微机控制技术王用伦课件 第1章 微机控制概述.ppt

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1、第1章微机控制概述学习目标:1.了解微型计算机控制系统的构成原理、硬件组成与软件组成。2.初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类。3.认识单片微型计算机基本系统及其AT89系列单片机。返回总目录本章主要内容引言1.1控制系统组成1.2控制系统分类1.3控制装置种类1.4单片微型计算机基本系统本章小结思考题微机控制技术及应用是把微型计算机技术与自动控制技术融为一体的一门综合性学问，是以微型计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从微机应用的角度出发，自动控制是其重要的一个应用领域；而从自动控制的领域来看，微机技

2、术又是一个主要的实现手段。引言现在，当你走进一个全自动化的生产车间，如图1-1所示，不仅人迹少见，而且原来许多常规的控制仪表和调节器也已被工业微型计算机所取代，微机正在全天候地监控着整个生产过程，对温度、压力、流量、物位、成份、转数、位置等各种信息进行采样与处理，显示并打印各种参数和统计数字，并输出控制指令以操纵生产过程按规定方式和技术要求运行，从而完成控制与管理任务。图1-1全自动化的生产车间由于微型计算机具有成本低、体积小、功耗少、功能强、可靠性高和使用灵活等诸多特点，它已不仅广泛应用于现代工业生产中，而且在国民

3、经济的各行各业以及日常生活中也倍受青睐。本书立足于工业自动化的领域，讨论这种不同于普通计算机的微型计算机控制系统的结构组成、相关技术及其实际应用。1.1控制系统组成主要知识点:1.1.1控制系统概念1.1.2硬件组成1.1.3软件组成1.1.1控制系统概念微机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的。如图1-2所示，常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成闭环控制与开环控制两种结构形式。在图1-2（a）闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中

4、，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。在图1-2(b)开环控制系统中，与闭环系统不同，它不需要被控对象的反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。显然，开环控制系统不能自动消除被控量与给定值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。大多数控制系统均采用闭环系统，

5、因此，通常意义下的自动控制系统也是指闭环控制系统。微型计算机闭环控制系统的结构组成如图1-3所示。它是把图1-2中的控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口、D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。微机控制系统的监控过程可归结为以下三个步:1．实时数据采集对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入。2．实时数据处理对采集到的被控量进行分

6、析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策。3．实时输出控制根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务。上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标正常稳定地运行，一旦被控量和设备本身出现异常状态时，微机能实时监督并做出迅速处理。所谓“实时”是指信号的输入、运算处理和输出能在一定的时间内完成，超过这个时间，就会失去控制时机。“实时”是一个相对概念，如大型水池的液位控制，由于时间惯性很大，延时几秒仍然是“实时”的；而套色印刷机的拖动电机控制，“实时”一般是指几毫秒或更短的时间。应用于工业控制的

7、微型计算机系统包括硬件和软件两大部分。1.1.2硬件组成微型计算机控制系统的硬件一般是由主机、常规外部设备、过程输入输出通道、操作台和通信设备等组成，如图1-4所示。1.主机由CPU(中央处理器)、RAM(读写存储器)、ROM(只读存储器)和系统总线构成的主机是控制系统的指挥部。主机根据过程输入通道发送来的反映生产过程工况的各种信息，以及预定的控制算法，作出相应的控制决策，并通过过程输出通道向生产过程发送控制命令。主机所产生的各种控制是按照人们事先安排好的程序进行的。这里，实现信号输入、运算控制和命令输出等功能的程

8、序已预先存入内存，当系统启动后，CPU就从内存中逐条取出指令并执行，以达到控制目的。2.常规外部设备实现微型机和外界交换信息的功能的设备称为常规外部设备，简称外设。它由输入设备、输出设备和外存储器等组成。输入设备有键盘、光电输入机等，用来输入程序、数据和操作命令。输出设备有打印机、绘图机、显示器等，用来把各种信息和数据提供给操作者。外存储