控制系統(tǒng)組成及作用

.z.章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)教學(xué)名稱第1節(jié)控制系統(tǒng)的組成及其作用教學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)1．理解控制系統(tǒng)的組成2．掌握各組成局部的根本功能課程重點(diǎn)難點(diǎn)1.現(xiàn)代的微機(jī)控制系統(tǒng)的組成2.現(xiàn)代的微機(jī)控制系統(tǒng)各組成局部的根本功能教學(xué)方法及手段1．課堂理論課講授2．多媒體教學(xué)課件播放輔助教學(xué)第四章控制系統(tǒng)4.1控制系統(tǒng)的組成及其作用控制系統(tǒng)的組成〔5局部〕〔1〕數(shù)字控制裝置作用：程序譯碼執(zhí)行；狀態(tài)信號(hào)輸入采集處理，產(chǎn)生輸出控制信號(hào)和狀態(tài)顯示信息〔2〕輸入裝置作用：承受現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息和操作命令，〔專為可識(shí)別的信息格式〕〔3〕輸出裝置〔輸出設(shè)備〕作用：承受來自數(shù)字控制裝置的控制命令，轉(zhuǎn)化并執(zhí)行相應(yīng)命令信息，產(chǎn)生調(diào)解、改變系統(tǒng)工作狀態(tài)的操作和動(dòng)作〔4〕輸入輸出接口作用：連接數(shù)字控制裝置和輸入輸出設(shè)備的信息橋梁，完成I/O信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，隔離，信號(hào)方式轉(zhuǎn)換，濾波，鎖存和緩沖等功能〔5〕功率放大電路作用：將輸出接口的輸出控制信號(hào)進(jìn)展功率放大，以足夠的功率驅(qū)動(dòng)輸出執(zhí)行設(shè)備〔輸出裝置〕，完成系統(tǒng)的運(yùn)行控制系統(tǒng)的組成實(shí)例1：控制系統(tǒng)的組成實(shí)例2：作業(yè)：1．簡(jiǎn)述機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的構(gòu)成2．簡(jiǎn)述機(jī)電一體化控制系統(tǒng)各功能部件的作用章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第2節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求教學(xué)目標(biāo)1．理解評(píng)價(jià)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的10大技術(shù)要求2．理解可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)的意義3．重點(diǎn)理解平安性，可靠性，穩(wěn)定性，環(huán)保性，經(jīng)濟(jì)性概念課程重點(diǎn)難點(diǎn)1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的10大技術(shù)要求2.平安性，可靠性，穩(wěn)定性，環(huán)保性，經(jīng)濟(jì)性概念的理解第四章控制系統(tǒng)4.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求包括10個(gè)局部：〔1〕功能實(shí)用性：指功能，性能，精度，應(yīng)用范圍及特點(diǎn)等技術(shù)指標(biāo)概況〔2〕系統(tǒng)可靠性：指系統(tǒng)在給定條件，預(yù)定時(shí)間內(nèi)能夠正常工作的概率〔評(píng)價(jià)：無故障工作時(shí)間和故障的排出時(shí)間〔含永久性和偶發(fā)性故障〕〕〔3〕運(yùn)行穩(wěn)定性：系統(tǒng)的輸入量變化或受到外界干擾時(shí)，輸出量被迫離開原來的穩(wěn)定值過渡到另一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)的過程中，輸出量發(fā)生超出規(guī)定限度或發(fā)生非收斂性變化的概率〔包括超調(diào)，振蕩，滯后，靜態(tài)誤差等〕〔4〕操作宜人性：人機(jī)工程概念內(nèi)容，有助于提高效率，速度，質(zhì)量和可靠性〔5〕人機(jī)平安性：監(jiān)測(cè)，自動(dòng)保護(hù)，報(bào)警，顯示，急停，極限保護(hù)等〔6〕環(huán)境保護(hù)水平：不產(chǎn)生環(huán)境污染〔7〕技術(shù)經(jīng)濟(jì)性：包括機(jī)電一體化設(shè)備制造的性價(jià)比和運(yùn)行的性價(jià)比〔8〕構(gòu)造工藝性：設(shè)計(jì)應(yīng)滿足加工，裝配，檢測(cè)，包裝，安裝，維護(hù)的最正確工藝性〔9〕造型藝術(shù)性：系統(tǒng)外形，比率，形體構(gòu)造，色彩符合工業(yè)設(shè)計(jì)要求和時(shí)代美感〔10〕成果標(biāo)準(zhǔn)性：設(shè)計(jì)遵從相關(guān)法規(guī)，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)附：※對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的根本要求具有完善的過程輸入/輸出功能具有實(shí)時(shí)控制功能具有可靠性具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力具有豐富的軟件※工業(yè)控制計(jì)算機(jī)分類及特點(diǎn)可編程控制器特點(diǎn)：程序可變，柔性好?？煽啃詮?qiáng)，適于工業(yè)環(huán)境。編程簡(jiǎn)單，使用方便。功能完善。體積小，重量輕，易于裝入機(jī)器內(nèi)部。總線型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)特點(diǎn)：提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)和制造周期。提高系統(tǒng)可靠性。便于調(diào)試和維修。能適應(yīng)技術(shù)開展的需要。3.單片機(jī)單板機(jī)特點(diǎn)：受集成度的限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量較小?？煽啃愿?。易擴(kuò)展?？刂乒δ軓?qiáng)。一般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。組成：(1)傳感器它將貯槽液位上下的信息轉(zhuǎn)換為一種特定的信號(hào)(如電壓、電流等)，并傳送到控制器，相當(dāng)于人工控制時(shí)的眼睛。(2)控制器它承受變送器送來的信號(hào)，與生產(chǎn)工藝要求所預(yù)先設(shè)定的液位高度信號(hào)相比擬得出偏差，并按*種運(yùn)算規(guī)則算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)發(fā)送到執(zhí)行器，相當(dāng)于人工控制時(shí)的大腦。(3)執(zhí)行器在這里就是控制閥，它可以根據(jù)控制器送來的信號(hào)以及信號(hào)值的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開啟度，相當(dāng)于人工控制時(shí)手和閥的組合。作業(yè)：1．簡(jiǎn)述機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的10個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)2．簡(jiǎn)述機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的內(nèi)容章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第3節(jié)控制系統(tǒng)中的輸入裝置教學(xué)目標(biāo)1．理解機(jī)電一體化系統(tǒng)輸入裝置的根本功能2．理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通用鍵盤的機(jī)構(gòu)組成，主要功能，在控制系統(tǒng)中作為輸入設(shè)備使用的技術(shù)特點(diǎn)3．掌握矩陣鍵盤的組成原理，和計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)，鍵盤掃描工作方式的原理，特點(diǎn)，鍵號(hào)確定的方法，防抖動(dòng)措施課程重點(diǎn)難點(diǎn)1.矩陣鍵盤的組成原理，和計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)2.鍵盤軟件的防抖動(dòng)措施，掃描工作方式的原理，特點(diǎn)，鍵號(hào)確定的方法，教學(xué)過程及時(shí)間分配：※控制系統(tǒng)輸入裝置的主要作用將控制命令信息和狀態(tài)信息送入數(shù)字控制系統(tǒng)※控制系統(tǒng)輸入裝置的主要種類鍵盤開關(guān)接口電路※開關(guān)量信號(hào)的一般輸入方法〔1〕輸入接口的形式確實(shí)定〔2〕防抖動(dòng)措施確實(shí)定〔3〕開關(guān)電平確實(shí)定方法〔4〕工作方式確實(shí)定：①無條件方式的輸入②查詢方式的輸入③中斷方式的輸入※輸入鍵盤的種類⑴通用標(biāo)準(zhǔn)編碼鍵盤特點(diǎn)：軟件定義各個(gè)鍵的功能，充分利用微型計(jì)算機(jī)的現(xiàn)有軟硬件資源，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制作工作量，體積，總量，本錢，防塵較欠理想⑵專用的非編碼矩陣鍵盤特點(diǎn)：采用較少的硬件電路資源和專門設(shè)計(jì)的掃描軟件組成①功能單一，構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，裝配緊湊合理②功能單一的掃描軟件，執(zhí)行速度快，系統(tǒng)運(yùn)行效率高③根據(jù)控制功能的需要設(shè)計(jì)鍵的數(shù)量和功能分配，根本無冗余，功能鍵的位置組合根據(jù)需要設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單快捷且人性化④具有較高的性價(jià)比⑤研制工作量較大非編碼矩陣鍵盤1.組成原理⑴本例為8行8列的矩陣鍵盤⑵輸出口為鎖存器74LS377，口地址為7FFFH⑶輸入口為緩沖器74LS244，口地址為7FFFH⑷由控制信號(hào)區(qū)分I/O接口⑸鍵盤采用中斷方式聯(lián)絡(luò)CPU⑹8行8列64鍵的鍵號(hào)為0～63⑺初始Q0～Q7=00H⑻有鍵按下與門輸出0，請(qǐng)求中斷⑼軟件防抖動(dòng)判斷后，掃描鍵盤⑽先確定按下鍵的所在行，再確定按下鍵的所在列，由行號(hào)加相應(yīng)的列序號(hào)確定鍵號(hào)2.和MCS_51系統(tǒng)接口的控制程序設(shè)計(jì)(1)確定行輸出接口的地址(2)確定列輸入接口的地址(3)防抖動(dòng)程序段的設(shè)計(jì)(4)行號(hào)的掃描確定方法設(shè)計(jì)(5)列號(hào)的掃描確定方法設(shè)計(jì)(6)鍵號(hào)的計(jì)算方法及確定設(shè)計(jì)(7)根據(jù)鍵號(hào)的跳轉(zhuǎn)〔8〕恢復(fù)到初始狀態(tài)即返回主程序作業(yè)：1．簡(jiǎn)述常用的輸入設(shè)備和各自的特點(diǎn)2．簡(jiǎn)述矩陣掃描鍵盤鍵號(hào)確實(shí)定方法第4章控制系統(tǒng)第4節(jié)控制系統(tǒng)中的信息顯示教學(xué)目標(biāo)1．了解機(jī)電一體化系統(tǒng)CRT方式信息顯示根本內(nèi)容2．理解LED數(shù)碼管的顯示原理3．掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)LED顯示器的組成，工作原理課程重點(diǎn)難點(diǎn)1.LED數(shù)碼管的構(gòu)造，顯示原理2.機(jī)電一體化系統(tǒng)LED顯示器的組成，河MCS——51的接口及工作原理控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示概述〔1〕應(yīng)用意義：簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，在信息量較少的控制系統(tǒng)中應(yīng)用具有較高的性價(jià)比〔2〕LED數(shù)碼管類型①七段LED數(shù)碼管〔按顯示段數(shù)〕②八段LED數(shù)碼管③十六段LED數(shù)碼〔3〕LED數(shù)碼管類型①共陰極LED數(shù)碼管〔按共極性〕②共陽(yáng)極LED數(shù)碼管控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示〔1〕LED數(shù)碼管的內(nèi)部構(gòu)造原理：按數(shù)字圖案排列的8個(gè)LED發(fā)光二極管〔2〕LED數(shù)碼管的顯示原理：按所需要的字符圖案點(diǎn)亮相應(yīng)的LED，完成相應(yīng)字符和圖案的顯示效果LED數(shù)碼管的引腳示意圖控制系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示編碼——共陰極LED數(shù)碼管LED數(shù)碼管顯示靜態(tài)顯示接口電1.靜態(tài)顯示電路特點(diǎn)亮度高，無閃爍，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路硬件本錢高，位數(shù)少適用2.電路組成使用多功能并行接口8255直接驅(qū)動(dòng)3位LED數(shù)碼管3.軟件設(shè)計(jì)內(nèi)存開設(shè)顯示緩沖區(qū)，存放待顯示字符的二進(jìn)制碼，由顯示輸出子程序調(diào)用刷新4.動(dòng)態(tài)顯示電路的特點(diǎn)：亮度較低，存在掃描閃爍，軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，CPU利用率下降，電路硬件本錢低，位數(shù)較多的顯示電路適用根本原理：按位依次從顯示緩沖區(qū)取出顯示碼并送入字形碼鎖存器，再根據(jù)該字符所在位將位編碼送入位鎖存器僅讓該位LED顯示該字形碼字符，經(jīng)適當(dāng)延時(shí)，再改為下一位的點(diǎn)亮顯示，到最后一位點(diǎn)亮延時(shí)后，再?gòu)念^開場(chǎng)，由于人的視覺暫留效應(yīng)，感覺效果依然是連續(xù)顯示作業(yè)：1．簡(jiǎn)述LED顯示器的兩類顯示方式的特點(diǎn)2．簡(jiǎn)述LED顯示器的動(dòng)態(tài)顯示方式的原理和特點(diǎn)章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第5節(jié)控制系統(tǒng)中的信息輸入輸出教學(xué)目標(biāo)1．掌握并行輸入輸出的概念，應(yīng)用特點(diǎn)2．掌握并行輸入輸出接口電路的一般原理和特點(diǎn)，掌握MCS——51并行接口的應(yīng)用和擴(kuò)展技術(shù)3．掌握并行輸出硬件方式的步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)和工作原理4．理解串行輸入輸出的概念，工作特點(diǎn)，傳送速率和狀態(tài)檢測(cè)的概念課程重點(diǎn)難點(diǎn)1.并行輸入輸出接口電路的一般原理和特點(diǎn)，掌握MCS——51并行接口的應(yīng)用和擴(kuò)展技術(shù)2.YB—013步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器的接口電路設(shè)計(jì)和工作原理第四章控制系統(tǒng)4.5控制系統(tǒng)的信息輸入輸出兩種I/O方式①信號(hào)的并行輸入輸出方式②信號(hào)的串行輸入輸出方式并行輸入輸出〔1〕并行I/O方式的特點(diǎn)①傳輸速度快，傳輸信號(hào)線多，使用于近距離傳送②機(jī)電一體化系統(tǒng)中的方式選擇，位置，壓力等開關(guān)量信號(hào)適合并行傳送③控制系統(tǒng)中的非編碼矩陣鍵盤適合并行輸入輸出④一般可同時(shí)完成電平轉(zhuǎn)換，隔離，鎖存，緩沖，功放等技術(shù)處理〔2〕常用的接口芯片①簡(jiǎn)單的輸入接口：可使用TTL8-緩沖器74LS244等芯片②簡(jiǎn)單的輸出接口：可使用TTL鎖存器74LS377，74LS277，74LS373等芯片③使用通用多功能并行接口：例如8255，8155等④直接使用單片微型機(jī)的片內(nèi)并行接口，例80C31，80C51，87C51的P0，P1，P2，P3準(zhǔn)雙向8位并行接口，既可8位并行I/O傳送，又可位控操作并行I/O中的光電隔離電路1.光電隔離的主要意義⑴系統(tǒng)內(nèi)外電路的電器隔離，防止搶點(diǎn)系統(tǒng)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的影響⑵電平轉(zhuǎn)換2.常見的3種光電隔離電路類型同相輸出反相輸出開關(guān)量輸入并行輸入輸出應(yīng)用例步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器控制作業(yè)：1．簡(jiǎn)述三種常見的光電耦合器的應(yīng)用形式的工作原理2．簡(jiǎn)述YB013接口電路的工作原理章節(jié)名稱第4章控制系統(tǒng)第6節(jié)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理教學(xué)目標(biāo)1．理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)制轉(zhuǎn)換處理2．理解數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字濾波的概念，特點(diǎn)和應(yīng)用意義3．了解程序判斷濾波的應(yīng)用原理和意義4．了解算術(shù)平均濾波的應(yīng)用原理和意義課程重點(diǎn)難點(diǎn)1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)制轉(zhuǎn)換處理根本內(nèi)容2.程序判斷濾波的原理和適用范圍3.數(shù)字平均濾波的原理和適用范圍數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理1.十進(jìn)制——二進(jìn)制的數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理ASCII碼的概念和根本內(nèi)容BCD碼的概念和根本內(nèi)容2.二進(jìn)制——十進(jìn)制的數(shù)制的轉(zhuǎn)換處理數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波相對(duì)模擬濾波的技術(shù)特點(diǎn)(1)軟件濾波技術(shù)(2)可靠,無阻抗匹配問題(3)可對(duì)極低頻率的信號(hào)進(jìn)展濾波處理(BC濾波器則因R或C的值太大無法實(shí)現(xiàn)1.程序判斷濾波(1)根據(jù)經(jīng)歷或工藝分析確定兩次采樣之間可能出現(xiàn)的最大偏差Δ*(2)采樣后發(fā)現(xiàn)偏差大于Δ*，則是干擾而放棄〔3〕采樣后發(fā)現(xiàn)偏差小于Δ*，則是不是干擾而輸入〔4〕具有限幅濾波和限速濾波兩大類〔5〕適用：變化緩慢的信號(hào)〔溫度、液位等〕2.算術(shù)平均濾波〔1〕方法：取n次采樣