计算机控制技术第三版第3章

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计算机控制技术(曹立学)1-4章 (3)

计算机控制技术(曹立学)1-4章 (3)

第3章 人机接口技术
发光二极管(Light Emitting Diode, LED)是一种电-光转 换型器件, 是PN结结构。 在PN结上加正向电压, 产生少子 注入, 少子在传输过程中不断扩散, 不断复合而发光。 改 变所采用的半导体材料, 就能得到不同波长的发光颜色。
第3章 人机接口技术
LED的主要优点如下: ·主动发光。 一般产品的亮度大于1 cd/m2, 高的可达 10 cd/m2。 ·工作电压低。 约为2 V。 ·正向偏置工作。 性能稳定, 工作温度范围宽, 寿命 长(105 h)。 ·响应速度快。 对于直接复合型材料, 响应速度为16 MHz~160 MHz; 对于间接复合材料响应速度为105 Hz~106 Hz。 ·尺寸小。 一般LED的PN结芯片面积为0.3 mm2。 LED的主要缺点是电流大, 功耗大。
3.1.2
1. 采用8255A可编程并行输入/输出接口扩展独立式按键的电 路如图3.5所示。
第3章 人机接口技术 图3.5 采用8255A扩展独立式按键电路图
第3章 人机接口技术
若背景机选用8×C196CPU, 8255A的口地址分配如下:
PA口为7FFCH、 PB口为7FFDH、 PC口为7FFEH、 控制口为
第3章 人机接口技术 图3.1 按键抖动波形
第3章 人机接口技术
2.
一个按键的电路如图3.2所示。 当按下按键S时, VA=0, 为低电平; 当未按下按键S时, VA=1, 为高电平。 反之, 当VA=0时, 表示按键S被按下; 当VA=1时, 表示按键S未被
按下。 由按键电路的分析可见, 按键闭合与否, 反映在电压上
第3章 人机接口技术 表3.1 LED显示器字模表
第3章 人机接口技术

计算机控制技术第三版

计算机控制技术第三版

❖⒊公共阻抗耦合
❖ 公共阻抗耦合发生在两个电路旳电流流经一种公共阻抗时,一 种电路在该阻抗上旳电压降会影响到另一种电路,从而产生干 扰噪声旳影响。
4.1.3 过程通道中旳干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上旳干扰噪声,即干扰串联在信 号源回路中。
图4.5 串模干扰
❖⒉共模干扰
❖ 共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入 端上共有旳干扰电压。
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器克制串模干扰是一种常用旳措施。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率旳分布特征,能够选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 假如串模干扰频率比被测信号频率高,则采用低通滤波器来克
制高频串模干扰; ❖ 假如串模干扰频率比被测信号频率低,则采用高通滤波器来克
制低频串模干扰; ❖ 假如串模干扰频率在被测信号频谱旳两侧,则采用带通滤波器。
❖ 直接接地方式:设备旳地线系统与大地之间良好连接。 ❖ 电容接地方式:即经过电容把设备旳地线与大地相连。
❖ ⑶屏蔽接地 ❖ 为了克制变化电场旳干扰,计算机控制装置以及电子设备中广
泛采用屏蔽保护。如变压器旳初、次级间旳屏蔽层,功能器件 或线路旳屏蔽罩等。 ❖ 屏蔽接地指屏蔽用旳导体与大地之间旳良好连接。目旳是为了 充分克制静电感应和电磁感应旳干扰。
这常称为工作接地; ❖ 二是防止操作人员因设备旳绝缘损坏或下降而遭受触电危险和
确保设备旳安全、这称为保护接地。
❖⒈接地分类
❖ ⑴安全接地:分为保护接地、保护接零两种形式。
❖ 保护接地就是将电气设备在正常情况下不带电旳金属外壳与大 地之间用良好旳金属连接。如电脑机箱旳接地。
❖ 保护接零指用电设备外壳接到零线,当一相绝缘损坏与外壳相 连,则由该相、设备外壳、零线形成闭合回路。

计算机控制技术(第三版)章 (3)

计算机控制技术(第三版)章 (3)
在实际中基料与物料分别存放在各自的储液罐内,在这 个过程中,进料的流量大小受到进料储罐液位的影响,液位 高,则进料压力大,流量也大,达到启动搅拌机的液位所需 时间也短。同样,在加入其他物料时,因受物料流量的影响 ,液位达到所需液位的时间也不同。但是,在这类控制系统 中,执行操作指令的逻辑顺序关系不变,因此,称这类控制 系统是逻辑顺序控制系统。这类控制系统在工业生产过程的 控制中应用较多。
的逻辑顺序读取现场工作状态信号;按预先规定的逻辑算式 进行与、或、非等逻辑运算;按运算结果判断是否发出某种 控制信号。根据图3-4所给出的流程图及表3-1所示输入/输出 信号安排,按程序实现数字逻辑功能的方法,可编出控制程 序如下:

STAGE1:MOV A,P1;读P1口输入信号
ANL
A,#03H;取出A信号和原位信号
前已述,钻孔动力头在一个工作循环中有快进、工进、 工进延时、快退和停止等五个工作状态。从前一个工作状态 转入下一个工作状态,是根据来自现场的输入信号的逻辑判 断决定的。现场输入信号有启动按钮A、原位开关x0、行程开 关x1和x2以及延时信号。
这些电器触点的通断,通过输入电路变成电位信号,引入到 微型计算机的输入接口的输入端上,CPU按一定逻辑顺序读取 这些信号,并逐一判断是否满足各工作状态转换条件。若满 足,则发出相应的转换工作状态的控制信号。控制信号从微 型计算机的输出接口引出,经过隔离放大电路驱动相应的电 磁阀吸合或释放,从而改变液压油路的状态,使动力头进入 新的工作状态。若不满足,则等待(当CPU只控制一台动力头 时)或跳过,转向询问另一台动力头(当CPU控制多台动力头时 )。整个工作过程是以一定的硬件为基础,通过CPU执行一段 控制程序来实现的。下面介绍采用AT89C51单片微型计算机实 现动力头的顺序控制。

计算机控制系统(王慧第三版)第三章课后答案

计算机控制系统(王慧第三版)第三章课后答案

计算机控制系统课后答案第三章计算机控制系统中的总线技术1、为什么要制定计算机总线标准?采用总线结构有哪些优点?答:为了使插件与插件之间、系统与系统之间能够实现正确的连接和可靠通信,就必须对连接各插件或各系统的基础——总线,制定出严格的规约,即总线标准。

优点:①使结构由面向CPU变为面向总线,简化了系统结构;②可做到硬件、软件的模块化设计与生产;③系统结构清晰明了,便于灵活组态、扩充、改进与升级;④符合同一总线标准的产品兼容性强;⑤用户可以根据自己的需要将不同生产厂家生产的各种型号的模块或模板方便的用标准总线连接起来,构成满足各种用途的计算机应用系统。

2、计算机总线大致可分为几类,其中内部总线又可分为几类?根据总线的功能和应用场合,总线分为内部总线和外部总线。

根据总线的结构总线还可分为并行总线和串行总线。

内部总线分为:数据总线D,地址总线A,控制总线C和电源总线P。

3、总线的功能强弱、适应性好坏取决于什么?控制总线决定了总线的功能强弱、适应性好坏。

4、常见的总线体系结构有哪几种?总线的控制方式又有哪些?常见的总线体系结构有以下三种:单总线体系结构;并发总线体系结构;带Cache的并发总线体系结构。

总线的控制方式:①串行链接式总线裁决②定时查询方式③独立请求式总线裁决。

5、总线的数据传输方式有哪些?①同步式通信②异步式传输③半同步传输6、调制解调器实现远程通信时可分为哪三阶段?并阐述RTS、CTS等信号的变化情况。

调制解调器实现远程通信一般包括呼叫建立、数据传输和拆线三个阶段。

RTS、CTS等信号的变化情况见教材P41。

7、RS-232与RS-485有什么本质的区别?简述其优缺点。

RS-232采用EIA电平,非平衡连接及公用地线,用于数据中断设备DTE和数据通信设备DCE之间的串行异步数据通信,还可作为计算机与计算机,计算机与外设之间的连接标准,通信方式既可全双工,也可半双工;RS-485采用差分驱动电路平衡方式,采用TTL电平,多个发送器,多个接收器,可采用总线方式通信,也可采用环路方式,只能工作在半双工方式。

计算机控制技术3共60页文档

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• HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO) 的开放式系统互连(OSI)参考模型,简化并引 用其中三层:物理层、数据链路层、应用层而
制定的。物理层规定了信号的传输方法和传输
介质;数据链路层规定了数据帧的格式和数据 通讯规程;应用层规定了通讯命令的内容。
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
• 它也可以作为直流毫伏转换器来使用, 也将其它能够转换成直流毫伏信号的工 艺变量也变成统一的标准信号
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
模拟式温度变送器
图 . 模拟式温度变送器原理框图
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
• 测量部分的作用是通过 电容式压力传感器及相 关电路把被测差压∆p成 比例的转换成为差动电 流信号Id。
• 差动电容的相对变化量 再通过电容/电流转换电 路比例的转换成差动电 流信号Id,经放大后转 换成4~20mA输出电流。
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
2.1 传感器和变送器
主要内容: • 信号传输及供电的四线制与两线制 • 压力检测及变送 • 温度检测和变送 • 流量检测及变送 • 物位检测及变送 • 其它检测仪表和装置
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置

WX03微型计算机控制技术第三章1PPT课件

WX03微型计算机控制技术第三章1PPT课件
• 在数学理论上,及在工程问题中都有着重要的应用。 • 拉氏变换可以将常系数微分方程转化为代数方程。从而可
以将求解微分方程问题转化成在复域中求解代数方程,再 通过拉氏反变换,就可得出在时域中的解。 • 在控制工程中拉氏变换是分析和综合线性定常系统的有力 数学工具。
拉普拉斯( Laplace )变换 • 函数 f (t) 的拉普拉斯变换的表示符号为记
微型计算机控制技术
第3章 数字控制器的模拟化设计方法
1
微型计算机控制技术
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
2
微型计算机控制技术
• 在模拟控制系统中,采用由分立元件组成的模拟 调节器实现对控制系统的调节。
1
1或z0
(t kT) ekTs
zk
1( t )
1s
1 (1z1)
t
1 s2
Tz1 (1z1)2
e at
1 (sa) 1(1eaTz1)
微型计算机控制技术
2、 Z变换
• Z变换是分析线性线性离散系统的重要方法之一。 • 在线性连续系统中,连续时间函数x(t)的拉氏变换
为X(s)。 • 同样在线性离散系统中,也可以对采样信号x*(t)作
拉氏变换
x(t)
采样开关
T (t)
x *(t)
T
x(t)
x *(t)
t
(a)脉冲信号
t
(b)连续信号
t
(c)离散信号
• 数字控制器的设计方法:
– 模拟化设计方法 – 离散化设计方法
4
微型计算机控制技术

(完整版)计算机控制技术课后习题详解答案.(DOC)

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第一章计算机控制系统概述习题参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤:(1)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。

(2)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。

(3)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。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么?(1)实时:所谓“实时”,是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的,即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理,并在一定的时间内作出反应并进行控制,超出了这个时间就会失去控制时机,控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式:在计算机控制系统中,如果生产过程设备直接与计算机连接,生产过程直接受计算机的控制,就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式:若生产过程设备不直接与计算机相连接,其工作不直接受计算机的控制,而是通过中间记录介质,靠人进行联系并作相应操作的方式,则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成?各部分的作用是什么?由四部分组成。

(1)主机:这是微型计算机控制系统的核心,通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令,同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程,按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作,根据运算结果作出控制决策;对生产过程进行监督,使之处于最优工作状态;对事故进行预测和报警;编制生产技术报告,打印制表等等。

图1.1微机控制系统组成框图(2)输入输出通道:这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据,转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

计算机控制技术:3.3 数字控制技术(三)

计算机控制技术:3.3 数字控制技术(三)
给一步至(m+1)点,其坐标值为 : xm+1=xm-1 ym+1=ym
新的加工点的偏差为 Fm+1=xm+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1
在本模块中,学生将学习算法初步、统计、概率的基础知识。1.算法是数学及其应用的重要组成部分,是计算科学的重要基础。随着现代信息技术飞速发展,算法在科学技术、社会发展中发挥着越来越大的作用,并日益融入社会生活的许多方面,算法思想已经成为现代人应具备的一种数学素养。中学数学中的算法内容和其他内容是密切联系在一 起的,比如线性方程组的 求解、数列的求和等。具体来说,需要通过模仿、操作、探索,学习设计程序框图表达解决问题的过程,体会算法的基本思想和含义,理解算法的基本结构和基本算法语句,并了解中国古代数学中的算法。在本教科书中,首先通过实例明确了算法的含义,然后结合具体算法介绍了算法 的三种基本结构:顺序、条件和循环,以及基本的算法语句,最后集中介绍了辗转相除法 与更相减损术、秦九韶算法、排序、进位制等典型的几个算法问题,力求表现算法的思想,培养学生的算法意识。2.现代社会是信息化的社会,人们面临形形色色的问题,把问题用数量化的形式表示,是利用数学工具解决问题的基础。对于数量化表示的问题,需要收集数据、分析数据、解答问题。统计学是研究如何合理收集、整理、分析数据的学科,它可以为人们制定 决策提供依据。本教科书主要介绍最基本的获取样本数据的方法,以及几种从样本数据中提取信息的统计方法,其中包括用样本估计总体分布及数字特征和线性回归等内容。本教科书介绍的统计内容是在义务教育阶段有关抽样调查知识的基础上展开的,侧重点放在了介绍获得高质量样 本的方法、方便样本的缺点以及随机样本的简单性质上。教科书首先通过大量的日常生活 中的统计数据,通过边框的问题和探究栏目引导学生思考用样本估计总体的必要性,以及样本的代表性问题。为强化样本代表性的重要性,教科书通过一个著名的预测结果出错的案例,使学生体会抽样不是简单的从总体中取出几个个体的问题,它关系到最后的统计分析结果是否可靠。 然后,通过生动有趣的实例引进了随机样本的概念。通过实际问题情景引入系统抽样、分 层抽样方法,介绍了简单随机抽样方法。最后,通过探究的方式,引导学生总结三种随机抽样方法的优缺点。3.随机现象在日常生活中随处可见,概率是研究随机现象规律的学科,它为人们认识客观世界提供了重要的思维模式和解决问题的模型,同时为统计学的发展提供了理论基础。因此,统计与概率的基础知识已经成为一个未来公民的必备常识。在本模块中,学生将 在义务教育阶段学习统计与概率的基础上,结合具体实例,学习概率的某些基本性质和简单的概率模型,加深对随机现象的理解,能通过实验、计算器(机)模拟估计简单随机事件发生的概率。教科书首先通过具体实例给出了随机事件的定义,通过抛掷硬币的试验,观察正面朝上的次 数和比例,引出了随机事件出现的频数和频率的定义,并且利用计算机模拟掷硬币试验, 给出试验结果的统计表和直观的折线图,使学生观察到随着试验次数的增加,随机事件发生的频率稳定在某个常数附近,从而给出概率的统计定义。概率的意义是本章的重点内容。教科书从几方面解释概率的意义,并通过掷硬币和掷骰子的试验,引入古典概型,通过转盘游戏引入几何 概型。分别介绍了用计算器和计算机中的Exc el软件产生(取整数值的)随机数的方法, 以及利用随机模拟的方法估计随机事件的概率、估计圆周率的值、近似计算不规则图形的面积等。教科书首先通过具体实例给出了随机事件的定义,通过抛掷硬币的试验,观察正面朝上的次数和比例,引出了随机事件出现的频数和频率的定义,并且利用计算机模拟掷硬币试验,给出试 验结果的统计表和直观的折线图,使学生观察到随着试验次数的增加,随机事件发生的频 率稳定在某个常数附近,从而给出概率的统计定义。概率的意义是本章的重点内容。教科书从几方面解释概率的意义,并通过掷硬币和掷骰子的试验,引入古典概型,通过转盘游戏引入几何概型。分别介绍了用计算器和计算机中的Excel软件产生(取整数值的)随机数的方法,以及利用随机模拟的方法估计随机事件的概率、估计圆周率的值、近似计算不规则图形的面积等。

计算机控制技术3

计算机控制技术3

§3.1 数据采集系统
7.A/D转换器 . 转换器 a).类型:逐次逼近式、双积分式、计数 比较式 类型: 类型 逐次逼近式、双积分式、计数—比较式 逐次逼近式芯片: 逐次逼近式芯片:ADC0809(8路8位),AD574(12位) 路 位, 位 b).主要性能指标: 主要性能指标: 主要性能指标 分辨率——一般用数字量的位数表示 分辨率 一般用数字量的位数表示 转换时间 绝对精度,相对精度——转换后所得结果相 转换后所得结果相 绝对精度,相对精度 对于实际值的准确度 c).A/D输出编码方式 输出编码方式——符号数值码、偏移二进制码、补码、 符号数值码、 输出编码方式 符号数值码 偏移二进制码、补码、 BCD码 码 d).输出方式 输出方式——并行、串行、分时顺序输出 并行、 输出方式 并行 串行、
一 模拟量输入通道
1.单通道 .
§3.1 数据采集系统
2.多通道 .
§3.1 数据采集系统
3.信号调理 . 信号变换 ——将非电量(温度、压力、流量等)转换成标准电量 将非电量( 将非电量 温度、压力、流量等) 将非标准电量(电压、电流等) 将非标准电量(电压、电流等)转换成标准电量 线性化处理 ——有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 所以必须对 有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 有些电信号转换后与被测参量呈现非线性 信号进行线性化处理,使它接近线性。 信号进行线性化处理,使它接近线性。如热电耦温度线性化 等。 滤波 ——有源滤波、无源滤波(RC网络) 有源滤波、 网络) 有源滤波 无源滤波( 网络
§3.1 数据采集系统
通道禁止->PC3 -通道选择->PC0-PC2, 通道禁止 通道选择 采样和保持->ADC574的STS+反相器 -LF398采样和保持 采样和保持 的 反相器 -AD547A的R/C, CS, CE ->PC4-PC6 的 转换状态检测STS->PA7 -转换状态检测 数据输入: -数据输入:高4位->PA0-PA3,低8位->B口 位 , 位 口

《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)

《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)

《计算机控制技术》(机械工业出版社范立南、李雪飞)习题参考答案第1章1.填空题(1) 闭环控制系统,开环控制系统(2) 实时数据采集,实时决策控制,实时控制输出(3) 计算机,生产过程(4) 模拟量输入通道,数字量输入通道,模拟量输出通道,数字量输出通道(5) 系统软件,应用软件2.选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3.简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替,再加上A/D转换器、D/A转换器等器件,就构成了计算机控制系统,其基本框图如图所示。

计算机控制系统由计算机(通常称为工业控制机)和生产过程两大部分组成。

工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机,它包括硬件和软件两部分。

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)操作指导控制系统:其优点是控制过程简单,且安全可靠。

适用于控制规律不是很清楚的系统,或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。

其缺点是它是开环控制结构,需要人工操作,速度不能太快,控制的回路也不能太多,不能充分发挥计算机的作用。

直接数字控制系统:设计灵活方便,经济可靠。

能有效地实现较复杂的控制,如串级控制、自适应控制等。

监督计算机控制系统:它不仅可以进行给定值的控制,还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。

其中SCC+模拟调节器的控制系统,特别适合老企业的技术改造,既用上了原有的模拟调节器,又可以实现最佳给定值控制。

SCC+DDC的控制系统,更接近于生产实际,系统简单,使用灵活,但是其缺点是数学模型的建立比较困难。

集散控制系统:又称分布式控制系统,具有通用性强、系统组态灵活,控制功能完善、数据处理方便,显示操作集中,调试方便,运行安全可靠,提高生产自动化水平和管理水平,提高劳动生产率等优点。

缺点是系统比较复杂。

计算机集成制造系统:既能完成直接面向过程的控制和优化任务,还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。

计算机控制技术及应用第三章课件

计算机控制技术及应用第三章课件

2.带有零阶保持器的Z变换法--阶跃响应不变法
在原线性系统的基础上串联一个虚拟的零阶保持器,再进行Z变 换从而得到D(s)的离散化模型D(z)
R(s) D(s) Ya (s)
R(s) R* (s) Gh (s) R~(s) D(s) Y~a (s)
1 esT
D(z) Z[
D(s)]
s

R(z) D(z) Ya (z)
位置型算式为:
u(k
)
u
p
(k
)
ui
(k
)
K1ud
(k
)
K1
T T1
ud
(k
)
ui
(k
1)
ui
(k
1)
K1 (1
T T1
)
T2 KdT
T2
ud
(k
1)
Kd (T2 T ) KdT T2
e(k)
K d T2 KdT T2
e(k
1)
(3) 实际微分PID控制算式之三 –不完全微分
D(s)
则差分方程:
u(k) a0u(k 1) a1e(k) a2e(k 1) a3e(k 2)
u(k) u(k 1) u(k)
(2)实际微分PID控制算式之二
Tf T2
Kd ,K p
K1
T1
T2 T1
,Ti
T1 T2,Td
T1T2 T1 T2
实际微分PID算式的传
递函数:
D(s) K p (T2s 1)(T1s 1) K1(T1s 1)(T2s 1)
ui
(k)
K pT Ti
e(k)
ud
(k)
Td K d T Td
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CS :片选信号
R / C :读/转换信号
12 / 8 :数据格式选择端
A0:转换和读字节选择信号。 STS:转换状态信号。转换开始STS=1;转换结束STS=0。 10VIN:模拟信号输入。单极性0~10V,双极性±5V 20VIN:模拟信号输入。单极性0~20V,双极性±10V REF IN:参考输入 REF OUT:参考输出 BIP OFF:双极性偏置
⒉数字量输出接口
对生产过程进行控制时,控制状态需要保持,直到下次给出新 值为止,这时输出就要锁存。可用锁存器74LS273作8位输出 口,对输出信号状态进行锁存。 计算机的I/O端口写总线周期时序关系中,总线数据D0~D7比
IOW 前沿(下降沿)稍晚,因此在图3.2的电路中,利用 IOW
的后沿产生的上升沿锁存数据。 经过端口地址译码,得到片选信号 CS ,当在执行OUT指令周期 时,产生 IOW 信号,使 IOW CS 0
图3.5 大功率信号输入电路
3.1.3 数字量输出通道 ⒈数字量输出通道的结构
数字量输出通道主要由输出锁存器,输出驱动电路、输出地 址译码电路等组成。
图3.6 数字量输出通道结构
⒉输出驱动电路
⑴小功率直流驱动电路 驱动直流电磁阀、直流继电器、发光二极管、小型直流电动 机等低压电器,开关量控制输出可采用三极管、OC门、达林 顿管或运放等方式输出。
常用的逐次逼近式A/D转换器有8位分辨率的ADC0801,
ADC0809等,12位分辨率的AD574A等; 常用的双积分式A/D转换器有3位半(相当于2进制11位分辨率) 的MC14433,4位半(相当于2进制14位分辨率)的ICL7135等。
⒈8位A/D转换器ADC0809
ADC0809是美国国家半导体公司生产的带有8通道模拟开关的8 位逐次逼近式A/D转换器,采用28脚双列直插式封装。
⑷阀门的打开与关闭;
数字量信号的共同特征: ⑴信号只有两个状态,“导通”和“截止”;
⑵需要经过电路变换将两个状态用二进制的逻辑“1”和“0”
代表。
1.数字量输入接口
对生产过程进行控制,要收集生产过程的各种状态信息,根据 状态信息,再输出控制量。 采用三态门缓冲器74LS244可取得状态信息,与PC机的接口 电路如图3.1所示,经过端口地址译码,得到片选信号。 当CPU执行IN指令时,产生信号
⒉ 12位A/D转换器AD574A
AD574A/1764是AD公司生产的12位逐次逼近型ADC。 ⑴AD574A的技术指标 分辨率为12位; 转换时间15~35μs; 内部集成有转换时钟,参考电压源和三态输出锁存器,可以和 计算机直接接口; 数字量输出位数可设定为8位,也可设定为12位; 输入模拟电压既可以单极性也可以双极性; 单极性输入时:0V~+10V或0V~+20V;双极性输入时: 5V~10V。
3.2.5 采样保持器
在A/D转换期间,如果输入信号变化较大,就会引起误差。 一般情况下采样信号都不直接送至A/D转换器转换,要求输入 到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变,但转换之 后,又要求A/D转换器的输入信号能够跟随模拟量变化,能够 完成上述任务的器件叫采样保持器(Sample/Ho1d),简称S/H。 采样保持器有两种工作方式,一种是采样方式,另一种是保持 方式。


3.2.7 A/D转换器接口设计
3.2.8 模拟量输入通道设计
3.2.1 模拟量输入通道的组成
模拟量输入通道根据应用要求不同,可以有不同的结构形式。 模拟量输入通道一般由信号调理电路、多路转换器、前置放 大器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。 其核心是A/D转换器。
传 感 器 或 变 送 器
程 控 地 址 端
Vout
R2
+5V -5V
⒉集成PGA202/203放大器
PGA202/203放大器是一个单片增益可控的双端输入仪用放大 器。 主要由前端与逻辑电路、基本差分放大电路和高通滤波电路等 组成,具有失调电压调整、滤波器输出端、反馈输出和参考输 出端,能够灵活组成各类放大电路。 由于采用激光修正技术,使增益失调无需用外接元件调整。该 器件具有可控增益范围宽(1,2,4和8)、非线性误差小(不 大于0.012%)、偏置电流小(不大于50PA)、完全兼容 CMOS/TTL逻辑电平等优点,因而得到了广泛应用。
(1)小功率输入调理电路 将开关、继电器的接通和断开动作转换成TTL电平信号与计算 机相连。为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,通 常采用积分电路和R-S触发器电路来消除这种振荡。
(a)采用积分电路
(b)采用R-S触发器
图3.4小功率输入调理电路
(2)大功率输入调理电路 大功率系统中,需要从电磁离合等大功率器件的触点输入信号。 为了使触点工作可靠,触点两端要加24V以上的直流电压。 由于这种电路所带电压高,又来自工业现场,有可能带有干扰 信号,因而通常采用光电耦合器进行隔离。
(2)有源I/V变换
有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻组成。
当I为0~10mA输入电流信号,
取R1=100Ω,R2=500Ω,
输出电压V为0~5V; 当I为4~20mA输入电流信号, 取R1=100Ω,R2=250Ω, 输出电压U为1~5V。
图3.10 无源I/V变换
R4 A V =1+ R3
IOR IOR CS 0
74LS244直通,被测的状态信息可通过三态门送到计算机 的数据总线。 三态门缓冲器74LS244隔离输入和输出线路,在两者之间 起缓冲作用。有八个通道,可同时输入8个开关状态。
图3.1 数字量输入接口
设片选地址为PORT,读取输入状态变量的程序如下: MOV DX, PORT ; IN AL, DX;
过 程 参 数
信 号 调 理
多 路 开 关
前 置 放 大
采 样 保 持 器
A/D 转 换 器
接 口 与 控 制
P C 总 线


模拟量输入通道

图3.9 模拟量输入通道组成结构图
3.2.2 信号调理 ⒈I/V变换
变送器输出的信号为0~10mA或4~20mA的统一信号,电流信 号经过长距离传输到计算机接口电路,需要经过I/V变换成电 压信号后才能进行A/D转换进而被计算机处理。 (1) 无源I/V变换 无源I/V变换主要利用无源器件电阻来实现,并加滤波和输出 限幅等保护措施。
多路转换器(多路开关),是用来进行模拟电压信号切换的关 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前置放 大器或A/D转换器上。
为了提高过程参数的测量精度,对多路开关的要求较高。理想
的多路开关其开路电阻为无穷大,接通时的接通电阻为零,切 换速度快,噪音小、寿命长、工作可靠 。 常用的多路开关有CD4051、AD7501、MAX355、LF13508等
_______
____
图3.2 数字量输出接口
设片选端口地址为PORT,数据输出控制的程序如下 MOV AL,DATA MOV DX,PORT OUT DX,AL
3.1.2 数字量输入通道 ⒈数字量输入通道的结构
数字量输入通道主要由缓冲器、输入调理电路、输入地址译码 电路等组成。
图3.3 数字量输入通道结构
3.2.7 A/D 转换器接口设计
A/D转换器接口的设计包括硬件连接设计和软件程序设计两部 分。 硬件设计主要完成模拟量输入信号的连接、数字量输出引脚的 连接、参考电平的连接、控制信号的连接等。 软件设计主要完成对控制信号的编程,如:启动信号、转换结 束信号以及转换结果的读出等。
3.11 有源I/V变换
当I为0~10mA输入电流信号,取R1=100Ω,R3=10KΩ,R4 为47KΩ的精密电位器,调整R4的阻值为40KΩ。 输出电压V为0~5V; 当I为4~20mA输入电流信号,取R1=100Ω,R3=10KΩ,R4 为47KΩ的精密电位器,调整R4的阻值为15KΩ。 输出电压V1~5V。
CD4051是单端8通道多路模拟开关,带有二进制3-8译码器, 可双向工作。 CD4051输入电平范围较大,数字控制信号逻辑“1”的电平可 选为3~15V,模拟量可达15V P-P
CD4051的真值表 图3.13 CD4051的原理电路图
3.2.4 前置放大器
前置放大器的功能是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程 范围之内。 为了能适应多种小信号的放大需求,因而需要设计可变增益放 大器。可编程增益放大器有组合PGA和集成PGA两种。
图3.7 继电器驱动电路
(2)大功率驱动电路
大功率驱动场合可以采用固态继电器(SSR)、大功率晶体管 IGBT、MOSFET等实现。固态继电器是一种四端有源器件, 根据输出的控制信号分为直流固态继电器和交流固态继电器。
图3.8固态继电器的驱动电路
3.2 模拟量输入通道
3.2.1 模拟量输入通道的组成 3.2.2 信号调理 3.2.3 多路转换器 3.2.4 采样保持器 3.2.5 前置放大器 3.2.6 A/D转换器
采样保持器的主要作用是: (1)保持采样信号不变,以便完成A/D转换; (2)同时采样几个模拟量,以便进行数据处理和测量; (3)减少D/A转换器的输出毛刺,从而消除输出电压的峰值及缩
短稳定输出值的建立时间;
常用的集成采样保持器有LF198/298/398、AD582/585/346/389 等。
第3章 输入输出接口与信息通道技术
3.1 数字量输入输出通道 3.2 模拟量输入通道 3.3 模拟量输出通道 3.4人机交互通道
3.1 数字量输入输出通道

3.1.1 数字量输入输出接口技术 3.1.2 数字量输入通道 3.1.3 数字量输出通道
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