机电一体化系统的微机控制的选择与设计课件.ppt

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1、第四章机电一体化系统的微机控制系统的选择与设计微机控制系统；8086/8088微机的硬件结构特点；单片机的结构特点及其最小应用系统；数字显示器及键盘的接口电路；微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计。常用检测传感器的性能特点、选用及其微机接口14．1微机控制系统控制系统的设计就是选用微机、设计接口、选用控制形式和动作控制方式的问题。4．1．1微机控制系统专用与通用、硬件与软件的抉择和权衡在设计中，首先遇到的问题有以下几种。1)专用与通用的抉择专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品。234专用控制系统的设计问题，实际上就是选用适

2、当的通用IC芯片来组成控制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上。对于多品种、中小批量生产的机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行改造时，采用通用控制系统比较合理。通用控制系统的设计，主要是合理选择主控制微机机型，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上编制应用软件的问题。实质，这就是通过接口设计和软件编制来使通用微机专用化的问题。52)硬件与软件的权衡。例如运算与判断处理等，适宜用软件来实现。而在其余大多数情况下．对于

3、某种功能来说，既可用硬件来实现，叉可用软件来实现。因此，控制系统中硬件和软件的合理组成，通常要根据经济性和可靠性的标准权衡决定。在设计控制系统时，对于提高包括环境适应性和抗干扰能力在内的可靠性时必须特别注意采取必要的措施。64．1．2微机控制系统的设计思路1、确定系统整体控制方案首先应了解被控对象的控制要求，构思微机控制系统的整体方案。通常，先从系统构成上考虑是采用开环控制还是闭环控制。当采用闭环控制时，应考虑采用何种检测传感元件，检测精度要求如何。其次考虑执行元件采用何种方式，是电动、气动还是液动。比较其方案的优缺点，择优而选。第三

4、要考虑是否有特殊控制要求，对于具有高可靠性、高精度和快速性要求的系统，应采取哪些措施。7第四是考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理．微机应承担哪些任务，为完成这些任务微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。2确定控制算法所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达式。由此推出控制算法。所谓计算机控制就是按照规定的控制算法进行控制。每个控制系统都有一个特定的控制规律，因此，每个控制系统都有一套与此控制规律相对应的控制算法。例如，机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；位置

5、数字伺服系统中常用实现最少拍控制的控制算法。另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法83选择微型计算机对于给定的任务，选择微机的方案不是唯一的，从控制的角度出发，微机应能满足具有较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的输入/输出通道和实时时钟等要求。1)较完善的中断系统。微型计算机控制系统必须具有实时控制性能。实时控制包含两个意思：一是系统正常运行时的实时控制能力；二是在发生故障时紧急处理的能力。出现异常或紧急情况时应报警和处理92)足够的存储容量。由于微型计算机内存容量有限，当内存容量不足以存放程序和数据时，

6、应扩充内存，有时还应配备适当的外存储器。微型计算机系统通常有32～64KB以上的内存，一般配备磁盘(硬盘或软盘)作为外存储器，系统程序和应用程序可保存在磁盘内，运行时由操作系统从磁盘调入内存。系统机亦可扩充2～8KB以上的只读存储器，调试成功的应用程序同样可以存入只读存储器内，这样使用方便、可靠性高。3)完备的输入／输出通道和实时时钟。开关量输入／输出通道；模拟量输入/输出通道；同时具有开关量输入／输出通道和模拟量输入/输出通道10选择微型计算机除应满足上述几点要求外，从不同的被控制对象角度而言，还应考虑几个特殊要求：1)字长。微处理

7、器的字长定义为并行数据总线的线数。字长直接影响数据的精度、寻址能力、指令的数目和执行操作的时间。对于通常的顺序控制、程序控制可选用1位微处理器。对于计算量小，计算精度和速度要求不高的系统可选用4位机(如计算器、家用电器及简单控制等)。对于计算精度要求较高、处理速度较快的系统可选用8位机(如线切割机床等普通机床控制、温度控制等)。对于计算精度高、处理速度快的系统可选用16位机(如控制算法复杂的生产过程控制、要求高速运行的机床控制、特别大量的数据处理等)。112)速度。速度的选择与字长的选择可一并考虑。通常，微处理器的速度选择可根据不同的

8、被控制对象而定。例如，对于反应缓慢的化工生产过程的控制，可选用慢速的微处理器。对于高速运行的加工机床、连轧机的实时控制等。必须用高速的微处理机。3)指令。指令条数越多，针对特定操作的指令就多，这样会使程序量减少，处理速度