物联网控制技术-第8章物联网控制系统设计

8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
（5）操作员控制台设计
单独设计操控台成本较高且要占用输入输出接口，但实用性、可靠性好，操作 方便。
对于较小的控制系统，可以不必另外设置操控台，可将计算机的输入键盘改成 方便于操作员输入数据和发出控制命令的键盘，但要设计一个键盘管理程序， 按照便于数据输入、修改参数和发出命令的要求，将各键赋予新的功能。这种 方案简单易行，但往往缺乏必要的数字显示和状态指示，现场操作人员使用仍 然有些不便。
要根据系统的要求确定系统结构和类型，实际可供选择的系统类型 有：直接数字控制（DDC）系统、监督计算机控制（SCC）系统、 分级控制系统、集散控制系统等。
计算机控制系统是由硬件和软件共同组成的。设计时，应充分考虑 硬件和软件的特点，合理地进行功能分配与协调。一般来说，多采 用硬件可以简化软件的设计工作，并使系统的快速性得到改善，但 会增加成本。若用软件代替硬件功能，可减少硬件成本，增加控制 灵活性，但系统的速度会降低。在确定系统总体方案时，还应考虑 计算机控制系统可靠性设计问题。
8.1计算机控制系统设计一般方法
8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
1. 系统总体控制方案设计 2. 控制算法设计 3. 系统硬件设计与开发 4. 系统软件设计与开发 5. 系统调试
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8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
1. 系统总体控制方案设计
在系统设计之前，设计人员应对控制对象进行深入调查和分析，并 熟悉工艺流程，提出具体要求，确定系统所要完成的任务，写出设 计任务说明书，提出系统的控制方案，画出系统组成框图，作为进 一步设计的基础和依据。
（2）选择主机机型
在总线式计算机或工业控制机中，有许多机型，内存、硬盘、主频、显示器等也有多种 规格，设计人员可以根据要求合理地进行选型。
（3）输入输出通道设计
根据总体方案及控制算法的要求，确定系统应设置什么类型的通道，每个通道有几部分 组成，各部分选用什么元器件等。开关量输入要解决电平转换、去抖动及抗干扰等问题 。开关量输出要解决功率驱动问题等。
8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
2. 控制算法设计
首先应对被控对象及一些组成部件及一些组成部件建立数学模型。 被控对象及重要部件的数学模型是理论设计的基础。通过分析建模 对象的物理化学规律可以建立它的理论模型。如果对建模对象的工 作原理分析透彻，建模式所考虑的因素全面，理论模型是精确可靠 的。但通常采用这种建模方法是困难和费时的，所得模型可能很复 杂，设计时难以使用。因此另一种常用的建模方法是实验测试、辨 识建模。这种方法是通过实验，测试对象输入的激励信号与相应的 输出信号，利用辨识方法找到建模对象不同形式的数学模型。尽管 这种建模方法不能准确地反映对象内部的物理、化学变化规律，但
1. 可靠性好 由于实时控制用计算机的工作环境多在实际现场，其工作环境一般
比较恶劣，周围有各种干扰随时会威胁其正常运行。因此在设计过 程中要将安全可靠放在首位。首先要选用高可靠性的计算机，以保 证在恶劣环境下仍能正常运行，其次是设计可靠的控制方案，必要 时还应采用余度技术以及设计备用装置。
2. 操作性好 操作性好表现在使用方便和维修容易两方面。 使用方便表现在操作简单，直观形象，便于掌握。设计师应考虑到
Modern Control Engineering
第 8 章 物联网控制系统设计
教材：
王万良，物联网控制技术，高等教育出版社，2016
第8章 物联网控制系统设计
本章首先介绍计算机控制系统设计的设计原则、 设计步骤、调试方法等一般设计方法，介绍了物 联网控制系统设计原则，然后以自动挡车器、门 禁系统两个典型系统为例介绍物联网控制系统设 计方法。
（4）选择传感器和执行机构
系统设计人员可根据被测参数的种类、量程、被控对象的介质类型和环境来具体选择传 感器。传感器的选择要正确合理，它是影像系统控制精度的重要因素之一。
执行机构接受计算机发出的控制信号，并将它转换成调节机构的动作，使被控对象按预 定的要求运行。执行机构分为气动、电动、液压三种类型。气动执行机构的特点是结构 简单、价格低、防火防爆；电动执行机构的特点是体积小、种类多、使用方便；液压执 行机构的特点是功率大、精度高。执行机构应根据被控对象控制作用以及系统动静特性 要求选用。
4. 通用性好
计算机控制的对象千变万化，不同被控对象的控制要求是不同的，且被 控对象和过程参数极有可能增减变化。另外控制计算机的研制和开发均 需要一定的周期和时间。因此系统设计时要考虑能适应各种不同的设备 和各种控制对来自百度文库，并采用积木式结构，按照控制要求灵活构成系统。
5. 经济效益好
计算机控制应带来高的经济效益，经济效益表现在两方面：一是系统设 计的性能价格比，在满足设计要求的情况下，尽量采用廉价的元器件； 二是投入产出比，从提高产品质量与产量、降低能耗、消除环境污染、 改善劳动条件等方面进行综合评估。
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第8章 物联网控制系统设计
8.1 计算机控制系统设计一般方法 8.2 自动挡车器设计 8.3 门禁系统设计
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8.1计算机控制系统设计一般方法
8.1.1 计算机控制系统设计原则 1. 可靠性好 2. 操作性好 3. 实时性好 4. 通用性好 5. 经济效益好
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8.1.1 计算机控制系统设计原则
怎样降低对操作人员的专业知识要求，并兼顾原有的操作习惯。
维修容易体现在易于查找故障，易于排除故障。采用标准的功能模 块式结构，以便于更换故障模块，并在功能模块上安装工作状态指 示灯和监测点，便于维修人员检查。另外还要配置诊断程序，用于 查找故障。
8.1.1 计算机控制系统设计原则
3. 实时性好
实时性好表现在对内部和外部事件能及时响应，并作出相应的处理，不 丢失信息，不延误操作。对定时采集和控制，应设计时钟，保证定时处 理。对于随机事件，系统应设置中断，并根据时间的紧急程度分配中断 等级。
其输入-输出的外特性反映了对象的基本特征。
8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
3. 系统硬件设计与开发
（1）选择系统总线
系统采用总线结构，可以选用符合总线标准的功能模板，不必考虑模板间的匹配问题， 从而简化硬件设计。总线的类型与标准有很多，具体选哪一种，要根据系统通信的速率 、距离、系统拓扑结构、通信协议等要求综合分析确定。