微型计算机控制技术PPT参考课件
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课程《微型计算机控制技术》电子教案课件(全)
精品课程《微型计算机控制技术》电子教案PPT课件（全）第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍了解《微型计算机控制技术》的课程目标和意义。
掌握课程的主要内容和教学方法。
1.2 微型计算机控制技术基本概念解释微型计算机控制技术的定义。
探讨微型计算机控制技术的发展历程和应用领域。
1.3 微型计算机控制系统组成分析微型计算机控制系统的硬件和软件组成。
了解输入/输出设备、控制器、执行器等主要组成部分的功能。
1.4 微型计算机控制技术的关键技术探讨微型计算机控制技术中的关键技术和算法。
了解数字信号处理、模拟/数字转换、PID控制等核心技术。
第二章：微型计算机控制系统的硬件设计2.1 控制器硬件设计基础分析控制器硬件设计的基本要求和原则。
掌握控制器硬件设计的步骤和注意事项。
2.2 控制器硬件选型了解常用控制器硬件的选择标准。
掌握控制器硬件选型的方法和依据。
2.3 控制器硬件电路设计实例分析具体的控制器硬件电路设计实例。
学习如何设计控制器硬件电路，并进行仿真和测试。
2.4 控制器硬件调试与优化探讨控制器硬件调试和优化的方法和技巧。
学习如何解决控制器硬件设计和实施过程中出现的问题。
第三章：微型计算机控制系统的软件设计3.1 控制器软件设计基础分析控制器软件设计的基本要求和原则。
掌握控制器软件设计的步骤和注意事项。
3.2 控制器软件选型了解常用控制器软件的选择标准。
掌握控制器软件选型的方法和依据。
3.3 控制器软件编程语言介绍常用的控制器软件编程语言。
学习如何选择合适的编程语言进行控制器软件开发。
3.4 控制器软件开发实例分析具体的控制器软件开发实例。
学习如何进行控制器软件开发，并进行调试和优化。
第四章：PID控制算法及其实现4.1 PID控制算法概述解释PID控制算法的定义和原理。
探讨PID控制算法的优点和局限性。
4.2 PID控制算法的数学模型分析PID控制算法的数学模型。
学习如何建立和求解PID控制算法的数学模型。
微型计算机控制技术第一章课件
（4）数字键：用以送入数据或修改控制系统参数。
2．实时时钟
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.2 微型机控制系统的软件
1．1．2 软件 完成各种功能的计算机程序的总和。
• 系统软件：由厂家提供 用以管理计算机本身的程序。
• 应用软件：由用户根据控制系统的微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
四．检测元件及执行机构
1．检测元件： 把非电量变成电量（传感器）。 如：热电偶、节流装置、压力变送器
2．变送器： 把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。
3．执行机构： 接收 CPU 输出的控制量并加以动作， 以对生产参数进行控制的机构。 如：阀、开关、电机等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
五、操作台和实时时钟 1．操作台的组成
（1）作用开关：电源开关；数据、地址选择开关； 操作方式选择开关，等。
（2）功能键：向 CPU 申请中断、复位键、启动键、 打印键、显示键、连接、单步工作方式键等。
（3）显示：LED/CRT 显示器件 显示数据，图、表、流程图等。
1.1 微型计算机控制系统的组成
图1.1 典微型型微计算机机控控制制技系术统第一原章理课件图
微机控制技术
1.1 微型计算机控制系统的组成
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构 1.1.2 微型机控制系统的软件
微型计算机控制技术第一章课件
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
1．1．1 微型机控制系统硬件结构
ADC0809 等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
2．实时时钟
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.2 微型机控制系统的软件
1．1．2 软件 完成各种功能的计算机程序的总和。
• 系统软件：由厂家提供 用以管理计算机本身的程序。
• 应用软件：由用户根据控制系统的微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
四．检测元件及执行机构
1．检测元件： 把非电量变成电量（传感器）。 如：热电偶、节流装置、压力变送器
2．变送器： 把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。
3．执行机构： 接收 CPU 输出的控制量并加以动作， 以对生产参数进行控制的机构。 如：阀、开关、电机等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
五、操作台和实时时钟 1．操作台的组成
（1）作用开关：电源开关；数据、地址选择开关； 操作方式选择开关，等。
（2）功能键：向 CPU 申请中断、复位键、启动键、 打印键、显示键、连接、单步工作方式键等。
（3）显示：LED/CRT 显示器件 显示数据，图、表、流程图等。
1.1 微型计算机控制系统的组成
图1.1 典微型型微计算机机控控制制技系术统第一原章理课件图
微机控制技术
1.1 微型计算机控制系统的组成
1.1.1 微型机控制系统的硬件结构 1.1.2 微型机控制系统的软件
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1.1.1 微型机控制系统的硬件结构
1．1．1 微型机控制系统硬件结构
ADC0809 等。
微型计算机控制技术第一章课件
微机控制技术
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
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
微型计算机控制技术
图2-6 独立式键盘接口电路
图2-7 4×8矩阵键盘与单片机接口电路
矩阵键盘控制程序清单如下：
ORG 0200H KEYPR： MOV DPTR, #01H ；8155初始化 MOV A, #0CH MOVX @DPTR, A ；控制字写入 MOV R3, #00H ；列寄存器清零 MOV R4, #00H ；行寄存器清零 ACALL KEXAM ；检查有无键按下 JZ KEND ；无键按下返回 ACALL D10MS ACALL KEXAM ；再次检查有无键按下 JZ KEND MOV R2, #0FEH KEY1： MOV DPTR, #0103H ；送C口地址 MOV A, R2
ORG
0200H
MOV DPTR，#0DFFFH ；DAC0832（1）地址送DPTR DA1：MOV R6，#80H ；初始数据送DAC0832（1） DA2：MOV A，R6 MOVX @DPTR，A INC R6 ；R6中数据加1 CJNE R6，#00H，DA2 ；一个周期末结束，循环 AJMP DA1 ；一个周期结束，继续下 一个周期
图2-10 ADC0809与8031的查询方式接口
下面程序是采用软件查询的方法，分别8路模拟 信号轮流采样一次，并依次把结果存储到数据存储区 的采样转换程序。
ZHCX: MOV R1, #data ；置数据区首地址 MOV DPTR, #7FF8H ; P2.7＝0,且指向通道0 MOV R7, #08H ；置通道数 LOOP: MOVX @DPTR, A ；启动A/D转换 JB P3.0，$ ；查询转换是否结束 MOVX A, @DPTR ；读取转换结果 MOV @R1, A ；转储 INC DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据区指针 DJNZ R7, LOOP ；8位通道全采样完了吗？ RET BACK
微型计算机控制技术PPT课件
优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能 控制多个对象。
主要用于生产初期实验，过程模型获取
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
计算机通过检测单元对过程参数进行巡回检测，并经过输入 通道将检测数据输入计算机，计算机按照一定的控制规律进行 运算，得到相应的控制信息，并通过输出通道去控制执行机构， 从而使系统的被控参数达到期望的要求
地址
译码
C
DB
数据
P
缓冲
U
CB
控制
电路
数据端口
外
状态端口
控制端口
设
(1)从编程角度看,接口内部主要包括一个或多个CPU可 以进行读/写操作的有地址的寄存器,又称为I/O端口. (2)数据端口:双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能. 状态端口:只读端口,包含三态缓冲器. 控制端口:只写端口,包含锁存器.
接口的必要性： 外设是用来实现人机交互的一些机电设备.外设处理信息的类
型、速度、通信方式与CPU不匹配,不能直接挂在总线上,必须 通过接口和系统相连.
CPU与外设之间交换信息的种类
通常有三类信息：
数据信息
状态信息 控制信息
数字量 模拟量 开关量
数据
CPU
状态
外部 设备
控制
接口的构成
AB
第2章 输入输出接口与过程通道
2.1 IO端口及地址译码技术 2.2 数字量输入输出接口与过程通道 2.3 模拟量输入接口与过程通道 2.4 模拟量输出接口与过程通道 2.5 硬件抗干扰技术
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信 息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 接口的含义： 狭义上：连接计算机和I/O设备的部件； 广义上：还包括接口电路的管理驱动程序； 接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换 信息的技术。
微型计算机控制技术方案课件
微型计算机控制技术方案课 件
contents
目录
• 微型计算机控制技术概述 • 微型计算机控制系统设计 • 微型计算机控制系统的硬件设计 • 微型计算机控制系统的软件设计 • 微型计算机控制系统的调试与测试 • 微型计算机控制系统应用案例分析
01
微型计算机控制技术概述
微型计算机控制技术的定义与特点
控制器
是微型计算机控制系统的核心，负责发出控 制信号，控制被控对象的工作。
输入输出接口
实现控制器与被控对象之间的信号传输和控 制。
传感器
用于检测被控对象的参数，如温度、压力、 流量等。
执行器
根据控制信号，驱动被控对象进行工作。
微型计算机控制系统的设计流程
系统需求分析
明确控制系统的要求 和目标，了解被控对 象的工作原理和工艺 流程。
实现算法
将算法用编程语言实现，如C语言、汇编语言等。
人机交互界面的软件实现
选择界面设计工具
根据系统需求，选择合适 的人机交互界面设计工具 ，如Visual Studio、Qt等 。
设计用户界面
根据需求设计用户界面， 包括菜单、按钮、文本框 等元素。
实现用户界面
将用户界面用编程语言实 现，如C#、Python等。
人机交互界面设计：菜单、按 钮、文本显示等。
Qt/Embedded与微型控制器的 通信：串口、SPI、I2C等总线 接口，实现数据传输与控制指 令下达。
界面测试与调试：在目标板上 进行实际运行测试，验证界面 功能与控制效果。
04
微型计算机控制系统的软件设计
控制算法的设计与实现
确定控制算法
根据系统需求，选择合适的控制算法，如PID控 制、模糊控制等。
contents
目录
• 微型计算机控制技术概述 • 微型计算机控制系统设计 • 微型计算机控制系统的硬件设计 • 微型计算机控制系统的软件设计 • 微型计算机控制系统的调试与测试 • 微型计算机控制系统应用案例分析
01
微型计算机控制技术概述
微型计算机控制技术的定义与特点
控制器
是微型计算机控制系统的核心，负责发出控 制信号，控制被控对象的工作。
输入输出接口
实现控制器与被控对象之间的信号传输和控 制。
传感器
用于检测被控对象的参数，如温度、压力、 流量等。
执行器
根据控制信号，驱动被控对象进行工作。
微型计算机控制系统的设计流程
系统需求分析
明确控制系统的要求 和目标，了解被控对 象的工作原理和工艺 流程。
实现算法
将算法用编程语言实现，如C语言、汇编语言等。
人机交互界面的软件实现
选择界面设计工具
根据系统需求，选择合适 的人机交互界面设计工具 ，如Visual Studio、Qt等 。
设计用户界面
根据需求设计用户界面， 包括菜单、按钮、文本框 等元素。
实现用户界面
将用户界面用编程语言实 现，如C#、Python等。
人机交互界面设计：菜单、按 钮、文本显示等。
Qt/Embedded与微型控制器的 通信：串口、SPI、I2C等总线 接口，实现数据传输与控制指 令下达。
界面测试与调试：在目标板上 进行实际运行测试，验证界面 功能与控制效果。
04
微型计算机控制系统的软件设计
控制算法的设计与实现
确定控制算法
根据系统需求，选择合适的控制算法，如PID控 制、模糊控制等。
微型计算机控制技术6ppt课件
在z平面单位圆外和圆上的极点，即
包含有
的因子，其中，ai为 非重极点个数。
在z平面单位圆外或圆上的非重极点；V为
而
，所以，上一式中q+v个待定系数
可由下列q+v个方程所确定，
6.2 最少拍无差系统的设计
显然，准确性条件决定了前q个方程，另外由于
是
的极点，由稳定性条件得到了后v个方程。
应当指出，当 中有z=1的极点时，稳定性条件与准确性条件取得一致，
。
2）根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环传递函数
。
3）依据上式确定数字控制器的传递函数
。
4）由确定控制算法并编制程序。
6.2 最少拍无差系统的设计
最少拍无差系统，是指在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样 周期内达到稳态无静差的系统。其闭环z传递函数具有如下形式：
对最少拍控制系统设计的具体要求如下： 1．准确性要求 对典型的参考输入信号，在到达稳态后，系统在采样点的输出值能准确 跟踪输入信号，不存在静差。 2．快速性要求 在各种使系统在有限拍内到达稳态的设计中，系统准确跟踪输入信 号所需的采样周期数应为最少。
的零极点抵消，则
6.2 最少拍无差系统的设计
1)当
有单位圆上或圆外的零点时，在
表达式中应把这些零点。
作为其零点而保留。
2)当G（z）有单位圆上的极点时，在Φe（z）表达式中应把这些极点作为 零点而保留。
6.2.3 最少拍快速有波纹系统设计的一般方法 设广义对象的脉冲传递函数为
式中， 为对象的S传递函数，当 中有延滞环节时，一般m>l。
（3）控制作用易超出限定范围 因为当采样周期很小时，往往对系统的控制作用的要求超出限定范围，而控
微机计算机控制技术PPT课件
•
.
11
PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
• ISA (AT) 总线：对XT总线的扩充，98线， 16位， 寻址空间16MB，数据传输率16Mbps
• EISA 总线：对ISA总线的扩充， 32位，98+98线， 数据传输率32Mbps
• VESA总线：局部总线标准，是ISA总线的扩展， 适应多媒体技术，数据交换由CPU总线直接进行， 运行速度为66MHz或更高，最大数据传输率为 132Mbps。
•
.
12
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
.
13
三 计算机控制系统的发展概述
1 推广应用成熟的先进技术
（1）普及应用可编程序控制器(PLC)
（2）广泛使用调节器
（3）采用新型的DCS和FCS
2 大力研究和发展智能控制系统
（1）分级递阶智能控制系统
（2）模糊控制系统
（3）专家系统
（4）学习控制系统
（5）神经网络控制系统
.
14
第2章 输入输出接口与过程通道
.
6
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国家精品课程《计算机控制技术》
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求
1.啤酒发酵工艺简介 啤酒发酵是一个复杂的生物化 学过程，通常在锥型发酵罐中进行。 在二十多天的发酵期间，根据酵母的 活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵 给定温度曲线，如右图所示。要使酵 母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗 和双乙酰等杂质含量达到最佳状态， 必须严格控制发酵各阶段的温度，使 其在给定温度的±0.5℃范围内。
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9.4.1 PUMA560机器人的结构原理
国家精品课程《计算机控制技术》
9.4.2 机器人运动学方程
1.机器人正运动学 2.机器人逆运动学
国家精品课程《计算机控制技术》
9.4.3 机器人动力学方程
机器人动力学可通过Euler-Lagrange方程
d dt
பைடு நூலகம்
L(q, q) q
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2.PUMA560机器人的关节位置伺服控制
PUMA560机器人关节位置伺服控制系统结构如下图 所示。
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2.系统的控制要求 (1)系统共有10个发酵罐，每个罐测量5个参数，即发酵罐的上中
下三段温度、罐内上部气体的压力和罐内发酵液(麦汁)的高度，共有三 十个温度测量点、10个压力测量点、10个液位测量点。因此共需检测 50
(2)自动控制各个发酵罐中的上中下三段温度使其按图9-7所示的 工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。共有30
该系统操作简单，使用维护方便，性能可靠；采用微 机控制，提高了啤酒质量；改善了劳动条件，不用人工 手动操作，消除了人为因素；易于现代化管理和产品质 量分析；采用表格、图形、曲线显示直观，并有打印输 出功能。
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9.4 设计举例 — 机器人计算机控制系统
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理 9.4.2 机器人运动学方程 9.4.3 机器人动力学方程 9.5.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
①温度的标度变换 ②压力的标度变换 ③液位的标度变换 (4)给定工艺曲线的实时插补计算 (5)控制算法 ①PID算式加特殊处理 ②施密斯（Smith)预估控制算式 (6)其它应用程序
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9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
现场进行安装时，首先在现场安装温度、压力变送器、 液位变送器、调节阀等，然后从现场敷设屏蔽信号电缆 到控制室，最后将这些线缆接到工业控制计算机外面的 接线端子板上。调试工作主要是对变送器进行满度和零 点校准，A/D板和D/A板满度和零点校准；另外就是利 用试凑法确定PID控制器的控制参数。系统经过安装调 试后，投入运行，并满足系统的控制要求。
本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统 的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。
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9.1
9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤
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9.1.1 系统设计的原则
1.安全可靠 2.操作维护方便 3.实时性强 4.通用性好 5.经济效益高
(3)系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控三种工作方式。 (4)系统具有掉电保护、报警、参数设置和工艺曲线修改设置功能。 (5)系统具有表格、图型、曲线等显示和打印功能。
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9.3.2 系统总体方案的设计
1.发酵罐测控点的分 布及管线结构（如 右图所示）
2.检测装置和执行机 构
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9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制任务的确定阶段 2.工程项目的设计阶段 3.离线仿真和调试阶段 4.在线调试和运行阶段
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9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 硬件的工程设计与实现 9.2.3 软件的工程设计与实现 9.2.4 系统的调试与运行
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9.2.1 系统总体方案设计
1.硬件总体方案设计 2.软件总体方案设计 3.系统总体方案
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9.2.2 硬件的工程设计与实现
1．选择系统的总线和主机机型 2．选择输入输出通道模板 3．选择变送器和执行机构
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9.2.3 软件的工程设计与实现
1 2．资源分配 3．实时控制软件设计
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9.2.4 系统的调试与运行
1.离线仿真和调试 (1)硬件调试 (2)软件调试 (3)系统仿真
2.在线调试和运行
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9.3 设计举例 ——啤酒发酵过程计算机控制系统
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 9.3.2 系统总体方案的设计 9.3.3 系统硬件和软件的设计 9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
第9章 计算机控制系统设计与实现
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是 一个工程问题。
计算机控制系统的理论设计包括： 建立被控对象的数学模型； 确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求 满足该目标函数的控制规律； 选择适宜的计算方法和程序设计语言； 进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出 具体要求。
L(q, q
q)
来向描量述，。为和作q 用分于别q6为个系关统节的的6外个力关矩节向的量角。位移和角速度
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9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
1.位置控制的基本结构 机器人的位置控制是机器人最基本的控制任务。机器人的位
置控制结构主要有两种形式，即关节空间控制结构和直角坐标 空间控制结构，分别如图a)和图b)所示。
3.控制规律
4.控制系统主机及过 程通道模板
5.控制系统的软件
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9.3.3 系统硬件和软件的设计
1.系统硬件 的设计
控制系统的 组成框图，
如右图所示。
(1)模拟量输入 通道设计 (2)模拟量输出 通道设计
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2.系统软件的设计
(1)数据采集程序 (2)数字滤波程序 (3)标度变换程序
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求
1.啤酒发酵工艺简介 啤酒发酵是一个复杂的生物化 学过程，通常在锥型发酵罐中进行。 在二十多天的发酵期间，根据酵母的 活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵 给定温度曲线，如右图所示。要使酵 母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗 和双乙酰等杂质含量达到最佳状态， 必须严格控制发酵各阶段的温度，使 其在给定温度的±0.5℃范围内。
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9.4.1 PUMA560机器人的结构原理
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9.4.2 机器人运动学方程
1.机器人正运动学 2.机器人逆运动学
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9.4.3 机器人动力学方程
机器人动力学可通过Euler-Lagrange方程
d dt
பைடு நூலகம்
L(q, q) q
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2.PUMA560机器人的关节位置伺服控制
PUMA560机器人关节位置伺服控制系统结构如下图 所示。
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2.系统的控制要求 (1)系统共有10个发酵罐，每个罐测量5个参数，即发酵罐的上中
下三段温度、罐内上部气体的压力和罐内发酵液(麦汁)的高度，共有三 十个温度测量点、10个压力测量点、10个液位测量点。因此共需检测 50
(2)自动控制各个发酵罐中的上中下三段温度使其按图9-7所示的 工艺曲线运行，温度控制误差不大于±0.5℃。共有30
该系统操作简单，使用维护方便，性能可靠；采用微 机控制，提高了啤酒质量；改善了劳动条件，不用人工 手动操作，消除了人为因素；易于现代化管理和产品质 量分析；采用表格、图形、曲线显示直观，并有打印输 出功能。
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9.4 设计举例 — 机器人计算机控制系统
9.4.1 PUMA560机器人的结构原理 9.4.2 机器人运动学方程 9.4.3 机器人动力学方程 9.5.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
①温度的标度变换 ②压力的标度变换 ③液位的标度变换 (4)给定工艺曲线的实时插补计算 (5)控制算法 ①PID算式加特殊处理 ②施密斯（Smith)预估控制算式 (6)其它应用程序
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9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
现场进行安装时，首先在现场安装温度、压力变送器、 液位变送器、调节阀等，然后从现场敷设屏蔽信号电缆 到控制室，最后将这些线缆接到工业控制计算机外面的 接线端子板上。调试工作主要是对变送器进行满度和零 点校准，A/D板和D/A板满度和零点校准；另外就是利 用试凑法确定PID控制器的控制参数。系统经过安装调 试后，投入运行，并满足系统的控制要求。
本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统 的工程设计与实现、计算机控制系统的设计举例。
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9.1
9.1.1 系统设计的原则 9.1.2 系统设计的步骤
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9.1.1 系统设计的原则
1.安全可靠 2.操作维护方便 3.实时性强 4.通用性好 5.经济效益高
(3)系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控三种工作方式。 (4)系统具有掉电保护、报警、参数设置和工艺曲线修改设置功能。 (5)系统具有表格、图型、曲线等显示和打印功能。
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9.3.2 系统总体方案的设计
1.发酵罐测控点的分 布及管线结构（如 右图所示）
2.检测装置和执行机 构
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9.1.2 系统设计的步骤
1.工程顶目与控制任务的确定阶段 2.工程项目的设计阶段 3.离线仿真和调试阶段 4.在线调试和运行阶段
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9.2 系统的工程设计与实现
9.2.1 系统总体方案设计 9.2.2 硬件的工程设计与实现 9.2.3 软件的工程设计与实现 9.2.4 系统的调试与运行
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9.2.1 系统总体方案设计
1.硬件总体方案设计 2.软件总体方案设计 3.系统总体方案
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9.2.2 硬件的工程设计与实现
1．选择系统的总线和主机机型 2．选择输入输出通道模板 3．选择变送器和执行机构
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9.2.3 软件的工程设计与实现
1 2．资源分配 3．实时控制软件设计
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9.2.4 系统的调试与运行
1.离线仿真和调试 (1)硬件调试 (2)软件调试 (3)系统仿真
2.在线调试和运行
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9.3 设计举例 ——啤酒发酵过程计算机控制系统
9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求 9.3.2 系统总体方案的设计 9.3.3 系统硬件和软件的设计 9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果
第9章 计算机控制系统设计与实现
计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是 一个工程问题。
计算机控制系统的理论设计包括： 建立被控对象的数学模型； 确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求 满足该目标函数的控制规律； 选择适宜的计算方法和程序设计语言； 进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出 具体要求。
L(q, q
q)
来向描量述，。为和作q 用分于别q6为个系关统节的的6外个力关矩节向的量角。位移和角速度
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9.4.4 机器人手臂的独立关节位置伺服控制
1.位置控制的基本结构 机器人的位置控制是机器人最基本的控制任务。机器人的位
置控制结构主要有两种形式，即关节空间控制结构和直角坐标 空间控制结构，分别如图a)和图b)所示。
3.控制规律
4.控制系统主机及过 程通道模板
5.控制系统的软件
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9.3.3 系统硬件和软件的设计
1.系统硬件 的设计
控制系统的 组成框图，
如右图所示。
(1)模拟量输入 通道设计 (2)模拟量输出 通道设计
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2.系统软件的设计
(1)数据采集程序 (2)数字滤波程序 (3)标度变换程序