周期选择的普通思索采样周期选择的普通思索 闭环系统的稳定性
32、闭环系统的稳定性 闭环系统的带宽闭环系统的带宽坚持器重构误差与相位滞后坚持器重构误差与相位滞后 系统抗干扰性能系统抗干扰性能 前置滤波器前置滤波器 计算机字长计算机字长 数字控制器的设计方法数字控制器的设计方法 计算机任务负荷计算机任务负荷 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2. 采样周期选择的阅历规那么采样周期选择的阅历规那么 n对一个闭环控制系统，假设被控对象的主导极点的时间常数为Td，那么采样周期T应选取n假设被控对象具有纯滞后时间，且对系统影响较大，采样周期应选得比纯滞后时间小，通常要求
33、n假设闭环系统要求稳态调理时间为ts，闭环自然频率为n，那么采样周期可取为 或 采样周期阅历值采样周期阅历值 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现七、七、计算机控制系算机控制系统的抗干的抗干扰技技术 1. 干扰源干扰源 来自系统外引线的外部干扰来自系统外引线的外部干扰 传导干扰传导干扰来自空间的辐射干扰来自空间的辐射干扰 电磁辐射电磁辐射 内部干扰内部干扰 由系统的内部构造规划与电路设计及由系统的内部构造规划与电路设计及制造工艺不完善所引入的干扰制造工艺不完善所引入的干扰 School of Au
34、tomation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2. 干扰的作用方式干扰的作用方式 n串模干扰串模干扰 n 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即相当串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即相当于干扰源串联在信号源回路中，也称为差模干扰或常态干于干扰源串联在信号源回路中，也称为差模干扰或常态干扰。扰。n共模干扰共模干扰 n 共模干扰是指在信号的两个输入端相对公共接地点同共模干扰是指在信号的两个输入端相对公共接地点同时出现的干扰，也称共态干扰。时出现的干扰，也称共态干扰。 School of Automation Enginee
35、ring第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现3. 串模干扰的抑制串模干扰的抑制 n采用输入滤波器采用输入滤波器 n 低通滤波器低通滤波器 n采用电磁屏蔽和良好接地采用电磁屏蔽和良好接地 n采用电流信号传输采用电流信号传输 n 420mA School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现4. 共模干扰的抑制共模干扰的抑制 n变压器隔离变压器隔离n光电隔离光电隔离 n School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的
36、的设计设计与与实现实现n 浮地屏蔽浮地屏蔽n采用差分输入放大器采用差分输入放大器 n 共模干扰电压只需转变为串模干扰共模干扰电压只需转变为串模干扰才干对系统产生影响，为了抑制共模干扰，才干对系统产生影响，为了抑制共模干扰，就要尽量做到线路平衡。采用差分放大器就要尽量做到线路平衡。采用差分放大器可以较为有效地抑制共模干扰。可以较为有效地抑制共模干扰。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现5. 电源系统的抗干扰措施电源系统的抗干扰措施 n合理配置低通滤波器与交流稳压安装合理配置低通滤波器与交流稳压安装
37、 n采用抗干扰才干强的开关电源采用抗干扰才干强的开关电源 n采用分布式独立供电采用分布式独立供电 n采用采用UPS等备用电源等备用电源 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现6. 接地系统的抗干扰措施接地系统的抗干扰措施 n计算机控制系统的地线种类计算机控制系统的地线种类 n 数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、功率地、数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、功率地、屏蔽地屏蔽地 n接地处置的普通原那么与措施接地处置的普通原那么与措施 n接地方式接地方式n 维护接地普通均采用一点接地方式，而任务
38、接地根维护接地普通均采用一点接地方式，而任务接地根据任务电流频率不同有一点接地和多点接地两种。据任务电流频率不同有一点接地和多点接地两种。n交流地与直流地分开交流地与直流地分开 n模拟地与数字地分开模拟地与数字地分开 n屏蔽地接法屏蔽地接法n 屏蔽体最好接大地屏蔽体最好接大地 ，并将屏蔽体与放大器的公共端，并将屏蔽体与放大器的公共端衔接起来。衔接起来。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现八、八、计算机控制系算机控制系统的可靠性的可靠性设计 1. 计算机控制系统可靠性设计的普通原那么 。 在满足系
39、统功能的前提下，尽能够地简化系统构造。 不用追求过高的性能目的和过多的系统功能。合理划分系统硬件、软件功能。 计算机控制系统必需具备良好的散热条件。电路衔接一定要可靠。 普通还应思索系统或相应的关键部件的机械防震、防尘、防辐射、防潮、防水等相关设计。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现2. 计算机控制系统的硬件可靠性设计计算机控制系统的硬件可靠性设计 n元器件的选择元器件的选择 n元器件的失效率元器件的失效率n n选择元器件时，应尽量选取处于有效期的元器件。选择元器件时，应尽量选取处于有效期的元
40、器件。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现 硬件容错通常利用硬件冗余技术将可靠性较低的元部件组成一个可靠性较高的系统; 硬件冗余普通有任务冗余于后备冗余两种种根本方式。 任务冗余 任务冗余就是经过对关键部件或功能模块的同时在线反复运用以提高系统可靠性。 n硬件容错技术硬件容错技术 N冗余表决系统表示图冗余表决系统表示图 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n后备冗余后备冗余 n后备冗余方案中，其冗余
41、部分通常由后备冗余方案中，其冗余部分通常由N+1个功能一样的个功能一样的模块组成，其中一个出于正常运转形状，其他作为备模块组成，其中一个出于正常运转形状，其他作为备件。件。 n假设正在运转的模块发生缺点，它便被切除掉而由备假设正在运转的模块发生缺点，它便被切除掉而由备用模块取代。用模块取代。 n后备冗余普通分为模块级与系统级。后备冗余普通分为模块级与系统级。n双机冗余系统双机冗余系统 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现3. 计算机控制系统的软件可靠性设计计算机控制系统的软件可靠性设计 n软件的失
42、效率软件的失效率 n硬件有老化和损耗景象，而软件设计完成后却不会发生变硬件有老化和损耗景象，而软件设计完成后却不会发生变化，也没有磨损景象，只需陈旧落后问题化，也没有磨损景象，只需陈旧落后问题 。School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n软件缺陷与软件测试软件缺陷与软件测试 n软件缺陷，是指计算机软件或程序中存在的某种破坏正常软件缺陷，是指计算机软件或程序中存在的某种破坏正常运转才干的问题、错误或隐藏的功能缺陷。运转才干的问题、错误或隐藏的功能缺陷。 n在软件开发的过程中，软件缺陷是不可彻底防止的。在
43、软件开发的过程中，软件缺陷是不可彻底防止的。n软件缺陷通常具有隐蔽性，难以在设计过程中直接发现。软件缺陷通常具有隐蔽性，难以在设计过程中直接发现。n软件测试的目的一方面检验软件的功能，另一方面就是尽软件测试的目的一方面检验软件的功能，另一方面就是尽量发现软件存在的缺陷，并进展修正。量发现软件存在的缺陷，并进展修正。 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n软件冗余软件冗余 nN 版本方法版本方法 n软件容错技术软件容错技术 School of Automation Engineering第第1111
44、章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n恢复块方法恢复块方法 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n时间冗余时间冗余 n时间冗余是利用耗费时间资源来到达软件容错的目的。时间冗余是利用耗费时间资源来到达软件容错的目的。 n根本思想：根本思想： 经过反复执行指令或程序来消除瞬时错误经过反复执行指令或程序来消除瞬时错误带来的影响。带来的影响。n信息冗余信息冗余 n利用在数据中外加的一部分信息位来检测或纠正信息在利用在数据中外加的一部分信息位来检测或纠正信息在运算或传输中的错误而到达容
45、错目的。运算或传输中的错误而到达容错目的。n检错码检错码 如奇偶校验码、循环码、定比传输码等如奇偶校验码、循环码、定比传输码等n纠错码纠错码 如汉明码、循环码等如汉明码、循环码等 n针对输入参数错误的容错设计针对输入参数错误的容错设计n针对人为操作错误的容错设计针对人为操作错误的容错设计 School of Automation Engineering第第1111章章 计计算机控制系算机控制系统统的的设计设计与与实现实现n缺点自诊断是计算机系统提高可靠性的一个特有的重要方法。n缺点自诊断，就是经过相应的自诊断软件，在系统运转过程中，该软件可以能迅速准确地确定系统内部能否发生缺点，并确定缺点发生的部位。 通常包括：nCPU运算功能诊断 nRAM检查 n输入输出通道诊断 n监视定时器检查 n控制软件自诊断 n设置软件模块出入口标志 n缺点自诊断缺点自诊断
