第六章计算机控制系统综合设计举例
合集下载
计算机控制系统设计举例PPT课件
硬
I/O接口
件
工
程
选择现场设备
设
计
• 变送器
与
• 执行机构
实 现
• 其它现场设备
程序结构规划
软
资源分配
件
工
实时控制软件设计
程
设
• 数据采集及数据处理、实时时钟与
计
中断处理
与 实
• 控制算法、控制量输出
现
• 生产管理、数据通信等
离线仿真和
控 制
调试
系
统
调 试
在线调试和
与 运
投运
行
第三节 过程计算机控制系统的实例
给水通过省煤器预热后给锅炉上水，空气经空 气预热后由炉排左右两侧6个风道进入，烟气通过 除尘器除尘，由引风机送至烟囱排放，主蒸汽经过 过热器送至汽柜和用汽部门。
工业锅炉的控制要求（1）
• 蒸发量：10t/h
• 主蒸汽压力：13×105Pa
• 主蒸汽温度：350℃
总
• 给水温度：60~105 ℃
体 设
• 炉膛负压调节系统
• 用引风调节挡板作为调节机构，
总
以烟气量作为调节量。
体
• 烟气含氧量调节系统
设 计
• 用送风量与燃料量的比值作为
该系统的粗调，以氧量调节作
为校正调节。
工业锅炉的控制要求（4）
总 体 设 计
工业锅炉的控制要求（5）
总 体 设 计
计算机（包括相应外围设备）
检测仪表与执行机构
硬
、
调
试
系统的运行：先开环观察、然后进行参数调整
与
运
行
最后闭环输出控制
能直观而集中的显示画面和运行 参数；
计算机控制系统 第6章
北京航空航天大学
9
6.2.2 可观性与可重构性
给定离散系统为
x(k 1) Fx(k ) Gu(k ) y(k ) Cx(k ) Du(k )
1)可观性定义：
对所示系统，如果可以利用系统输出，在有限的时间NT 内确定系统的初始状态x(0) ，则称该系统是可观的。 系统的可观性只与系统结构及输出信息的特性有关，与 控制矩阵G无关，为此，以后可只研究系统的自由运动： y(k ) Cx(k ) x(k 1) Fx(k ) 2)可观性条件 y (0) C y(0) Cx(0) y (1) CF y(1) Cx(1) CFx(0) x (0) k y ( k ) CF k y(k ) CF x(0)
x(k 1) Fx(k ) Gu(k ) y(k ) Cx(k ) Du(k )
应当指出，可控性并不等于可达性。由定义知，可控性实质上是 可达性的一个特例，即如果系统是可达的，则其一定是可控的。
北京航空航天大学
5
6.2.1 可控性与可达性
例6-1 研究下述离散系统
0 1 1 x(k 1) x(k ) u (k ) 0 0 0 x1 (0) x(0) 0 x2 (0)
本节主要内容621可控性与可达性622可观性与可重构性623可控性可观性与传递函数的关系624采样系统可控可观性与采样周期的关系对所示系统若可以找到控制序列uk能在有限时间nt内驱动系统从仸意初始状态x0到达仸意期望状态xn0则称该系统是状态完全可控的简称是可对所示系统若可以找到控制序列uk能在有限时间nt内驱动系统从仸意初始状态x0到达仸意期望状态xn则称该系统是状态完全可达的
9
6.2.2 可观性与可重构性
给定离散系统为
x(k 1) Fx(k ) Gu(k ) y(k ) Cx(k ) Du(k )
1)可观性定义：
对所示系统，如果可以利用系统输出，在有限的时间NT 内确定系统的初始状态x(0) ，则称该系统是可观的。 系统的可观性只与系统结构及输出信息的特性有关，与 控制矩阵G无关，为此，以后可只研究系统的自由运动： y(k ) Cx(k ) x(k 1) Fx(k ) 2)可观性条件 y (0) C y(0) Cx(0) y (1) CF y(1) Cx(1) CFx(0) x (0) k y ( k ) CF k y(k ) CF x(0)
x(k 1) Fx(k ) Gu(k ) y(k ) Cx(k ) Du(k )
应当指出，可控性并不等于可达性。由定义知，可控性实质上是 可达性的一个特例，即如果系统是可达的，则其一定是可控的。
北京航空航天大学
5
6.2.1 可控性与可达性
例6-1 研究下述离散系统
0 1 1 x(k 1) x(k ) u (k ) 0 0 0 x1 (0) x(0) 0 x2 (0)
本节主要内容621可控性与可达性622可观性与可重构性623可控性可观性与传递函数的关系624采样系统可控可观性与采样周期的关系对所示系统若可以找到控制序列uk能在有限时间nt内驱动系统从仸意初始状态x0到达仸意期望状态xn0则称该系统是状态完全可控的简称是可对所示系统若可以找到控制序列uk能在有限时间nt内驱动系统从仸意初始状态x0到达仸意期望状态xn则称该系统是状态完全可达的
六章CPU设计
下地址控制编码方式
一般情况下后继微指令旳地址有下列几种给出方式：顺序递增法：将µPC设置成可实现自动加1旳功能，每当完毕目前指令旳执行，就以µPC +1后旳值为地址在控制存储器中取下一条微指令。直接给出法：下一条微指令旳地址直接取自微指令中旳下地址字段。分支转移法：在包括分支转移旳微指令中常设置一种条件选择子区域，用于指出哪些鉴定条件被测试，与此同步转移地址被存储在下地址字段。当转移条件满足时，将下地址字段旳内容读入到µPC中，取下一条微指令，实现微程序转移。若转移条件不满足，微程序则顺序执行。微程序入口地址旳形成：每条机器指令所相应旳微程序旳入口地址（首地址），一般由指令旳操作码所决定。在机器加电后，第一条微指令旳地址一般是由专门旳逻辑电路生成，也能够采用由外部直接输入旳形式取得。
操作控制编码方式
在操作控制字段一般涉及一种或多种操作控制域，每个控制域可控制一种或一组控制信号旳生成，根据控制信号是直接生成于控制域还是译码生成控制信号旳不同可分为下列几种形式。直接控制法：操作控制字段旳每一位都与一种独立控制信号相相应。若目前微指令旳某一位ki=1，则与之相应ci控制信号有效，不然ci控制信号无效。分段编码控制法：在微程序级别，许多微操作是能够并行执行。一般采用将微指令旳操作控制字段提成k个相互独立旳控制域，每一种控制域存储一组微操作，每一种编码相应一种微操作，每一种微操作都能够与其他控制域所存储旳任意一种微操作并行执行，但在组内旳微操作之间是互斥旳，不允许在同一时间段内发生或有效。分段间接编码控制法：在微指令格式里，假如一种字段旳含义不只决定本字段编码，还兼由其他字段决定，则可采用分段间接编码控制法。此时一种字段兼有两层或两层以上旳含义。其他方式：在实际微指令中操作控制编码并不是只单独采用上述三种编码方式中旳一种，而是将上述三种混合使用，以确保能综合考虑指令旳字长、灵活性和执行微程序旳速度等方面旳要求。
计算机控制技术_杨鹏_计算机控制系统设计与综合举例3
系统离线仿真和调试后便可进行在线调试和运行。在线 调试和运行就是将系统和生产过程联接在一起，进行现场调 试和运行。系统运行正常后，可以再试运行一段时间，即可 组织验收。验收是系统项目最终完成的标志，应由甲方主持 乙方参加，双方协同办理。验收完毕应形成验收文件存档。 整个过程可用图6-1(b) 来形象地说明。
河北工业大学 自动化系
河北工业大学
自动化系
6.2.3 定时操作系统的实现
定时操作主要完成的任务是采样及控制任务，控制系统的采
样控制频率必须满足香农采样定理即： TS≤Tm/2 或 ωS≥2ωm ωm为闭环系统截止频率，ωS为采样频率。 控制系统的采样频率确定后，就必须严格遵守该频率进行采
样控制。定时操作一般用中断来实现，即将采样控制程序作为 中断服务程序，每次中断后执行中断服务程序，即采样控制程 序。 我们以IBM386以下档次的微型计算机为例说明其内部中断 的管理方法。
自动化系
6.1.3 工程项目的设计
工程项目设计阶段主要包括组建项目研制小组、系统总体方 案的设计、方案论证与评审、硬件和软件的细化设计、硬件和软
件的调试、系统的组装等。
1. 组建项目研制小组 2. 形成总体方案
3. 4. 5. 6.
方案论证与评审 硬件和软件的分别细化设计 硬件和软件的分别调试 系统的组装
河北工业大学 自动化系
一、中断管理 由于8086CPU芯片上只有一个中断请求线INTR输入
端，计算机有多个中断源，因而设计了一个中断控制 器电路8259A。其主要作用是对中断源进行管理，如中 断优先级、中断号等。8259A上有8根中断请求线，可 以采用级联方式扩充到64个中断源。当发生中断时， 8259A自动将中断号送入CPU，CPU将中断号乘以4得到 中断矢量。计算机用中断矢量作为地址ห้องสมุดไป่ตู้从内存单元 中取出连续的4个单元的数据作为中断服务程序的入口 地址。
综合设计---计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计任务指导书烟台大学计算机学院年月一、设计目的利用工控组态软件，结合实验系统，完成上位机监控系统的设计。
学生通过本设计，学会组态软件的基本使用方法、组态技术，为从事计算机控制方面的工作打下基础。
二、设计题目及其要求题目：液位控制监控系统组态设计基本要求：.先按照后边《组态软件学习指导》书的要求，完成其中的组态内容，初步掌握组态软件的构成、作用及其使用方法。
文件存到盘自己的目录下。
.计算机控制实验系统，液位控制是由仪表控制完成，计算机作为上位机发挥监控作用，计算机与仪表之间进行串行通讯，通过计算机可以读取仪表的各个参数，也可以设置仪表的参数。
本设计要求实现如下界面（参考）：（1）实现水的流动动画，计算机与仪表通讯动画；（2）当前液位显示、控制量输出显示；（3）液位实时显示曲线（4）液位超限报警记录表，报警指示灯显示（5）液位设定值、三个参数的设置（利用按钮事件，写脚本程序）。
（）在主窗口上添加菜单项，点击，可以调用不同窗口界面(自己添加用户窗口)。
() 策略使用：选运行策略，在启动策略中添加策略行，编写脚本程序，初始化某个变量，使其在界面上显示出来。
（）添加用户策略，添加策略行，编写脚本程序，写入控制量值，关闭阀。
在主窗口中设置菜单“停止实验”，点击，调用该策略。
（）最后实现液位简单的仿人智能控制，当液位超过上限时，报警，同时减小阀的开度，减小流量；当液位低于下限时，报警，加大阀的开度，加大流量，使液位在上下限区域波动。
上下限的值可以在界面上设置。
上述组态界面仅是参考，可以根据实际的实验系统，利用软件提供的元件，设计能够与实际系统相符合的更好的界面。
. 工程设计中的设备窗口设计，参考以下步骤：（1）点击，然后双击，出现一个空白的设备窗口界面（2）点击打开设备工具栏，点击设备管理，（以智能仪表为例）（3）双击，然后双击，再双击（4）双击点击找到宇光仪表并点击，双击，再双击，点击确认，（5）在设备工具箱中双击，然后双击，可以看到的组态设置（6）双击，进行通讯组态，一般只需将串口短号改为,其余参数不用更改，设置完毕点击确认（7） 双击，点击 （8） 设置对应数据对象，可根据自己实验需要填写不同的对应数据对象（为方便读懂程序建议采用简单易记的参数名，其他参数可参看帮助中中智能仪表下面的宇光仪表说明），一般用于后面工程中显示通讯状态，值是仪表读过来的实时采集值，是设定值，（或）是仪表的输出百分比。
计算机控制系统设计实例
u
12.5%
t u
25%
t u
50%
t u
100%
t
图6-3 输出功率与通断时间的关系
+5V
. ..
A
LM 311
图6-4 过零触发电路
. .. ... ... . . .. . .. . ... .
1 MC 14528
+5V
+12V
加热器
Q1 Q2
74LS00 TIL117
~ 220V
P1.3
表6-1 温度-数字量对照表
2. 接口电路
8031 的 接 口 电 路 有 ADC0809 、 8155 和 2732等。本系统采用ADC0809型A/D转换器， 该 芯 片 为 8 位 逐 次 逼 近 型 A/D 转 换 器 。 ADC0809 为 温 度 测 量 电 路 的 输 入 接 口 ； 8155用于键盘和显示接口；2732作为8031 外部程序(ROM)存储器。
+5V
6.3.2 数字控制器的数学模型
闭环调节系统可近似看成一阶惯性环节加一 个延迟环节。因此，根据第4章第 节的推导， 章第5节的推导 个延迟环节 。 因此 ， 根据第 章第 节的推导 ， 可以得出： 可以得出：
D(z)= (1− e-T/τ1 z-1)(1− e-T/τ ) KP (1− e
-T/τ1
开
始
保护现场
采样炉温
数字滤波
图
是
U ( n )= Y max否？
否
U ( n )>Y max否？
否 清上次越限标志
是
6 6 中 断 服 务 程 序 流
0
置本次越限标志
T
计算机控制系统第六章1精品PPT课件
JNxT(N)Q0x(N)
（4）
JN1JNxT(N1)Q1x(N1)uT(N1)Q2u(N1)
xT(N)Q0x(N)xT(N1)Q1x(N1)uT(N1)Q2u(N1)
F(xN1)G(uN1)TQ0F(xN1)G(uN1)
xT(N1)Q1x(N1)uT(N1)Q2u(N1)
（5）
根据上式求解 u(N-1)，以使JN-1最小。
Q 1 L T(N 1 )Q 2 L (N 1 )
（11）
仿照以上类似的步骤，求得 u (N 2 )u ( ,N 3 ) ,,u (0 )。
于是，计算最优控制序列 u (k )k ( N 1 ,N 2 , ,0 )的公式如下：
u(k)L(k)x(k)
（12）
L ( k ) Q 2 G T S ( k 1 ) G 1 G T S ( k 1 ) F
设 N=51， 要求：设计最优反馈控制规律 L(k)。
L1
9
Q2=0.01
7
5
3
Q2=0.1
Q2=1.0
1
10
20
30
40
50 k
L2
4
Q2=0.01
3
Q2=0.1
2
Q2=1.0
1
0
10
20
30
40
50 k
图4 实例系统的反馈控制规律
设 L ( k ) L 1 ( k )L 2 ( k )
按照前面的迭代步骤，求得 最优反馈控制规律如图4。
（16）
利用式（13）（14）（15）可以逆向递推计算出S(k)和L(k)
(kN 1 ,N 2 , ,0 )，步骤如下：
（1）给定参数 F，G，Q0，Q1 和 Q2; （2）S(N)= Q0 ，k=N-1； （3）按式（13）计算 L(k)； （4）按式（14）计算 S(k)； （5）若 k=0，转（7）；否则转（6）； （6）k ← k-1； （7）输出 L(k)和 S(k)（k=N-1，N-2，⋯，0）。
第六章典型过程控制系统应用方案案例
按照图 6-5 分析可知，乳液直接进入干燥器，滞后最小，对于 干燥温度的校正作用最灵敏， 而且干扰进入装置最靠近调节阀 1， 似 乎控制方案最佳。但是，乳液流量即为生产负荷，一般要求能保证 产量稳定。若作为控制参数，则在工艺上不合理。所以不宜选乳液 流量为控制参数，该控制方案不能成立。 再对图 6-6 进行分析，可以发现，调节旁路空气流量与热风量 混合后，再经过较长的风管进行干燥器。如图 6-5 所示方案相比， 由于混合空气传输管道长， 存在管道传输滞后,故控制通道时间滞后 教大，对于干燥温度校正作用的灵敏度要差一些。若按照图 6-7 所 示调节换热器的蒸汽流量，以改变空气的温度，则由于换热器通常 为一双容过程，时间常数较大，控制通道的滞后最大，对干燥温度 的校正作用灵敏度最差。显然，选择旁路空气量作为控制参数的方 案最佳。 （1） 过程检测控制仪表的选用 根据生产工艺和用户的要求， 选用电动单元组合仪表（DDZ–Ⅲ型）
6.1 热交换器温度反馈-----静态前馈控制系统
6.2 单回路控制系统的应用
6.3 计算机数字控制的典型实例 6.4 流体输送设备的控制 6.5 反应器的控制 附录:思考题与习题
6.1 热交换器温度反馈——静态前馈控制系统 6.1.1 生产过程对系统设计的要求
在氮肥生产过程中有一个变换工段 ,把煤气发生炉来的一氧化 碳同水蒸汽的混合物转换成生产合成氨的原料七,在转换过程中释放 大量的热,使变换气体温度升高,变换气体在送至洗涤塔之前需要降 温,而进变换炉的混合物需要升温,因此通常利用变换气体来加热一 氧化碳与水蒸气的混合气体,这种冷热介质的热量交换是通过热交换 器来完成的。在许多工业生产过程中都用到热交换器设备，对热交 换器设备的控制就显得非常重要。 热交换器主要的被控制量是冷却介质出热交换器的温度。 图 6-1 表示一个进出热交换器的典型参数。其中加热介质是工厂生产过程 中产生的废热热源(成品、半成品或废气、废液),为了节省能量,这部 分热量要求最大限度的加以利用。所以通常不希望对其流量进行调 节,而被加热介质的温度一般是通过调节加热介质的流量来实现的。
计算机控制系统的应用实例(共61张PPT)
采用一台现成的STD总线IPC较为适宜。选 用某电子工厂的IPC产品，共由10块功能模 板及外设组成，如图9.4所示。
第十八页，共61页。
图9.4 IPC硬件组成框图
第十九页，共61页。
❖
图中（1）CPU板及打印机、（2）CRT板及CRT、（3）
键盘接口及自诊断板及键盘、（4）存储器板、（5）电源，构
时，应启动水泵供水；当水位处于下限B与上限C 当水位降到下限B以下时，电极B与电极C在水面上方悬空，b点、c点呈低电平，这时应启动水泵供水，即是表中第一种组合；
水位计的作用：在任何控制方式下，水位计的上上限或下下限到位时，都将发出声光报警信号；
之间，水泵应维持原有的工作状态。 图为机组实际的二级减温控制系统的结构图（SAMA图），图中给出了控制回路的基本结构及调节器跟踪、手动/自动切换逻辑。
第二十八页，共61页。
9.3 中水回用PLC控制系统
在以数字量为主的中小规模控制环境下，
一般应首选PLC装置，下面介绍一个用西门子 PLC监控中水处理流程的工程实例。
第二十九页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件设计 3．程序设计
第三十页，共61页。
❖ 1．系统概述
❖ 将生活污水进行几级处理，作为除饮用以外的其它 生活用水，将形成一个非常宝贵的回用水资源。其中 用PLC作为主要控制装置已成为一种共识。
STD总线IPC控制循环水动态模拟试验装置的 实例。
第十一页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．软件设计 4．功能画面
第十二页，共61页。
❖1．系统概述
❖ 大型化工企业普遍采用冷却水循环使 用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢 与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验 装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金 属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数， 来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相 应的操作工艺条件。
第十八页，共61页。
图9.4 IPC硬件组成框图
第十九页，共61页。
❖
图中（1）CPU板及打印机、（2）CRT板及CRT、（3）
键盘接口及自诊断板及键盘、（4）存储器板、（5）电源，构
时，应启动水泵供水；当水位处于下限B与上限C 当水位降到下限B以下时，电极B与电极C在水面上方悬空，b点、c点呈低电平，这时应启动水泵供水，即是表中第一种组合；
水位计的作用：在任何控制方式下，水位计的上上限或下下限到位时，都将发出声光报警信号；
之间，水泵应维持原有的工作状态。 图为机组实际的二级减温控制系统的结构图（SAMA图），图中给出了控制回路的基本结构及调节器跟踪、手动/自动切换逻辑。
第二十八页，共61页。
9.3 中水回用PLC控制系统
在以数字量为主的中小规模控制环境下，
一般应首选PLC装置，下面介绍一个用西门子 PLC监控中水处理流程的工程实例。
第二十九页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件设计 3．程序设计
第三十页，共61页。
❖ 1．系统概述
❖ 将生活污水进行几级处理，作为除饮用以外的其它 生活用水，将形成一个非常宝贵的回用水资源。其中 用PLC作为主要控制装置已成为一种共识。
STD总线IPC控制循环水动态模拟试验装置的 实例。
第十一页，共61页。
主要内容
1．系统概述 2．硬件电路 3．软件设计 4．功能画面
第十二页，共61页。
❖1．系统概述
❖ 大型化工企业普遍采用冷却水循环使 用技术，但循环冷却水同时带来设备的结垢 与腐蚀问题，为此利用循环水动态模拟试验 装置，模拟生产现场的流态水质、流速、金 属材质和循环冷却水进出口温度等主要参数， 来评价稳定水质的配方、阻垢效果及寻求相 应的操作工艺条件。
【第二版】计算机控制系统(康波 李云霞)第6章
( z ) G ( z )的分母 ( z )的分子 D( z ) G ( z )(1 ( z )) G ( z )的分子 (1 ( z ))的分子
D(z)有不稳定极点的两种可能：1）G(z)有不稳定零点 1- z 的分子有不稳定的根 2） 消除措施1 消除措施2 多于 少于 D(z)含有不稳定极点 1- z 的不稳定 z 的不稳定零 零点应与G(z)的 点应与G z 的不 少于 不稳定极点一致 稳定零点一致 多于 D(z)含有不稳定零点
R(s)+
E(z) D(z) T -
T
Gh(s)
G0(s)
Y(z) Y(s)
系统的闭环脉冲传递函数为 数字控制器的脉冲传递函数 ( z ) 为： ： D( z )Gh G0 ( z ) D( z ) ( z ) G ( z )(1 ( z )) 1 D( z )G ( z ) 上式表明，一旦对象确定之后，包括零阶保持器在内 的广义对象的脉冲传递函数GhG0 ( z ) 是不可改变的。只 要根据系统的性能要求确定 ( z ) ，便可设计出相应的 数字控制器D ( z ) 。
系统的输出：
Tz 1 (2 z 1 z 2 ) 2 3 Y ( z ) R ( z ) ( z ) 2 Tz 3 Tz ...... 1 2 (1 z ) y ( kT ) kT (t kT )
k 2
系统的误差： E ( z ) R ( z ) e ( z ) Tz 1
第六章 计算机控制系统的 数字化设计
内容提要
6.1 概述
6.2 最少拍数字控制器设计
6.3 扰动系统的最少拍设计
6.4 达林算法
6.5 数字控制器的程序实现
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
12
定时操作系统的实现
定时操作主要完成的任务是采样及控制任务，控制 系统的采样控制频率必须满足香农采样定理即：
TS≤Tm/2 或 ω S≥2ω m ω m 为闭合系统截止频率，ω S 为采样频率
控制系统的采样频率确定后，就必须严格遵守 该频率进行采样控制。定时操作一般用中断来实 现，即将采样控制程序作为中断服务程序，每次中 断后执行中断服务程序，即采样控制程序。
IR0—IR7的中断号对应的是8H-0FH。
中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址） 逻辑地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位） 每个中断向量的低字是偏移地址、高字是段地址，
需占用4个字节
15
8088的中断向量表
向量号255的CS值 3FCH 向量号255的IP值
用户中断 （向量号255）
中断服务程序中用到的寄存器都需要保存，否则中断返回后，
执行主程序将出错。
21
生成固定频率的中断信号
在修改中断矢量后第二步要作的工作是生成固定 频率的中断信号。 实现该功能有两种方法：外部硬件中断和内部硬 件中断。
ห้องสมุดไป่ตู้22
二、外部硬件中断
外部硬件中断的中断源通常用 8253 可编程定时/计数器实现。
8253 有 6 种工作方式，在用作中断源时通常用方式 3（方波发生
正确的选择计算机以及接口电路是设计计算机控制系统的关 键，特别是计算机的选型是关键中的关键。
在选择控制用计算机时，计算机的运行速度、存储能力， 接口电路的易扩充性、抗干扰性，软件的易开发性、用户界面 的友善性，都是非常重要的因素，应给予统筹考虑。
6
6.2.1 控制计算机的选型
表 6-1 各种计算机的性能对比
· · ·
中断服务程序段地址 中断服务程序偏移地址
20
一、IBM微型计算机的中断管理
2． 系统调用： · · ·
MOV AX,OFFSET P_INT0AH MOV DX,AX MOV AX,SEG P_INT0AH MOV DS,AX MOV AX,250AH INT 21H
· · ·
注意中断服务程序对于主程序来说是随机调用的，因此在
……
008H 004H 000H
向量号2的CS值 向量号2的IP值 向量号1的CS值 向量号1的IP值 向量号0的CS值 向量号0的IP值
非屏蔽中断 （向量号2）
单步中断 （向量号1）
除法错中断 （向量号0）
16
修改中断矢量方法
1． 直接填写： MOV AX,0 MOV DS,AX MOV AX,SEG P_INT0AH； MOV DI,22H
13
一、IBM微型计算机的中断管理
8086CPU 芯片上只有一个中断请求线 INTR 输入端，计算 机有多个中断源，因而设计了一个中断控制器电路 8259A。386 以下档次的微型计算机不采用级联方式，因而只有 8 个中断源 IR0~IR7。其中 IR2 空闲其余的系统占用。
8259A 的初始化控制字 ICW1 决定了这 8 个中断源的中断 号。IBM 型计算机中 IR0~IR7 的中断号对应为 8H~0FH。
数字 数字 信号 检测 单元
模拟 模拟 信号 检测 单元
数字 数字 信号 接口
数字 信号 A/D
数字
模拟
信号
信号 模拟
D/A
执行
计
单元
算 机
数字
数字
信号 数字 信号
接口
数字 执行 单元
图 7-1 计算机接口示意图
采样 模拟 信号
信号 调理 板
标准的 A/D 电 平信号
A/D
图 6-2 信号调理电路
8
性能 机型
造价
适用对象
采样周 抗扰 用户 高级语 开发 期 性 界面 言编程 周期
单板机 低 快速系统 <1ms 差 差 不可 长
单片机 低 快速系统 <1ms 差 差 不可 长
工业控制机 中 快速系统 =1ms 高 好 可 短
集散系统 高 非快速系统 >500ms 高 好 可 短
7
6.2.2 接口电路与信号调理
6.2.2 接口电路与信号调理
名称 PCL-812PG PCL-813B PCL-818H
PCL-720 PCL-726
表 6-2 IPC 总线系列产品
性能
名称
16 路 12 位 A/D
PCLD-782B
32 路 12 位 A/D
PCLD-885
8（16）路 12 位 A/D PCLD-785B
32 入 32 出 I/O
图 7-3 中断过程示意图
19
一、IBM微型计算机的中断管理
由上可见，想要实现定时操作首先应将采样控制程序的地址放入规定 的内存单元中，即我们所说的修改中断矢量。修改的方法有两种：直接填 写和系统调用。我们以 INT0AH 为例给出这两种方法的实例。
1． 直接填写： · · ·
MOV AX，0 MOV DS，AX MOV AX，SEG P_INT0AH； MOV DI,2AH MOV [DI],AX MOV AX,OFFSET P_INT0AH； MOV DI,28H MOV [DI],AX
实验室硬件联调 实验室软件联调 实验室系统仿真
7．现场安装调试
确定过程的输入、输出通道及其处理方式 计算机系统选择 过程通道及接口设计 控制台设计 可靠性设计 硬件调试
28
计算机控制系统设计步骤
5．软件的设计
选择编程语言——汇编语言、高级语言、混合语言 软件设计步骤——问题定义、细化设计、编制源程序、形成可执行
代码、调试
6．系统仿真与调试
Y 刷新显示
标志清 0
标志置 1 结束
画点。这些输出语句不建议写 在中断控制程序中，特别是 INT 21H 将引起死机现象。我 们建议将所有显示语句写在主
图 6-6 程序框图
程序中，通过对标志变量的判 25
断来决定是否重新刷新显示。
6. 4 系统的调试与运行
离线仿真和调试
硬件调试 软件调试 系统仿真
在线调试和运行
检测元件，保证精确度要求。 各种接线和导管必须经过检查，保证连接正确。
对在流量中采用隔离液的系统，要在清洗好引压导管 以后，灌入隔离液 。
检查调节阀能否正确工作。 检查系统的干扰情况和接地情况 。 对安全防护措施也要检查。
26
计算机控制系统设计步骤
1．研究被控对象、确定控制任务 2．确定系统整体方案
PCLD-789D
6 路 12 位 D/A
性能 24 通道数字输入板 16 通道继电器输出板 24 通道继电器输出板 16 通道热电偶调理板
9
6.2.2 接口电路与信号调理
选择变送器和执行机构
⑴选择变送器 ⑵选择执行机构
传感器
小信号 V．I
信 号 0～ 放大器 10V
V/F
f
光电 耦合器
CPU
10
矢量来实现定时操作。
24
6.3.3 显示技术及与控制任务的协调
通常在控制程序中，经常需要显示被控物理量具体的数值，有时
还要求显示控制曲线。高级语
主程序
中断服务程序 言有专门的数据显示语句和绘
开始
采样滤波
直线的语句，用汇编语言编程
N 标志=1？
控制量输出
时可用 INT 10H 或 INT 21H 显 示字符，用 INT 10H 在屏幕上
2
4、通用性好——系统设计时应考虑能适应各种不同设备
和各种不同控制对象，使系统不必大改动就能很快适应新 的情况，能灵活地进行扩充。
5、经济效益高——在满足精度、速度和其它性能要求
的前提下，应缩短设计周期和尽可能采用价格低的元器 件，以降低整个控制系统的费用。
3
6.1.2 确定工程项目与控制任务
1、甲方提出任务委托书 2、乙方研究任务委托书 3、双方对委托书进行确认性修改 4、乙方初步进行系统总体方案设计 5、乙方进行方案可行性论证 6、签订合同书
图 7-4 中断信号接线图
钟 ， 因而 我们 称其 为 外部硬件中断。
23
三、内部硬件中断
首先介绍 IR0 的内部接线及功能。内部接线如图 7-5，因为内部的
8253
8253 在初始化时，将计数器 0 设定为工
OUT0
IRQ0
作方式 3，计数初值为 0 即 65536。因此
GATE0
5V
1.19M CLK0 图 7-5 计算机内部 8253 接线图
第六章 计算机控制系统综合设计举例
计算机控制系统的硬件设计
控制计算机的选型 接口电路与信号调理
计算机控制系统的软件设计
定时操作系统的实现 显示技术及与控制任务的协调
烘箱温度计算机控制系统实例（本章重点）
1
6.1 控制系统的工程设计方法
6.1.1 系统设计的原则
1、安全可靠——计算机控制系统设计最重要的一个基本要 求。在计算机控制系统设计时，通常应考虑后援手段，如配 备常规控制装置或手动控制装置作后备。 2、系统操作性能好——使用方便和维修容易，从软硬件角 度考虑。 3、实时性强——对内部和外部的事件能及时地响应，并做 出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。
4
6.1.3 工程项目的设计
1、组建项目研制小组 3、方案论证与评审 5、硬件和软件的分别调试
2、形成总体方案 4、硬件和软件的分别细化设计 6、系统的组装
6.1.4 项目仿真与调试
1、离线仿真和调试
2、在线调试和运行
5
6.2 计算机控制系统的硬件设计
计算机控制系统的硬件设计包括计算机选型、接口电路的选 型与设计、信号的调理等技术。
定时操作系统的实现
定时操作主要完成的任务是采样及控制任务，控制 系统的采样控制频率必须满足香农采样定理即：
TS≤Tm/2 或 ω S≥2ω m ω m 为闭合系统截止频率，ω S 为采样频率
控制系统的采样频率确定后，就必须严格遵守 该频率进行采样控制。定时操作一般用中断来实 现，即将采样控制程序作为中断服务程序，每次中 断后执行中断服务程序，即采样控制程序。
IR0—IR7的中断号对应的是8H-0FH。
中断向量：中断服务程序的入口地址（首地址） 逻辑地址含有段地址CS和偏移地址IP（32位） 每个中断向量的低字是偏移地址、高字是段地址，
需占用4个字节
15
8088的中断向量表
向量号255的CS值 3FCH 向量号255的IP值
用户中断 （向量号255）
中断服务程序中用到的寄存器都需要保存，否则中断返回后，
执行主程序将出错。
21
生成固定频率的中断信号
在修改中断矢量后第二步要作的工作是生成固定 频率的中断信号。 实现该功能有两种方法：外部硬件中断和内部硬 件中断。
ห้องสมุดไป่ตู้22
二、外部硬件中断
外部硬件中断的中断源通常用 8253 可编程定时/计数器实现。
8253 有 6 种工作方式，在用作中断源时通常用方式 3（方波发生
正确的选择计算机以及接口电路是设计计算机控制系统的关 键，特别是计算机的选型是关键中的关键。
在选择控制用计算机时，计算机的运行速度、存储能力， 接口电路的易扩充性、抗干扰性，软件的易开发性、用户界面 的友善性，都是非常重要的因素，应给予统筹考虑。
6
6.2.1 控制计算机的选型
表 6-1 各种计算机的性能对比
· · ·
中断服务程序段地址 中断服务程序偏移地址
20
一、IBM微型计算机的中断管理
2． 系统调用： · · ·
MOV AX,OFFSET P_INT0AH MOV DX,AX MOV AX,SEG P_INT0AH MOV DS,AX MOV AX,250AH INT 21H
· · ·
注意中断服务程序对于主程序来说是随机调用的，因此在
……
008H 004H 000H
向量号2的CS值 向量号2的IP值 向量号1的CS值 向量号1的IP值 向量号0的CS值 向量号0的IP值
非屏蔽中断 （向量号2）
单步中断 （向量号1）
除法错中断 （向量号0）
16
修改中断矢量方法
1． 直接填写： MOV AX,0 MOV DS,AX MOV AX,SEG P_INT0AH； MOV DI,22H
13
一、IBM微型计算机的中断管理
8086CPU 芯片上只有一个中断请求线 INTR 输入端，计算 机有多个中断源，因而设计了一个中断控制器电路 8259A。386 以下档次的微型计算机不采用级联方式，因而只有 8 个中断源 IR0~IR7。其中 IR2 空闲其余的系统占用。
8259A 的初始化控制字 ICW1 决定了这 8 个中断源的中断 号。IBM 型计算机中 IR0~IR7 的中断号对应为 8H~0FH。
数字 数字 信号 检测 单元
模拟 模拟 信号 检测 单元
数字 数字 信号 接口
数字 信号 A/D
数字
模拟
信号
信号 模拟
D/A
执行
计
单元
算 机
数字
数字
信号 数字 信号
接口
数字 执行 单元
图 7-1 计算机接口示意图
采样 模拟 信号
信号 调理 板
标准的 A/D 电 平信号
A/D
图 6-2 信号调理电路
8
性能 机型
造价
适用对象
采样周 抗扰 用户 高级语 开发 期 性 界面 言编程 周期
单板机 低 快速系统 <1ms 差 差 不可 长
单片机 低 快速系统 <1ms 差 差 不可 长
工业控制机 中 快速系统 =1ms 高 好 可 短
集散系统 高 非快速系统 >500ms 高 好 可 短
7
6.2.2 接口电路与信号调理
6.2.2 接口电路与信号调理
名称 PCL-812PG PCL-813B PCL-818H
PCL-720 PCL-726
表 6-2 IPC 总线系列产品
性能
名称
16 路 12 位 A/D
PCLD-782B
32 路 12 位 A/D
PCLD-885
8（16）路 12 位 A/D PCLD-785B
32 入 32 出 I/O
图 7-3 中断过程示意图
19
一、IBM微型计算机的中断管理
由上可见，想要实现定时操作首先应将采样控制程序的地址放入规定 的内存单元中，即我们所说的修改中断矢量。修改的方法有两种：直接填 写和系统调用。我们以 INT0AH 为例给出这两种方法的实例。
1． 直接填写： · · ·
MOV AX，0 MOV DS，AX MOV AX，SEG P_INT0AH； MOV DI,2AH MOV [DI],AX MOV AX,OFFSET P_INT0AH； MOV DI,28H MOV [DI],AX
实验室硬件联调 实验室软件联调 实验室系统仿真
7．现场安装调试
确定过程的输入、输出通道及其处理方式 计算机系统选择 过程通道及接口设计 控制台设计 可靠性设计 硬件调试
28
计算机控制系统设计步骤
5．软件的设计
选择编程语言——汇编语言、高级语言、混合语言 软件设计步骤——问题定义、细化设计、编制源程序、形成可执行
代码、调试
6．系统仿真与调试
Y 刷新显示
标志清 0
标志置 1 结束
画点。这些输出语句不建议写 在中断控制程序中，特别是 INT 21H 将引起死机现象。我 们建议将所有显示语句写在主
图 6-6 程序框图
程序中，通过对标志变量的判 25
断来决定是否重新刷新显示。
6. 4 系统的调试与运行
离线仿真和调试
硬件调试 软件调试 系统仿真
在线调试和运行
检测元件，保证精确度要求。 各种接线和导管必须经过检查，保证连接正确。
对在流量中采用隔离液的系统，要在清洗好引压导管 以后，灌入隔离液 。
检查调节阀能否正确工作。 检查系统的干扰情况和接地情况 。 对安全防护措施也要检查。
26
计算机控制系统设计步骤
1．研究被控对象、确定控制任务 2．确定系统整体方案
PCLD-789D
6 路 12 位 D/A
性能 24 通道数字输入板 16 通道继电器输出板 24 通道继电器输出板 16 通道热电偶调理板
9
6.2.2 接口电路与信号调理
选择变送器和执行机构
⑴选择变送器 ⑵选择执行机构
传感器
小信号 V．I
信 号 0～ 放大器 10V
V/F
f
光电 耦合器
CPU
10
矢量来实现定时操作。
24
6.3.3 显示技术及与控制任务的协调
通常在控制程序中，经常需要显示被控物理量具体的数值，有时
还要求显示控制曲线。高级语
主程序
中断服务程序 言有专门的数据显示语句和绘
开始
采样滤波
直线的语句，用汇编语言编程
N 标志=1？
控制量输出
时可用 INT 10H 或 INT 21H 显 示字符，用 INT 10H 在屏幕上
2
4、通用性好——系统设计时应考虑能适应各种不同设备
和各种不同控制对象，使系统不必大改动就能很快适应新 的情况，能灵活地进行扩充。
5、经济效益高——在满足精度、速度和其它性能要求
的前提下，应缩短设计周期和尽可能采用价格低的元器 件，以降低整个控制系统的费用。
3
6.1.2 确定工程项目与控制任务
1、甲方提出任务委托书 2、乙方研究任务委托书 3、双方对委托书进行确认性修改 4、乙方初步进行系统总体方案设计 5、乙方进行方案可行性论证 6、签订合同书
图 7-4 中断信号接线图
钟 ， 因而 我们 称其 为 外部硬件中断。
23
三、内部硬件中断
首先介绍 IR0 的内部接线及功能。内部接线如图 7-5，因为内部的
8253
8253 在初始化时，将计数器 0 设定为工
OUT0
IRQ0
作方式 3，计数初值为 0 即 65536。因此
GATE0
5V
1.19M CLK0 图 7-5 计算机内部 8253 接线图
第六章 计算机控制系统综合设计举例
计算机控制系统的硬件设计
控制计算机的选型 接口电路与信号调理
计算机控制系统的软件设计
定时操作系统的实现 显示技术及与控制任务的协调
烘箱温度计算机控制系统实例（本章重点）
1
6.1 控制系统的工程设计方法
6.1.1 系统设计的原则
1、安全可靠——计算机控制系统设计最重要的一个基本要 求。在计算机控制系统设计时，通常应考虑后援手段，如配 备常规控制装置或手动控制装置作后备。 2、系统操作性能好——使用方便和维修容易，从软硬件角 度考虑。 3、实时性强——对内部和外部的事件能及时地响应，并做 出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。
4
6.1.3 工程项目的设计
1、组建项目研制小组 3、方案论证与评审 5、硬件和软件的分别调试
2、形成总体方案 4、硬件和软件的分别细化设计 6、系统的组装
6.1.4 项目仿真与调试
1、离线仿真和调试
2、在线调试和运行
5
6.2 计算机控制系统的硬件设计
计算机控制系统的硬件设计包括计算机选型、接口电路的选 型与设计、信号的调理等技术。