机械工程中的常用自动控制系统

3.2 微控制系统
? 单片微控制器
– 单片微控制器即单片机，可以认为是将微型计算机 系统所用的大多数 IC 芯片，包括CPU 、存储器、中 断控制器、 I/O 端口等，集成到一个芯片中，成为 一台简单的计算机，可以通过编写程序让它处理一 些简单的过程。
– 是一种在线式实时控制计算机 。
– 体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发 提供了便利条件，得到了广泛的应用。
– 清华大学微电子所： PFLC ——可编程模糊逻辑控制 器
– 中国科学院计算技术研究所和微电子中心 ：通用模糊 控制器F100
– 神经网络控制芯片
通用工业控制计算机
– 计算机具有很强的运算与处理信息的能力，可以实 现更为先进和复杂的控制策略，如自适应控制、智 能控制、非线性控制等。而且将计算机网络技术、 通信技术、总线技术与现代管理结合起来，从而使 工业自动化从过去的就地控制和集中控制等方式向 未来的综合自动化方向发展。
– 许多厂家都有自己独特的单片机产品。
DSP——数字信号处理器
? DSP是一种高速专用微处理器，主要可用于实时快速 地实现各种数字信号处理算法
? DSP内部设置乘法器，且乘法器ຫໍສະໝຸດ Baidu运算逻辑部件 ALU 并行操作，再加上流水线控制技术，运算速度极快。
? DSP系统选用的算法是各种经过实践检验的通用算法 的组合和改进，专门处理以运算为主、不允许延迟的 实时信号。
? DELTA TAU 公司遵循开放式系统体系结构标准开发的开 放式可编程多轴运动控制器 PMAC (Programmable Multi-Axis Controller ， 可编程多轴控制器)
涉及机器人、数控机床、坐标测量机、激光加工、雕刻机、 旋转刀、 X-Y系统、以及高速印刷、包装、贴标机等各类 自动化设备
第3章 机械工程中的常用自动控制 系统
3.1 控制器概述
? 什么是控制器？
– 控制器是指能够接受控制指令及反馈信息，对它们 进行比较，并根据某种控制算法，产生一定的控制 信号，使控制对象达到控制目标的装置。
? 控制器如何分类？
– 按发展阶段分：机械式、由电子元器件组成的、通 用型
– 按控制算法分：经典、现代、智能 – 按处理信号分：模拟、数字 – 按开放性分：封闭式、开放式
? 研华公司的开放型、紧凑型、坚固型和灵活型 PAC 。相 对于传统的IPC ，它们不仅具备强大的运算功能和开放、 灵活的软、硬件接口，而且实现了更高的实时性，具备了 更加坚固、安全的结构和开放的模块化体系，更加易于使
用。
运动控制器
? 多轴协调运动控制中，需要进行大量、快速的各种运算， 常采用PC+DSP 运动控制器的开放式控制模式
– 支持软件包括汇编语言、高级语言、编译程序、编 辑程序、调试程序、诊断程序及第三方软件接口等。 如高级编程语言 Microsoft Visual Basic、VC++、 Delphi ，第三方接口DELTA TAU 公司的PTALK 等。
– 应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制 的控制和管理程序。包括过程输入程序、过程控制 程序、过程输出程序、人-机接口程序、打印显示程 序和公共子程序等。
? 与单片机相比，单片机主要实现“控制” ，而DSP重 视数字信号处理，其它通用功能相对较弱些。
? 同时结合使用 DSP和单片机，可使控制器具有快速传 输大量的数据并对数字信号及时处理的能力。
? DSP产品不断更新换代，已经渗透到工业生产和日常生活 的各个方面 。
智能控制芯片
– 以模糊控制、人工智能控制、专家控制等智能控制理 论为基础，通过电子元器件的排列组合，可以通过简 单的硬件电路实现较为复杂的智能控制算法，实现控 制系统的简化。
? 由硬件和软件两部分组成。 – 硬件包括：主机板、系统总线、 I/O 接口、人机联 系设备、过程输入输出通道等。 – 软件包括：系统软件、支持软件和应用软件。
? 总线式工控机由电源、机架、总线母板、中央处理器 （CPU ）、人机接口及功能丰富的外部I/O 模板组成。
? 为保证系统的安全性和稳定性，具有全钢结构带滤网 和加固压条的机箱结构、基于总线的无源大母板结构、 双冷风扇配置、高可靠性电源装置等特殊机构。
? PMAC采用Motorola的DSP56001/56002数字信号处理器,每 个卡可同时控制多达32个伺服轴，链接可达16块板(128轴)。
? 除支持ISA、PCI、VME、PC/104等标准总线形式及串口 两种用上位机对其进行控制的方式外，还可以以脱机方式 单独运行存储于其内部的运动程序、PLC程序及进行伺服 环更新等。
? CPU主板是总线式控制计算机系统的核心部件，是整个系 统的控制中心。它负责整个系统工作的协调，包括数学运 算、数据传输、逻辑判断、输入 /输出控制以及与上位机 或网络的通信等工作。
某双CPU结构的全长CPU卡
? 无源母板通常也叫主板，是一块印有系统总线的印刷电路 板，板上通常提供许多总线插槽（如 PC 总线、 STD 总线、 VME 总线等），以实现各功能模板与系统总线的电气连
接。
? 除了通用的总线式工控机外，盒式工控机、盘式工控机、 工业级工作站等适合不同工作环境的工控机也都被广泛使 用。
某盒式工控机
? 工业控制软件可分为系统软件、支持软件、应用软件 三个部分。
– 系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调 度执行程序，目前的主流系统软件为 Windows 系列 平台。
PAC——可编程自动化控制器
? 是由自动化研究机构（ ARC Group ）提出，用于描述结 合了PC 和PLC 功能的新一代工业控制器。
? 在一种开放灵活的软件构架下， PAC 将PC 的灵活性及软 件能力和PLC 的可靠性及稳定性相结合。
? 使用这些控制器开发高级应用系统，不仅包括高级控制、 通信、数据记录和信号处理等软件特性，还包括一个稳定 的控制器以提供逻辑、运动、过程控制和视觉等高级功能。
? 四种总线结构的PMAC，其硬件结构包括PMAC-PC， PMAC-Lite，PMAC-VME，PMAC-STD，他们都有相同的 在板固件，因此，在它们任何一款中编写的程序均可以在 其它款式中运行。