微型計算機控制技術(shù)8課件

第8章微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計8.6設(shè)計舉例二———微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計8.1微型計算機控制系統(tǒng)的基本要求及特點8.1微型計算機控制系統(tǒng)的基本要求和特點8.1.1系統(tǒng)設(shè)計的基本要求1、系統(tǒng)操作性能好包含兩個含義：使用方便（編程語言、結(jié)構(gòu)易理解，硬件操作少）、維修容易（軟件具有自檢功能、硬件配置易于維修）。2、通用性好，便于擴充標準化設(shè)計，增強其通用性，留有余量，便于擴充。3、可靠性高此性能是控制系統(tǒng)設(shè)計最重要的性能要求。8.1.2系統(tǒng)設(shè)計特點在進行控制系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)設(shè)計人員必須把要實現(xiàn)的任務(wù)和功能合理的分配給硬件和軟件，既要考慮系統(tǒng)的價格，又要考慮系統(tǒng)滿足實時性要求的工作速度，做到硬件軟件合理權(quán)衡，并盡量節(jié)省機器時間和內(nèi)存空間。8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計一般可分為以下六個步驟：系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計；微型計算機選擇；控制算法設(shè)計；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。這一步?jīng)Q定了系統(tǒng)整體控制方案，即設(shè)計方案應(yīng)滿足性能指標先進、方案合理、可行、可靠性高、性能/價格比好的要求，并且盡可能做到具有一定的通用性、可移植性和便于擴充等。8.2.1系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計（一）確定控制任務(wù)（二）硬件軟件功能分配與協(xié)調(diào)微型計算機控制系統(tǒng)是由硬件和軟件共同組成的，對于某些既可用硬件（四）通道設(shè)計輸入輸出通道是計算機與被控對象相互交換信息的部件。輸入輸出通道有數(shù)字量的輸入輸出通道、開關(guān)量的輸入輸出通道、模擬量的輸入輸出通道以及脈沖量的輸入輸出通道。（五）操作員控制臺設(shè)計控制臺一般有下列功能：1）有一組或幾組數(shù)據(jù)輸入鍵，用于輸入或更新給定值，修改控制器參數(shù)或其他必要的數(shù)據(jù)。2）有一組或幾組功能鍵或轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于轉(zhuǎn)換工作方式，起動、停止系統(tǒng)運行或完成某種特定的系統(tǒng)操作功能。3）有一個顯示裝置或顯示屏，用于顯示狀態(tài)、參數(shù)及故障指示等。8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟4）有一個“緊急停止”接鈕“，用于在緊急事故時停止系統(tǒng)運行，轉(zhuǎn)入故障處理。8.2.2微型計算機選擇微型計算機選擇包括微型計算機系統(tǒng)構(gòu)成方案選擇和微型計算機系統(tǒng)功能以及性能指標選擇。（一）微型計算機系統(tǒng)構(gòu)成方案選擇1.組裝方案缺點是要求設(shè)計者知識的深度和廣度都比較高，設(shè)計工作復(fù)雜，工作量大，要編寫全部軟件，研制周期長。所以，這種方式?jīng)Q不是優(yōu)先考慮的方案，特別在需要量不大的情況下，就更應(yīng)當避免采用這種方案。8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟選用單板機方案的優(yōu)點是工作量大大減少，成本低，對設(shè)計工作者的知識要求也比較低。因此在微型計算機應(yīng)用的初期用得較多。3.通用微型計算機系統(tǒng)方案采用這種方案的優(yōu)點是控制功能強、設(shè)計工作量小、研制周期短。但其缺點也比較明顯。4.通用工業(yè)控制計算機系統(tǒng)方案它是當前乃至今后微型計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)選方案之一。（二）微型計算機控制系統(tǒng)性能指標選擇從應(yīng)用于生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程實時控制的角度出發(fā)，微型計算機應(yīng)能滿足下述基本要求：1.完善的中斷系統(tǒng)；具有實時控制的功能2.單板機或單片機方案8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟在設(shè)計中要注意以下幾個問題：第一，控制算法對系統(tǒng)的性能指標有直接的影響，因此，選定的控制算法必須滿足控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。第二，各種控制算法提供了一套通用的計算公式，是對一般性的問題而言的，但具體到一個特定的控制對象上，必須有分析地選用，在某些情況下可能還要進行必要的修改和補充。第三，當控制系統(tǒng)比較復(fù)雜時，滿足控制性能指標的控制規(guī)律也比較復(fù)雜，相應(yīng)的控制算法的實現(xiàn)就比較困難?？刂扑惴ㄔO(shè)計要充分考慮其可實現(xiàn)性。8.2.4硬件設(shè)計硬件是系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)，忽視硬件設(shè)計不可能得到高質(zhì)量的控制系統(tǒng)。8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟從電路工作原理的設(shè)計、硬件元件的選定、篩選，到印刷電路板的設(shè)計制作和焊接調(diào)試，每一環(huán)節(jié)都必須認真做好，才能保證硬件的質(zhì)量。8.2.5軟件設(shè)計8.2.6系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)調(diào)通常分兩步進行：第一步在實驗室模擬裝置上進行，要盡量創(chuàng)造條件使模擬裝置接近于實際控制系統(tǒng)，在調(diào)試時應(yīng)采取一些必要的測量監(jiān)視和保護措施。第二步是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進行工業(yè)試驗，在工業(yè)試驗中，還要考慮安全、抗干擾等問題。微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計的過程是一個不斷完善的過程。8.2控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件8.3.1軟件的分類微型計算機控制系統(tǒng)中的軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。（一）系統(tǒng)軟件1.操作系統(tǒng)2.語言加工系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)主要由系列程序組成：（1）編輯程序（2）編譯程序（3）連接、裝配程序（4）調(diào)試程序（5）子程序庫3.診斷系統(tǒng)除包括數(shù)據(jù)采集程序之外，還包括越限報警程序，用于在生產(chǎn)中某些量超過限定值時報警；事故預(yù)告程序，生產(chǎn)中某些量不允許超過限定值，從這些量的變化趨勢來看若有可能超過限定值，則發(fā)出事故預(yù)告信號；畫面顯示程序，用圖、表在CRT上形象地反映生產(chǎn)狀況。4.數(shù)據(jù)管理程序這部分程序用于生產(chǎn)管理部分，主要包括統(tǒng)計報表程序，按生產(chǎn)管理部門要求的格式打印各種報表；產(chǎn)品銷售、生產(chǎn)調(diào)度及庫存管理程序；產(chǎn)值利潤預(yù)測程序等。8.3.2應(yīng)用程序的語言選擇及設(shè)計步驟（一）語言選擇1.機器語言8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件2.匯編語言3.高級語言（二）應(yīng)用程序的設(shè)計步驟和方法應(yīng)用程序的設(shè)計通常分下列五個步驟：問題定義、程序設(shè)計、編碼、調(diào)試、改進和再設(shè)計。

問題定義階段是要明確微型計算機完成哪些任務(wù)及執(zhí)行什么程序，決定輸入/輸出的形式，決定與接口硬件電路的連接配合以及出錯處理方法。程序設(shè)計是利用程序?qū)θ蝿?wù)作出描述，即編寫源程序。編碼是指把源程序轉(zhuǎn)換成微型計算機能執(zhí)行的指令代碼。調(diào)試是利用諸如斷點、單步跟蹤以及模擬運行等手段檢查程序的正確性。改進和再設(shè)計是根據(jù)現(xiàn)場運行情況對原設(shè)計作修改，或者為了擴充功能8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件對程序進行改進和補充。程序設(shè)計通常采用模塊程序設(shè)計法和結(jié)構(gòu)程序設(shè)計法。

模塊程序設(shè)計法就是把整個程序分成若干子任務(wù)或模塊，各個模塊分別設(shè)計、調(diào)試成功之后再裝配在一起，成為一個完整的程序。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的基本思想是：任何程序都可用三種基本結(jié)構(gòu)表示，即順序結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖所示：8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件4.參數(shù)傳遞約定（1）傳值（2）傳址（3）傳名（4）傳結(jié)果傳值：是參數(shù)傳遞最簡單的一種傳遞方式，它把參數(shù)的值傳遞給相應(yīng)的形參，被調(diào)用程序無法改變實參的值——簡單可靠。傳址：它是把實參的地址傳遞給相應(yīng)的形參。傳名：這是一種特殊的形參和實參相結(jié)合的方式，即用實參的原文替換對應(yīng)的形參。它實際上是把實參處理成為一個子程序（參數(shù)子程序），每當過程體中遇到對應(yīng)的形參時就調(diào)用該子程序。傳結(jié)果：對每一個形參設(shè)置兩個形式單元，一個用來存放實參的地址，另一個來存放實參的值，這樣與傳址相似，進入被調(diào)用段后，在過程體中對形參的任何引用都針對第二個形式單元進行間接訪問。8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件（二）C語言程序?qū)R編語言程序的調(diào)用1.C語言程序中的接口處理（1）命名約定（2）調(diào)用約定（3）參數(shù)傳遞約定2.匯編語言中的接口處理1）為了與C語言命名約定相符，在定義和編寫匯編語言程序的被調(diào)用過程時應(yīng)以下劃線開頭，并用PUBLIC說明，過程名最好不要超過8個字符。命名約定：在編譯C語言程序時，編譯系統(tǒng)自動的在程序中出現(xiàn)的變名（變量名、過程名、函數(shù)名等）前面加下劃線，因此調(diào)用匯編語言程序時注意命名方法和命名長度。調(diào)用約定：在C語言程序中對所調(diào)用的外部過程均采用標準的extern關(guān)鍵字予以說明。

2）如果C語言程序以巨型，大型、或者中型存儲模式翻譯，被C語言調(diào)用的匯編過程應(yīng)說明成far。3）考慮調(diào)用約定，C語言程序向匯編過程傳送參數(shù)是通過堆棧進行的，而C語言參數(shù)壓棧的順序與參數(shù)在調(diào)用時參數(shù)表中出現(xiàn)的順序相反。C語言的堆棧結(jié)構(gòu)圖：8.3微型計算機控制系統(tǒng)的軟件（三）匯編語言程序?qū)語言程序的調(diào)用首先是命名約定；其次是調(diào)用約定；第三，參數(shù)傳遞的方式是保證正常調(diào)用的關(guān)鍵。8.3.4微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具主要有微型計算機開發(fā)系統(tǒng)、聯(lián)機仿真器以及單板機、交叉匯編程序、模擬仿真程序等。聯(lián)機仿真器是微型計算機控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的有力工具，利用聯(lián)機仿真器可以很方便地實現(xiàn)以下開發(fā)手段：1.系統(tǒng)實時仿真2.資源借調(diào)3.控制系統(tǒng)綜合設(shè)計和調(diào)試8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計定義通用寄存器如右：8.4.1數(shù)字濾波與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點：1）數(shù)字濾波用程序來完成，可以多個輸入通道“共用”一個濾波程序。2）數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問題。3）數(shù)字濾波可以對頻率很低的信號濾波4）通過改變數(shù)字濾波程序就可以實現(xiàn)不同的濾波方法或調(diào)整濾波參數(shù)，比修改模擬濾波器的硬件靈活、方便。（一）算術(shù)平均值濾波算術(shù)平均值濾波是尋找這樣一個Y，它與各采樣值Xk之間誤差的平方和E為最小，即，其中N為采樣次數(shù)。根據(jù)極值原理得該方法是把n次采樣值進行相加，然后取其算術(shù)平均值為本次采樣值。其程序流程圖如圖所示：8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計（二）中值濾波中值濾波程序的流程圖如圖所示：中值濾波：就是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣N次（一般N取奇數(shù)），然后把N次的采樣值從小到大（或從大到?。┡帕校偃≈虚g值為本次采樣值。（三）一階滯后濾波（動態(tài)濾波）一階滯后濾波方法，其表達式為：流程圖如下圖所示：8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計為濾波平滑系數(shù)，一般為濾波環(huán)節(jié)的慣性滯后時間常數(shù)，T為采樣周期。8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計（四）程序判斷濾波程序判斷濾波分為限幅濾波和限速濾波兩種。1.限幅濾波（兩次采樣值偏差不超過某一數(shù)值，超過則舍棄當前采樣值）如下圖所示：設(shè)在區(qū)間內(nèi)，則其對應(yīng)的逼近值為或8.4.3數(shù)碼顯示數(shù)碼顯示用得最多的是LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管顯示器件的特點是：體積小，功耗低，響應(yīng)速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高。用數(shù)碼管顯示數(shù)字和字符的基本形式有軟件查表顯示和硬件譯碼顯示兩種。8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計如圖所示為顯示兩位十進制流程圖8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計8.4.4越限報警處理程序越限報警是工業(yè)控制過程常見而又實用的一種報警形式，它分為上限報警、下限報警及上下限報警。報警程序流程圖如圖所示：8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計8.4.5PID控制算法程序

數(shù)字PID控制算法，在微型計算機控制系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用，是微型計算機控制系統(tǒng)的常用程序之一。（一）位置式PID控制算法程序位置式PID控制算法的表達式為：控制算法的流程圖如圖所示：8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計（二）增量型PID控制算法程序增量型PID控制算法的表達式為：流程圖如右圖所示：8.4常用應(yīng)用程序設(shè)計8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計直流傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點是控制特性優(yōu)良，能在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，調(diào)速比大，起制動性能好，定位精度高。8.5.1總體控制方案設(shè)計

（一）確定系統(tǒng)的控制任務(wù)已知系統(tǒng)中直流電動機的主要數(shù)據(jù)如下：額定功率；額定電壓；額定電流；電樞回路總電阻；電磁時間常數(shù)；機電時間常數(shù)；電動勢系數(shù)。電流調(diào)節(jié)器的控制輸出值作為計數(shù)值直接送到計數(shù)器生成PWM信號，則PWM信號發(fā)生器和PWM功率放大器形成的數(shù)字控制量到模擬電壓輸出量之間的增益為：經(jīng)上述考慮，本系統(tǒng)組成的粗框圖如圖所示：8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計（二）輸入輸出通道及其接口設(shè)計1.電流反饋通道電流反饋通道由霍爾元件、兩級運算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。2.轉(zhuǎn)速反饋通道轉(zhuǎn)速反饋通道由光速電脈沖發(fā)生器，光電隔離器PC900、可編程門陣列GAL16V8和計數(shù)器、定時器等組成。3.位置反饋通道位置反饋通道由光電脈沖發(fā)生器、光電隔離器PC900、可編程門陣列GAL16V8以及計數(shù)器T1和計數(shù)器T2組成。電動機在一個位置環(huán)采用周期內(nèi)位置偏移量為8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計4.控制輸出通道控制輸出通道由8254計數(shù)器的兩個計數(shù)通道#0計數(shù)器和#1計數(shù)器構(gòu)成。5.伺服系統(tǒng)給定輸入通道伺服系統(tǒng)給定輸入方式比較簡單的有撥碼開關(guān)、模擬旋鈕和脈沖發(fā)生器等。給定輸入通道由上位微型計算機、電平轉(zhuǎn)換電路MC1488、MC1489和串行通信接口電路組成。8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計8.5.2微型計算機選擇

Intel8086微處理器構(gòu)成全數(shù)字式三環(huán)直流伺服系統(tǒng)的控制方案，其原理框圖如圖所示：8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計我們選用8097單片機，它是MCS-96系列的一種型號，根據(jù)8097單片機的特點，可設(shè)計原理框圖如下圖隨時的全數(shù)字式三環(huán)直流伺服系統(tǒng)控制方案。8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計（一）變T法速度檢測

高速脈沖輸入單元（HIS）是MCS-96系列單片機中很有特點的內(nèi)部硬件資源。HIS單元的結(jié)構(gòu)如圖所示：8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計HIS可以產(chǎn)生三種中斷形式：①保持寄存器裝入數(shù)據(jù)；②FIFO有六個事件數(shù)據(jù)信息；③HSI0。（二）硬件與軟件的功能分配系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)有：1)系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化包括設(shè)定堆棧指針，給主程序標志寄存器送初始狀態(tài)值，對電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、位置調(diào)節(jié)器設(shè)定初始狀態(tài)值和參數(shù)，給A／D轉(zhuǎn)換器、HSI、SIO、8254等硬件送控制字，確定它們的工作方式和初始工作參數(shù)。2)對電流反饋、速度反饋、位置反饋采樣，包括讀A／D的轉(zhuǎn)換結(jié)果，讀HSI事件的時間值和狀態(tài)值，并按堆棧方式存儲，讀計數(shù)器T2、8254的#28.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計計數(shù)通道的計數(shù)值，為下一采樣周期的循環(huán)工作重新預(yù)置。3)對電流反饋、速度反饋、位置反饋的原始數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，獲得相應(yīng)的數(shù)字式反饋標定量。4)完成電流、速度、位置的控制規(guī)律運算，并對輸出分別作限幅處理。5)讀串行口的數(shù)據(jù)，且按先進先出(FIFO)方式存儲。6)接收上位微型計算機發(fā)送來的指令，并解釋、分解和執(zhí)行指令7)按指令要求，采集系統(tǒng)運行的有關(guān)信息和系統(tǒng)參數(shù)，并通過串行通信反饋到上位微型計算機中進行顯示和信息存儲。（三）系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)以及分時控制的時序安排為了便于程序的編寫、閱讀、調(diào)試和修改，將系統(tǒng)控制程序的任務(wù)按功能分類，歸結(jié)為十一個更能程序模塊，并對各功能模塊的工作方式作了一個安排。8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計8.5.3控制算法設(shè)計數(shù)字控制器可以用直接數(shù)字的設(shè)計方法，也可以用模擬調(diào)節(jié)規(guī)律數(shù)字化的設(shè)計方法。由于直流傳動系統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)規(guī)律設(shè)計方法比較成熟，應(yīng)用方便，在這里我們有后一種方法來設(shè)計電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的數(shù)字控制器。（一）電流環(huán)控制器設(shè)計將電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)校正，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：電流環(huán)的簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示：8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計（二）速度環(huán)控制器設(shè)計將轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也是PI調(diào)節(jié)器，設(shè)其傳遞函數(shù)為則速度環(huán)的簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示：當速度環(huán)截止頻率時，電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)近似為8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計速度環(huán)的開環(huán)截止角頻率，選取速度角頻率，得速度環(huán)采樣周期位置環(huán)的開環(huán)截止頻率，選取位置環(huán)的采樣角頻率，得位置環(huán)的采樣周期。（三）位置環(huán)控制器設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖所示：系統(tǒng)電流環(huán)的開環(huán)截止角頻率，選取電流環(huán)的采樣角頻率，得電流環(huán)采樣期；8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計（五）控制算式和運算流程圖在用匯編語言編制控制算法程序時，需要特別注意如下幾個問題：1.小數(shù)運算2.符號運算3.溢出4.積分丟失8.5.4硬件設(shè)計構(gòu)成本系統(tǒng)的硬件電路可以在單片機開發(fā)裝置應(yīng)用板的基礎(chǔ)上擴充，也可以自行設(shè)計一塊印刷電路板。硬件系統(tǒng)能夠運行的基礎(chǔ)，硬件設(shè)計不合理，可靠性差，系統(tǒng)將無法運行。8.5.5軟件設(shè)計（一）系統(tǒng)初始化程序模塊（二）主程序模塊（三）位置采樣及數(shù)據(jù)處理程序模塊8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計如圖所示是位置采樣及數(shù)據(jù)處理程序模塊的流程圖：8.5.6系統(tǒng)聯(lián)調(diào)8.5設(shè)計舉例一——微型計算機控制直流伺服系統(tǒng)設(shè)計8.6設(shè)計舉例二————微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計8.6.1系統(tǒng)總體設(shè)計（一）確定系統(tǒng)的控制任務(wù)綜上所述，微型計算機控制系統(tǒng)完成的主要任務(wù)有：1）六個溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制。2）網(wǎng)帶拖動直流調(diào)速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測。3）六個溫區(qū)溫度及網(wǎng)帶運動速度的巡回檢測、顯示和定時打印。系統(tǒng)構(gòu)成粗框圖如圖所示：（二）輸入輸出通道及其接口設(shè)計1.溫度檢測模擬輸入通道設(shè)計如圖所示溫度檢測模擬輸入通道由檢測元件熱電偶、前級放大器、多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換和輸入接口電路組成。8.6設(shè)計舉例二————微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計2.晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設(shè)計晶閘管作為溫度控制的功率元件有兩種工作方式，一種是調(diào)壓方式，另一種是調(diào)功方式。調(diào)功方式輸入電爐的平均功率為：如圖所示為過零檢測同步脈沖電路，其作用是在電網(wǎng)電壓的每個過零點產(chǎn)生一個同步脈沖。8.6設(shè)計舉例二————微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計3.撥碼盤給定輸入通道撥碼盤作為數(shù)字輸入，操作簡單，直觀明了，碼盤值以硬件方式保存，計算機可以隨時通過碼盤輸入口讀入碼盤值，這有利于存放在RAM中的給定值保護，同時操作人員也可以很方便地修改碼盤值。4.數(shù)碼顯示輸出通道數(shù)碼顯示器輸出通道包括：數(shù)字量輸出接口電路、鎖存譯碼驅(qū)動電路，七段數(shù)碼管顯示器。5.打印機輸出通道打印機的打印內(nèi)容包括表頭、制表、采樣數(shù)據(jù)和采樣時間。根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄的特點編寫控打程序及特殊字符庫，確定一個易于查詢和閱讀的打印格式。8.6設(shè)計舉例二————微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計8.6.2微型計算機選擇選擇微型計算機首先要考慮能滿足系統(tǒng)的控制要求，達到預(yù)期的性能指標，其次要綜合考慮系統(tǒng)的可靠性、可利用率和可維護性，還要考慮成本和實施是否快速、方便等因素。8.6.3控制算法設(shè)計在整個爐體中，要求六個溫區(qū)的溫度能夠獨立控制，而各溫區(qū)之間存在不同程度的耦合，整個系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)。其數(shù)學(xué)描述傳遞矩陣為：式中8.6設(shè)計舉例二————微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計離散后可近似為：被控對象的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜。其簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示：對于每一個溫區(qū)，被控對象加上零階保持器的廣義傳遞函數(shù)為8.6設(shè)計舉例二————微型計算機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計式中TD為電阻爐的慣性時間常數(shù)；為純滯后時間常數(shù)；T為系統(tǒng)的采樣周期，且設(shè)=NT，N為正常數(shù)?？汕蟪銎鋸V義脈沖傳送函數(shù)為根據(jù)大林算法直接設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)字控制器，令整個系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞