機(jī)電一體化技術(shù)及應(yīng)用 課件 5 計算機(jī)控制技術(shù)

第四節(jié)控制方式與控制策略第三節(jié)常用控制計算機(jī)第二節(jié)控制計算機(jī)的作用及基本要求第一節(jié)計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及類型第五章計算機(jī)控制技術(shù)5.1計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及類型計算機(jī)控制系統(tǒng)：利用計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)自動控制，通過對工業(yè)生產(chǎn)過程被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集、實(shí)時控制決策和實(shí)時控制輸出來完成對生產(chǎn)過程的控制。在控制系統(tǒng)中引入計算機(jī)，可以充分發(fā)揮其運(yùn)算、邏輯判斷和記憶等方面的優(yōu)勢，從而更好地完成各種控制任務(wù)。由硬件和軟件兩大部分組成。

5.1.1計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.硬件組成包括計算機(jī)主機(jī)及其外圍設(shè)備、以A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換為核心的模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道、人機(jī)聯(lián)系設(shè)備等。（1）主機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件組成：CPU、時鐘電路和內(nèi)存儲器功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、控制量計算、超限報警等，向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮整個系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。（2）I/O通道計算機(jī)主機(jī)與被控對象信息交換的橋梁模擬量I/O通道：進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換。數(shù)字量I/O通道：將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)經(jīng)由數(shù)字量輸入接口傳送給計算機(jī)，或?qū)⒂嬎銠C(jī)發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號通過數(shù)字量輸出接口傳送給生產(chǎn)機(jī)械中的電氣開關(guān)。（3）外圍設(shè)備配置目的：擴(kuò)大計算機(jī)主機(jī)的功能包括打印機(jī)、記錄儀、顯示器（CRT）、軟盤、硬盤及外存儲器等，用來打印、記錄、顯示和存儲各種數(shù)據(jù)。（4）操作臺人—機(jī)對話的聯(lián)系紐帶包括各種控制開關(guān)、指示燈、數(shù)字鍵、功能鍵、聲訊器以及顯示器等。通過操作臺，操作人員可向計算機(jī)輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出各種操作指令；計算機(jī)可向操作人員顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)異常時發(fā)出報警信號。2.軟件組成用于完成操作、監(jiān)控、管理、控制、計算和自我診斷等功能的各種程序的統(tǒng)稱。優(yōu)劣與否關(guān)系到硬件功能的發(fā)揮以及計算機(jī)控制系統(tǒng)的品質(zhì)。按功能可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。（1）系統(tǒng)軟件用來管理計算機(jī)本身的資源和便于用戶使用計算機(jī)的軟件。包括操作系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)（如匯編語言、高級語言、數(shù)據(jù)庫、通信網(wǎng)絡(luò)軟件）等。一般由計算機(jī)制造廠商提供，用戶只需了解并掌握其使用方法，或根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩伍_發(fā)。（2）應(yīng)用軟件用戶根據(jù)要解決的具體控制問題而編制的控制和管理程序包括數(shù)據(jù)采集和濾波程序、控制程序（應(yīng)用軟件的核心）、人—機(jī)接口程序、打印顯示程序等。5.1.2計算機(jī)控制系統(tǒng)的類型1.按控制裝置分類

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC系統(tǒng)組成自行開發(fā)（非標(biāo)準(zhǔn)化）按要求配置各種功能接口板卡整機(jī)已系統(tǒng)化，外部需另行配置按使用要求選擇主機(jī)和擴(kuò)展單元系統(tǒng)功能簡單的處理功能和控制功能數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)，可組成從簡單到復(fù)雜的各類控制系統(tǒng)本身已具備完整的控制功能，軟件豐富，執(zhí)行速度快以邏輯控制為主，也可組成模擬量控制系統(tǒng)可組成大型、復(fù)雜的的多點(diǎn)控制系統(tǒng)

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC通信功能根據(jù)需要通過外圍芯片自行擴(kuò)展多種通信接口，如串行口、并行口、USB口等產(chǎn)品提供串行口一般具備串行口，可選用通信模塊來擴(kuò)展硬件開發(fā)工作量多稍少少很少很少

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC程序語言匯編語言為主，也可使用高級語言匯編語言和高級語言均可高級語言為主梯形圖為主支持多種高級語言軟件開發(fā)工作量很多多較多很少較多

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC程序語言匯編語言為主，也可使用高級語言匯編語言和高級語言均可高級語言為主梯形圖為主支持多種高級語言軟件開發(fā)工作量很多多較多很少較多

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC人機(jī)界面較差好很好一般（可選配觸摸屏）好（利用組態(tài)軟件）執(zhí)行速度快很快很快一般很快輸出帶負(fù)載能力差較差較強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC抗干擾能力及可靠性較差一般好很好很好環(huán)境適應(yīng)性較差差一般很好很好

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

基于單片機(jī)控制系統(tǒng)

基于PC機(jī)控制系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)普通PC系統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)中小型PLC大型PLC應(yīng)用場合智能儀表，簡單控制實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的信號采集及控制較大規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場控制一般規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場控制大規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場控制，可組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)開發(fā)周期較長一般一般短短成本低較高高中很高

比較項(xiàng)目

系統(tǒng)類型

2.按計算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式分類（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

又稱數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（DataProcessingSystem，DPS）。計算機(jī)只起數(shù)據(jù)采集和處理的作用，不直接參與生產(chǎn)過程的控制。計算機(jī)對檢測傳感裝置測得的生產(chǎn)對象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集，并根據(jù)一定的控制算法計算出最優(yōu)操作方案和最佳設(shè)定值，供操作人員參考和選擇。操作人員根據(jù)計算機(jī)的輸出信息（如CRT顯示圖形或數(shù)據(jù)、打印機(jī)輸出、報警等），去改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值或者直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

特點(diǎn)：組成簡單、控制靈活安全，尤為適合控制規(guī)律尚不明晰的系統(tǒng)。常用于計算機(jī)控制系統(tǒng)的初期研發(fā)階段，或者是新的控制算法或控制程序的試驗(yàn)和調(diào)試階段。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl，DDC）

計算機(jī)的運(yùn)算和處理結(jié)果直接輸出并作用于生產(chǎn)過程。計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中最普遍的一種應(yīng)用形式，目前在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。

（3）監(jiān)督計算機(jī)控制（SupervisoryComputerControl，SCC）計算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，按照預(yù)定的控制算法計算出最優(yōu)設(shè)定值，直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或DDC系統(tǒng)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機(jī)控制生產(chǎn)過程。計算機(jī)的輸出值不用于直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是作為下一級的設(shè)定值，它并不參與到頻繁的輸出控制，而是著重于控制規(guī)律的修正與實(shí)現(xiàn)。

特點(diǎn)：可進(jìn)行復(fù)雜的控制（如最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制等），并能完成某些管理工作。采用兩級控制形式，當(dāng)上一級出現(xiàn)故障時，下一級仍可獨(dú)立執(zhí)行控制任務(wù)，故工作可靠性高。

（4）分布式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem，DCS）

采取分散控制、集中操作、分級管理和分而自治原則。綜合了計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)，采用多層分級的結(jié)構(gòu)形式：每級使用一臺或數(shù)臺計算機(jī)，各級之間通過通信總線進(jìn)行連接。系統(tǒng)中的多臺計算機(jī)用于實(shí)現(xiàn)不同的控制和管理功能。特點(diǎn)：安全可靠，通用靈活，并具有最優(yōu)控制性能和綜合管理能力。

四級分布式控制系統(tǒng)

過程控制級：位于DCS的最底層，對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行直接數(shù)字控制；控制管理級（車間管理級）：負(fù)責(zé)全車間各個設(shè)備之間的協(xié)調(diào)管理生產(chǎn)管理級即（工廠管理級）：負(fù)責(zé)全廠各車間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，包括生產(chǎn)計劃安排、備品備件管理等經(jīng)營管理級（企業(yè)管理級）：負(fù)責(zé)整個企業(yè)的總體協(xié)調(diào)，安排總的生產(chǎn)計劃，進(jìn)行企業(yè)的經(jīng)營決策等。5.2

控制計算機(jī)的作用及基本要求5.2.1控制計算機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用

對工業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行直接控制，包括順序控制、數(shù)字程序控制和直接數(shù)字控制。對工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)督和控制。自動檢測、顯示和分析處理工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)。對車間級或廠級自動生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程進(jìn)行協(xié)調(diào)、調(diào)度和管理，如生產(chǎn)計劃制定和管理、人機(jī)交互管理、故障診斷和系統(tǒng)重構(gòu)等。直接滲透到產(chǎn)品中形成具有一定智能的機(jī)電一體化新產(chǎn)品，如機(jī)器人、智能儀表等。具有完善的I/O通道—必須具有豐富的模擬量I/O通道和數(shù)字量或開關(guān)量I/O通道具有實(shí)時控制功能—應(yīng)配有完善的中斷系統(tǒng)、實(shí)時時鐘及高速數(shù)據(jù)通道具有高可靠性—應(yīng)故障率低、平均故障修復(fù)時間（MTTR）短、運(yùn)行效率高具有很強(qiáng)的抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)性—具有極高的電磁兼容性，耐高溫、高濕、振動沖擊、灰塵等惡劣工作環(huán)境具有豐富的軟件5.2.2

機(jī)電一體化系統(tǒng)對控制計算機(jī)的基本要求5.3常用控制計算機(jī)5.3.1單片機(jī)

1.單片機(jī)及其特點(diǎn)將CPU、ROM、RAM以及I/O接口等計算機(jī)的主要部件集成在一塊集成電路芯片(LSI)上，就構(gòu)成了芯片級的微型計算機(jī)。具有一般微型計算機(jī)的基本功能。絕大多數(shù)集成有定時器/計數(shù)器，部分還集成有A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和PWM等功能部件。特點(diǎn)集成度高、控制功能強(qiáng)、通用性好、運(yùn)行速度高、體積小、重量輕、能耗低、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用靈活，可以在不顯著增加機(jī)電一體化產(chǎn)品的體積、能耗及成本的情況下，大大提高其性能，豐富其功能。常用于數(shù)顯儀表、智能化儀表、工業(yè)過程控制、機(jī)器人、簡易數(shù)控機(jī)床、家用電器、辦公自動化、通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。2.典型單片機(jī)產(chǎn)品Intel公司MCS-48（8位）、MCS-51（8位）和MCS-96（16位）系列、PHILIPS公司80C51系列、ATMEL公司AT89系列等。系列片內(nèi)存儲器片外存儲器尋址范圍ROMRAMEPROMRAM掩膜ROMEPROM51子系列8031//128B64kB64kB80514kB/128B8751/4kB128B52子系列8032//256B80528kB/256B8752/8kB256BMCS-51系列單片機(jī)若按存儲器配置形式可分為:（1）無ROM型（8031，8032）：片內(nèi)無程序存儲器，需外接EPROM來存放程序。使用靈活，早期應(yīng)用廣泛。（2）ROM型（8051，8052）：片內(nèi)程序存儲器為ROM，生產(chǎn)時由廠家將程序?qū)懭隦OM，用戶無法對程序進(jìn)行修改，可在產(chǎn)品定型后大量生產(chǎn)時選用。（3）EPROM型（8751，8752）：片內(nèi)程序存儲器為EPROM。利用高壓脈沖寫入程序，也可通過紫外線照射擦除程序，用戶可自行多次改寫，常在實(shí)驗(yàn)和科研中選用。MCS-51單片機(jī)引腳圖

5.3.2可編程控制器（PLC）早期的PLC是為了替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯順序控制而設(shè)計，英文名ProgrammableLogicController，譯為“可編程邏輯控制器”。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC的控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇，改其名為ProgrammableController(PC)。為避免與個人計算機(jī)（PersonalComputer）混淆，仍沿用PLC簡稱，中文名為“可編程序控制器”。

國際電工委員會（IEC）給出的定義可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。

PLC的主要特點(diǎn)高柔性—只需相應(yīng)改變輸入/輸出接口與被控對象之間的連線，主要通過程序修改便可形成一個新的控制系統(tǒng)高度可靠性—抗干擾能力強(qiáng)，MTBF一般為5~10年功能完善—數(shù)字輸入/輸出、模擬輸入/輸出、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時控制、計數(shù)控制、順序（步進(jìn)）控制、PID調(diào)節(jié)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、通信、人-機(jī)對話、自診斷等易于編程—編程語言有梯形圖（LAD）、語句表（STL）和順序功能圖（SFC）等采用模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便—各種模板（AI、AO、DI、DO、電源、CPU、通信）可任意組合，以滿足各種工業(yè)控制需要。當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)展（如增加新設(shè)備或新控制點(diǎn)）時，只需接入空閑通道或在預(yù)留槽位上插入模板，進(jìn)行簡單的連接和組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。維護(hù)方便—各模板均有狀態(tài)指示，在線監(jiān)控軟件

PLC的工作方式及基本工作過程輸入采樣階段—PLC對各個輸入端進(jìn)行掃描，并順序讀入所有輸入端的狀態(tài)（ON/OFF）程序執(zhí)行階段—PLC從第一條指令開始，按先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，直到最后一條指令結(jié)束。PLC根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算。輸出刷新階段—在所有指令執(zhí)行完畢后，根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果向各輸出端發(fā)出相應(yīng)的控制信號，以驅(qū)動被控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能。

PLC的工作過程流程圖

PLC的性能指標(biāo)I/O點(diǎn)數(shù)—PLC外部I/O端子數(shù)的總和，即PLC可以接受的輸入信號和輸出的控制信號的總和存儲容量—用戶程序存儲器的容量，決定了PLC所能存放的用戶程序的大小掃描速度—PLC執(zhí)行用戶程序的速度編程指令的功能和數(shù)量內(nèi)部元件的種類和數(shù)量特殊功能模塊的種類和數(shù)量可擴(kuò)展能力

5.3.3工控機(jī)工業(yè)控制計算機(jī)（IndustrialPersonalComputer，IPC）的簡稱，是在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用、專為適應(yīng)工業(yè)要求而設(shè)計的計算機(jī)，它處理來自傳感裝置的輸入，并把處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程，同時對生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)督和管理。適用于需進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理、可靠性要求高的大型工業(yè)測控系統(tǒng)。

1.工控機(jī)的特點(diǎn)（1）可靠性高能在粉塵、煙霧、高溫、潮濕、振動、腐蝕的環(huán)境下可靠工作，MTTF（平均失效前時間）可達(dá)10萬h以上，而普通PC機(jī)僅為10000~15000h。（2）實(shí)時性好可對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時在線檢測與控制，對工況變化能夠做出快速響應(yīng)，并及時進(jìn)行信息采集和輸出調(diào)節(jié)。（3）具有自復(fù)位功能具有“看門狗”功能，能在系統(tǒng)因故障死機(jī)時，無需人工干預(yù)而自動復(fù)位，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。普通PC機(jī)不具備。

（4）擴(kuò)充性好用多插槽無源底板結(jié)構(gòu)，可插入CPU板及I/O板等各種功能模板，并且最多可擴(kuò)充幾十塊板卡，因此系統(tǒng)擴(kuò)充性好，具有很強(qiáng)的輸入/輸出功能，能與工業(yè)現(xiàn)場的各種外設(shè)相連，以完成各種任務(wù)。（5）開放性和兼容性好能同時利用ISA和PCI等資源，支持各種操作系統(tǒng)、多種編程語言、多任務(wù)操作系統(tǒng)，能吸收商用PC機(jī)的全部功能，可充分利用PC機(jī)的各種硬軟件資源。（6）缺點(diǎn)：配置硬盤容量?。粩?shù)據(jù)安全性低；存儲選擇性?。粌r格較高等。

（1）全鋼機(jī)箱符合EIA標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了抗電磁干擾能力；機(jī)箱密封并加正壓送風(fēng)散熱，具有較高的防磁、防塵、抗沖擊的能力，能很好地解決工業(yè)現(xiàn)場存在的電磁干擾、灰塵、振動、散熱等問題。19英寸上架標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)箱平面尺寸統(tǒng)一，可集中安裝在立式標(biāo)準(zhǔn)控制柜中，占用空間小，便于安裝和管理。2.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

（2）無源底板無源底板一般以總線結(jié)構(gòu)設(shè)計成多插槽形式，可插接各種板卡（CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等）。所有的電子組件均采用模塊化設(shè)計，因此CPU及各功能模塊均通過總線掛接在底板上，并帶有壓桿軟鎖定，以防止因振動引起的接觸不良，從而提高了抗沖擊和抗振動能力。工控機(jī)采用無源底板結(jié)構(gòu)而非商用PC機(jī)的大板結(jié)構(gòu)，不但可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，方便系統(tǒng)升級，而且當(dāng)故障發(fā)生時，查錯過程簡化，板卡更換方便，快速修復(fù)時間短，使得整個系統(tǒng)更加有效。2.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

（3）工業(yè)電源工控機(jī)配有高度可靠的工業(yè)電源，可抗沖擊和干擾，平均無故障運(yùn)行時間達(dá)到250000h。（4）主板主板由CPU、存儲器及I/O接口等組成，芯片采用工業(yè)級芯片，且采用一體化主板，易于更換和升級。裝有“看門狗”計時器，能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時迅速報警，并在無人干預(yù)的情況下使系統(tǒng)自動恢復(fù)運(yùn)行。2.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

（1）PC/XT總線3.工控機(jī)常用總線

（2）ISA總線3.工控機(jī)常用總線

（3）EISA總線ISA總線的擴(kuò)展，與ISA總線完全兼容全32位總線結(jié)構(gòu)，可以處理比ISA總線更多的引腳。插槽為雙層設(shè)計，上層與ISA卡相連，下層則與EISA卡相連。保持了與ISA總線兼容的8MHz工作頻率，但由于支持突發(fā)式數(shù)據(jù)傳送方法，可以以三倍于ISA總線的速度傳輸數(shù)據(jù)。3.工控機(jī)常用總線

（4）PCI總線3.工控機(jī)常用總線

（5）STD總線3.工控機(jī)常用總線5.4控制方式與控制策略控制系統(tǒng)的基本控制方式：1.開環(huán)控制

單方向控制，不對輸出信號的具體結(jié)果進(jìn)行檢測。即系統(tǒng)輸出并不會被反饋回輸入端（不存在反饋環(huán)節(jié)），對系統(tǒng)的控制不會產(chǎn)生影響。在外界干擾的影響下，被控量可能偏離設(shè)定值，且系統(tǒng)無法補(bǔ)償和修正其偏差。5.4.1開環(huán)控制與閉環(huán)控制

開環(huán)控制的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護(hù)方便，穩(wěn)定性好。在輸入和輸出之間關(guān)系固定，且內(nèi)部參數(shù)或外部負(fù)載擾動影響不大或者擾動因素可以預(yù)先確定并能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下，應(yīng)盡量選用?？垢蓴_能力差，控制精度低。

2.閉環(huán)控制

系統(tǒng)中引入了比較環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，形成閉合回路。不但輸入信號可以對輸出信號進(jìn)行控制，而且輸出信號也會對輸入信號產(chǎn)生影響（系統(tǒng)輸出通過反饋環(huán)節(jié)作用于控制部分）。

閉環(huán)控制的特點(diǎn)：存在反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可以獲知擾動因素產(chǎn)生的偏差大小，并對此進(jìn)行自動補(bǔ)償和修正，閉環(huán)內(nèi)一切通道上的擾動都能得到有效抑制，控制精度高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成系統(tǒng)成本提高。偏差修正過程需要一定時間才能將被控量補(bǔ)償過來，可能引起超調(diào)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至造成不穩(wěn)定。

5.4.2常用控制策略PID（ProportionIntegrationDifferentiation）控制是比例-積分-微分控制的簡稱。技術(shù)成熟、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)整方便，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛地應(yīng)用。PID控制器結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，工作可靠。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)的參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，控制對象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，故通常采用PID控制，依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試對控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行整定，往往能夠獲得滿意的控制效果。1.PID（1）模擬PID控制算法模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制作用有三種基本形式，即比例控制、積分控制和微分控制。每種作用可以單獨(dú)使用，也可結(jié)合使用。

1）比例控制（P）控制器的輸出u(t)與輸入e(t)成比例。式中，u(t)—控制器輸出；

e(t)—偏差信號；

KP—比例增益（比例系數(shù)）

調(diào)節(jié)及時只要偏差一出現(xiàn)，就能及時地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于KP的大小KP越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)動作越靈敏，響應(yīng)速度越快。但KP過大，會使控制器輸出信號u(t)很大，被控量快速上升，可能產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至引起振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。無法消除穩(wěn)態(tài)誤差對于干擾和慣性都較大的系統(tǒng)，不宜采用單純的比例控制比例控制的特點(diǎn)

2）積分控制（I）控制器的輸出u(t)與輸入e(t)的積分成比例。式中，u(t)—控制器輸出；

e(t)—偏差信號；

TI—積分時間常數(shù)

能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差只要有偏差存在，輸出就會隨時間不斷增大，直到偏差消除才會停止作用，u(t)才不再變化。積分作用的強(qiáng)弱取決于TITI越小，積分速度越