微型计算机控制系统设计

时间：2021-02-06 19:45:06 计算机应用论文我要投稿

微型计算机控制系统设计

　　微型计算机控制系统设计【1】

　　摘要：本文主要详细的介绍了应用微型计算机来实现控制系统，分别对控制系统的原理、组成及其在工业过程中的应用进行了阐述。

　　主要针对炉温计算机控制系统的硬件与软件进行设计分析。

　　关键词：微型计算机;生产过程;炉温控制

　　近年来利用计算机来实现生产过程自动控制的系统已经逐渐占据了自动控制技术的主导地位，并且为自动控制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。

　　计算机技术自20世纪50年代以来完成了从开创时期到微型计算机时期的蜕变，而其控制理论也在不断的完善，从基本的香农采样定理到模糊智能控制。

　　随着科学技术的不断进步，计算机控制技术在系统中的应用也越来越广泛，而计算机控制系统终会实现网络化、扁平化、智能化和综合化。

　　一、微型计算机控制系统概述

　　1、计算机控制系统的定义及组成

　　计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。

　　其主要由计算机和生产过程两大部分组成，其中可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等都可作为控制器，而其生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。

　　2、计算机控制系统的工作原理

　　由图中可以看出控制器输出的数字信号经过D/A转换器输入到执行机构，执行机构作用在被控对象上来改变其被控变量，而被控量经测量变送及A/D转换器后可将模拟的被控量信号变换成数字信号反馈给控制器，再由给定的算法来确定控制器的输出值。

　　这样就会形成了一个闭合的回路，可以通过自身的调节来实现工业过程的自动控制。

　　计算机控制系统原理图

　　三、微型计算机控制系统实例-炉温控制

　　下面以炉温控制系统为例，来设计一简单的微型计算机控制系统。

　　1、硬件设计

　　下图是炉温控制硬件系统控制总体结构图：

　　这里主要采用无源的I/V变换电路，通过无源器件电阻来实现电流到电压的转换，并且加上电容来滤波和二极管来起到输出限幅等保护措施。

　　多路转换开关是用来切换模拟电压信号的关键元件，利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到信号放大电路上。

　　常用的多路开关有CD4051、A/D7501、LF13508等。

　　而A/D转换器可采用ADC0809，它是一种8位的A/D转换器，可以和单片机直接接口。

　　它由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

　　多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

　　其工作原理为：经温度传感器检测到被控对象的温度变量，由多路转换开关完成信号的采样、保持、滤波，再经信号放大电路放大信号，再由I/V变换单元，将电流信号转换为电压信号，送到A/D转换器中，其输出信号送到微处理器中，处理器根据反馈的温度信号与给定的温度进行比较，通过输出通道，使输出接近理想的输出值。

　　2、软件设计

　　按照模块化设计思想，软件程序设计中包含多个子程序，主要包括：初始化子程序、温度采集子程序、控制算法子程序、中断服务子程序等，其中控制算法子程序可以采用PID控制算法、Smith预估算法、达林算法等。

　　三、结语

　　本文详细的介绍了微型计算机控制系统的组成及其设计，了解了组成计算机控制系统的各个模块，并阐述了他们的原理与作用。

　　最后，为了更好的加深理解，列举了炉温控制系统，实验结果表明，该系统能很好的控制炉温，使输出实时的跟随输入，温度偏差小。

　　参考文献：

　　[1]于海生，丁军航，等.微型计算机控制技术[M].清华大学出版社，2009.

　　计算机控制系统设计【2】

　　【摘要】随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。

　　近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。

　　然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。

　　计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。

　　【关键词】计算机;控制系统;设计

　　计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。

　　若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。

　　它用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。

　　其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。

　　它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。

　　控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。

　　一、计算机控制技术的概述

　　1.计算机控制的概念

　　(1)开环控制系统

　　若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。

　　在开环控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量进行比较。

　　(2)闭环控制系统

　　凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环系统是一个反馈系统。

　　闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。

　　2.计算机控制系统

　　采用计算机进行控制的系统称为计算机控制系统，也称它为数字控制系统。

　　若不考虑量化问题，计算机控制系统即为采样系统。

　　进一步，若将连续的控制对象和保持器一起离散化，那么采样控制系统即为离散控制系统。

　　所以采样和离散系统理论是研究计算机控制系统的理论基础。

　　3.计算机控制系统的控制过程

　　(1)实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。

　　(2)实时控制决策：对采集到的.被控量进行数据分析和处理，并按已定的控制规律决定进一步的的控制过程。

　　(3)实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

　　4.计算机控制系统的特点

　　(1)结构上。

　　计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统。

　　(2)计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式。

　　(3)由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而使计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析和设计。

　　(4)计算机控制系统中，修改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。

　　(5)计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器(控制计算机)经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。

　　(6)采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。

　　二、计算机控制系统的工作原理

　　计算机控制系统包括硬件组成和软件组成。

　　在计算机控制系统中，需有专门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备。

　　由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。

　　计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程：

　　(一)实时数据采集

　　对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

　　(二)实时决策

　　对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

　　(三)实时控制

　　根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

　　这三个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。

　　在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。

　　它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。

　　同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。

　　三、计算机控制系统在汽车检测方面的应用

　　计算机控制系统所采用的形式与它所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。

　　计算机控制系统大致可分为以下几种典型的形式。

　　它们是：操作指导控制系统;直接数字控制系统(DDC)，DDC系统属于计算机闭环控制系统，是计算机工业生产过程中最普遍的一种应用方式;监督控制系统(SCC);分散控制系统(DCS)和现场总线控制系统。

　　对于计算机控制系统在汽车检测方面的应用，我们需要从汽车管理检测和汽车故障检测两方面来进行分析。

　　而这两方面对于汽车性能很重要。

　　1.计算机控制系统在汽车管理检测方面的应用

　　其实也就是常说的“多站点汽车检测动态管理网络系统”主要是利用计算机信息技术实现道路运输管理部门对多个汽车检测站的检测数据进行实时传输与检测结果的自动判断，实现车辆二级维护备案，并实现对道路运输车辆技术状况的实时监控和道路运输车辆相关信息的自动化传输，该系统还可以对汽车维修企业的二级维护车辆的一次检验合格率进行监控。

　　该系统采用分级分布式星型网络结构，网络各工作站点通过集线器相互连接构成检测系统局域网络，完成数据通信和信息传输;通过调制解调器能方便地与电话网连接，加入Internet国际互联网，实现局域网与局域的远程通信，从而构成广域网。

　　其车辆检测、办理车辆技术等级评定和二级维护签章实行封闭式自动检测和流水作业办公。

　　2.计算机控制系统在汽车故障检测方面的应用

　　经过多年的发展，目前国内的汽车故障检测维修行业已具相当规模。

　　大部分汽车综合性能检测站均采用了计算机控制系统，汽车维修企业也应用维修信息管理系统，一定程度上实现了检测自动化和管理科学化。

　　(1)计算机控制系统可以为汽车故障检测提供技术支持

　　通过计算机控制系统完善汽车行业整体信息化之后，维修企业就可以通过一个公共的专家数据库查询需要的维修技巧并将自身的工作经验与同行共享;一个维修企业的配件储存是有限的，但如果将每个维修企业甚至供应商的配件仓储量、型号和规格等登入信息网，可以较好地解决企业配件短缺但一时难以购置的问题;为车主提供周到迅速的服务，应是每个维修企业追求的目标之一，车辆检测不合格需要进厂维修时，维修企业可以通过网络查询到该车辆的原始检测数据和汽车性能曲线，极大地提高维修效率和准确性。

　　同时，也能保证我们对于汽车安全方面的要求。

　　(2)计算机远程故障控制系统对汽车行业的现实意义

　　目前我国汽车维修行业已经从完全依靠检查者的感觉和实践经验进行诊断。

　　四、小结

　　近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。

　　利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。

　　可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。

　　计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。

　　参考文献

　　[1]白诚礼，李小弘，程平民.计算机控制系统设计分析[J].通信出版社，2010(06).

　　[2]陆平庆，程小川，李小赖.浅谈计算机控制技术的概述分析研究[J].计算机期刊，2011(07).

　　[3]李小平，张国龙，王小红.关于计算机控制系统的控制过程之初探[J].计算机出版社，2011(01).