控制系统组成及作用

第四章控制系统

4.1 控制系统的组成及其作用

控制系统的组成（5部分）

（1）数字控制装置

作用：程序译码执行；状态信号输入采集处理，产生输出控制信号和状态显示信息

（2）输入装置

作用：接受现场状态信息和操作命令，（专为可识别的信息格式）（3）输出装置（输出设备）

作用：接受来自数字控制装置的控制命令，转化并执行相应命令信息，

产生调解、改变系统工作状态的操作和动作

（4）输入输出接口

作用：连接数字控制装置和输入输出设备的信息桥梁，完成I/O信号的电平转换，隔离，信号方式转换，滤波，锁存和缓冲等功能（5）功率放大电路

作用：将输出接口的输出控制信号进行功率放大，以足够的功率驱动输出执行设备（输出装置），完成系统的运行

控制系统的组成实例1：

控制系统的组成实例2：

作业：

1．简述机电一体化控制系统的构成

2．简述机电一体化控制系统各功能部件的作用

第四章控制系统 4.2 控制系统的设计要求

控制系统的设计要求包括10个部分：

（1）功能实用性：指功能，性能，精度，应用范围及特点等技术指标概况

（2）系统可靠性：指系统在给定条件，预定时间内能够正常工作的概率（评价：无故障工作时间和故障的排出时间（含永久性和偶发性故障））

（3）运行稳定性：系统的输入量变化或受到外界干扰时，输出量被迫离开原来的稳定值过渡到另一个新的稳定状态的过程中，输出量发生超出规定限度或

发生非收敛性变化的概率（包括超调，振荡，滞后，静态误差等）（4）操作宜人性：人机工程概念内容，有助于提高效率，速度，质量和可靠性（5）人机安全性：监测，自动保护，报警，显示，急停，极限保护等

（6）环境保护水平：不产生环境污染

（7）技术经济性：包括机电一体化设备制造的性价比和运行的性价比

（8）结构工艺性：设计应满足加工，装配，检测，包装，安装，维护的最佳工艺性（9）造型艺术性：系统外形，比率，形体结构，色彩符合工业设计要求和时代美感（10）成果规范性：设计遵从相关法规，符合相关技术标准和技术规范

附：

※对工业控制计算机系统的基本要求

具有完善的过程输入/输出功能

具有实时控制功能

具有可靠性

具有较强的环境适应性和抗干扰能力

具有丰富的软件

※工业控制计算机分类及特点

1.可编程控制器

特点：

程序可变，柔性好。

可靠性强，适于工业环境。

编程简单，使用方便。

功能完善。

体积小，重量轻，易于装入机器内部。

2.总线型工业控制计算机

特点：

提高设计效率，缩短设计和制造周期。

提高系统可靠性。

便于调试和维修。

能适应技术发展的需要。

3.单片机

单板机

特点：

受集成度的限制，片内存储器容量较小。

可靠性高。

易扩展。

控制功能强。

一般单片机内无监控程序或系统通用管理程序。组成：

(1) 传感器它将贮槽液位高低的信息转换为一种特定的信号(如电压、电流等)，并传送到控制器，相当于人工控制时的眼睛。

(2) 控制器它接受变送器送来的信号，与生产工艺要求所预先设定的液位高度信号相比较得出偏差，并按某种运算规则算出结果，然后将此结果用特定信号发送到执行器，相当于人工控制时的大脑。

(3) 执行器在这里就是控制阀，它可以根据控制器送来的信号以及信号值的大小自动调节阀门的开启度，相当于人工控制时手和阀的组合。

作业：

1．简述机电一体化控制系统设计的10个评价标准

2．简述机电一体化控制系统设计的稳定性评价指标的内容

教学过程及时间分配：

※控制系统输入装置的主要作用

将控制命令信息和状态信息送入数字控制系统

※控制系统输入装置的主要种类

键盘开关接口电路

※

（1）输入接口

的形式的确定

（2）防抖动措

施的确定

（3）开关电平

的确定方法

（4）工作方式

的确定：

①无条

件方式的输入

②查询

方式的输入

③中断方式的输

入

※输入键盘的种类

⑴通用标准编码键盘

特点：软件定义各个键的功能，充分利用微型计算机的现有软硬件资源，简化了系统设计和制作工作量，体积，总量，成本，防尘较欠理想

⑵专用的非编码矩阵键盘

特点：采用较少的硬件电路资源和专门设计的扫描软件组成

①功能单一，结构简单，体积小，重量轻，装配紧凑合理

②功能单一的扫描软件，执行速度快，系统运行效率高

③根据控制功能的需要设计键的数量和功能分配，基本无冗余，功能键

的位置组合根据需要设计，操作简单快捷且人性化

④具有较高的性价比

⑤研制工作量较大

非编码矩阵键盘

1. 组成原理

⑴本例为8行8列的矩阵键盘

⑵输出口为锁存器74LS377，口地址为7FFFH

⑶输入口为缓冲器74LS244，口地址为7FFFH

⑷由控制信号区分I/O接口

⑸键盘采用中断方式联络CPU

⑹8行8列64键的键号为0～63

⑺初始Q0～Q7=00H

⑻有键按下与门输出0，请求中断

控制系统的数码管显示概述

（1）应用意义：简单，经济，在信息量较少的控制系统中应用具有较高的性价比 （2）LED 数码管类型 ① 七段LED 数码管 （按显示段数） ② 八段LED 数码管 ③ 十六段LED 数码 （3） LED 数码管类型 ① 共阴极LED 数码管 （按共极性） ② 共阳极LED 数码管 控制系统的数码管显示

（1）LED 数码管的内部结构原理：按数字图案排列的8个LED 发光二极管

（2）LED 数码管的显示原理：按所需要的字符图案点亮相应的LED ，完成相应

字符和图案的显示效果

LED 数码管的引脚示意图