控制系统的硬件设计.ppt
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束
基于单片机的步进电 机控制系统设计
导 师 : 杨宏斌 答辩人: 王苗 专 业: 电气工程及其自动化 学 号：1005230209
框架
1.整体方案设计 2.系统的硬件设计
3 4 33.系统的软件设计
4.系统仿真 5.结论
1.整体方案设计
◆设计目的及系统功能：
本次设计目的的是以单片机为核心设计出一个步进电机的控 制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过按键实现对步 进电机的转动方向的控制，并且将步进电机的转动方向显示在 LED数码管上，当数码管上显示“1”时说明步进电机正转，当现 实“-”时，说明步进电机反转。 设计的步进电机控制系统应具有以下的功能： 1.步进电机的启、停的控制。 2.步进电机的正、反转控制。 3.步进电机转动方向的动态显示。
T0中断入口 保护现场
中出速度脉冲 重新输入相关状态 恢复现场 中断返回
4.系统仿真
◆Proteus仿真总体图如下图所示：
◆Proteus仿真步进电机正转
如图，开关S2是步进电机的启动、停止控制按键，当它扳 在下边时步进电机开始转动；而开关S3是步进电机的转向控制 按键，在开关S2扳在下边的同时，它扳在下边时步进电机就正 转，同时LED数码管显示器会显示“1”。
2.系统的硬件设计 ◆系统整体图
本系统采用外部中断方式，P3口作为信号的输入部分，P0口 作为数码管显示部分，P1口作为电机的驱动部分，如下图所示：
3.系统的软件设计
◆主程序设计框图
系统的主程序完成的任务主要有系统初始值的设置，系统状态的 显示以及各种开关状态的检测和判断等。 流程图如下所示：
开始 初始化 显示 判断电机是否启动 S3是否为高电 平
计算机控制技术PPT 第3章
3. 综合指标
在现代控制理论中，如最优控制系统的没计时，经常使用综
合性能指标来衡量一个控制系统。选择性能指标时．既要考虑
到能对系统的性能做出正确的评价，又要考虑到数学上容易处
理，以及工程上便于实现。因此，选择性能指标时，通常需要
做一定的试探和比较。综合性能指标通常有3种类型。
1）积分型指标：
（1）误差平方的积分：
3.5 线性离散时间系统的能控性与能观测性
线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据
3.6 应用MATLAB进行离散系统分析
3.1 计算机控制系统概述
计算机控制系统(Computer Control System)是应用计算机 参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。
为n，Qc为由系数矩阵A和B按一定规则组成的分块矩阵，
表达式是：
n为系统的维数。 判别线性定常系统能控性的判据还有 其他的形式。对于线性时变系统，判别能控性的条件要复 杂一些，而且系统是否能控，常常还依赖于初始时刻的选 取。对于完全能控的线性定常系统，通过特别选定的坐标 变换，可以将其状态方程化成标准的形式，称为能控规范 形。
3.3 控制系统的性能指标描述
对于一个控制系统来说，人们总是要求它能根据实际 的被控对象，在给定信号的作用下达到稳定、快速和准确 的性能指标。对于计算机控制系统，计算机相当于人的大 脑，因此有更多的功能可以实现，系统就能实现最佳的性 能指标。本章描述了控制系统的基本性能指标，以及这些 性能指标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分 析和设计控制系统提供了依据。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6
第六章 电动汽车整车控制器课件ppt
▪
2021/3/10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ16
6.6 PCB 设计
▪ PCB 设计 ▪ 根据功能分析绘制电路原理图，需要建立
元件库中不存在的元器件模型，并根 ▪ 据价格、性能和市场行情确定选用的芯片
电路，具备线控功能，并且都设置了自 ▪ 拉高电路，以实现硬件电路的自诊断。拉
高电压可以是 12V 电源电压，也可以是标 ▪ 准的 5V 拉高电压。拉高过程都2具021/有3/10 很好的 11
6.4 主要模块电路
▪ [3] 电源模块 ▪ 电源电路是车载控制器设计中比较困难的
设计之一，也是影响能否通过电磁兼 ▪ 容测试的关键部件。为使混合动力 HCU 具
▪ 硬件开发过程中需首先考虑的事项有：
▪ 1) 开发系统支持的编程语言；
▪ 2) 开发系统使用的开发平台；
▪ 3) 开发系统的功能；
▪ 4) 友好的集成开发环境；
▪ 5) 确定控制单元输入/输出管脚的数量 和性质；
2021/3/10
6
6.3整车控制器单片机系统
▪ 为了实现 CAN 总线通讯和为 HCU 系统留足 够的富裕扩展能力，在原有工作基
有较好的适应性、通用性，我们采用了 ▪ 两级电源控制，第一级采用开关电源模块，
以保证电源的供电电压在 8～32VDC 的 ▪ 范围内都有一致的输出电压，从而使第二
级低压差电源能够有一个非常稳定的输出 ▪ 电压[2]。这样既保证了控制器的202工1/3/1作0 稳定 12
6.4 主要模块电路
▪ [4] 上下电和安全保护模块[21] ▪ HCU还承担着整车低压电源的控制，如果钥
实例：Freescale16 位单片机 MC9S12DP512原理图
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ16
6.6 PCB 设计
▪ PCB 设计 ▪ 根据功能分析绘制电路原理图，需要建立
元件库中不存在的元器件模型，并根 ▪ 据价格、性能和市场行情确定选用的芯片
电路，具备线控功能，并且都设置了自 ▪ 拉高电路，以实现硬件电路的自诊断。拉
高电压可以是 12V 电源电压，也可以是标 ▪ 准的 5V 拉高电压。拉高过程都2具021/有3/10 很好的 11
6.4 主要模块电路
▪ [3] 电源模块 ▪ 电源电路是车载控制器设计中比较困难的
设计之一，也是影响能否通过电磁兼 ▪ 容测试的关键部件。为使混合动力 HCU 具
▪ 硬件开发过程中需首先考虑的事项有：
▪ 1) 开发系统支持的编程语言；
▪ 2) 开发系统使用的开发平台；
▪ 3) 开发系统的功能；
▪ 4) 友好的集成开发环境；
▪ 5) 确定控制单元输入/输出管脚的数量 和性质；
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6.3整车控制器单片机系统
▪ 为了实现 CAN 总线通讯和为 HCU 系统留足 够的富裕扩展能力，在原有工作基
有较好的适应性、通用性，我们采用了 ▪ 两级电源控制，第一级采用开关电源模块，
以保证电源的供电电压在 8～32VDC 的 ▪ 范围内都有一致的输出电压，从而使第二
级低压差电源能够有一个非常稳定的输出 ▪ 电压[2]。这样既保证了控制器的202工1/3/1作0 稳定 12
6.4 主要模块电路
▪ [4] 上下电和安全保护模块[21] ▪ HCU还承担着整车低压电源的控制，如果钥
实例：Freescale16 位单片机 MC9S12DP512原理图
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无刷直流电动机控制系统课件
针对电机在实验中表现出的稳 定性不足的问题，可以增强系 统的稳定性以提高其运行可靠 性。例如，增加保护电路或改 进散热设计等。
06 无刷直流电动机控制系统 的发展趋势与展望
技术创新与进步
数字化控制
采用先进的数字信号处理器和控制器，实现无刷直流电动机的高 性能控制，提高系统精度和稳定性。
智能传感技术
航空航天
无刷直流电动机控制系统在航空航 天领域中也得到了广泛的应用，如 无人机、直升机、卫星等。
汽车电子
无刷直流电动机控制系统在汽车电 子领域中也有广泛的应用，如汽车 空调、电动车窗、电动座椅等。
02 无刷直流电动机控制系统 的工作原理
无刷直流电动机的工作原理
结构特点
无刷直流电动机主要由电机本体、位置传感器和电子换向器 组成。电机本体具有多个线圈，电子换向器通过晶体管控制 电流的流向，实现电机的旋转。
通信协议调试
对通信协议进行调试，确保通信的稳定性和可靠性。
调试与优化
系统调试
对整个无刷直流电动机控制系统进行调试，包括 硬件电路、软件程序和通信等。
性能测试
对控制系统的性能进行测试，包括响应时间、稳 态误差等指标。
优化建议
根据调试和性能测试的结果，提出优化建议，进 一步提高控制系统的性能。
05 无刷直流电动机控制系统 的性能测试与评估
应用磁编码器、光电编码器等传感器，实现对无刷直流电动机的精 确速度和位置控制。
容错控制技术
引入多种传感器和算法，提高系统的容错能力，确保无刷直流电动 机在故障情况下的安全运行。
应用领域拓展
工业自动化
随着工业自动化水平的提高，无刷直流电动机控制系统在 机器人、数控机床等领域的应用不断扩大。
《电气控制系统》课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
定义与特点
总结词
电气控制系统的基本概念和特性
详细描述
电气控制系统是指通过各种电气元件和装置，实现对电动机或其他执行机构的控制，以实现生产过程的自动化。 其主要特点包括可靠性高、稳定性好、控制精度高、操作简便等。
电气控制系统的应用领域
通电检查
接通电源，检查电气控制系统各部分 是否正常工作，有无异常声音或气味 。
功能测试
按照设计要求，逐项测试电气控制系 统的各项功能，如电机起停、阀门控 制等。
性能测试
在正常和异常情况下，测试电气控制 系统的性能指标，如响应时间、稳定 性等。
常见故障与排除
电机不转
阀门不动作
可能是电源故障、电机损坏或控制电路故 障，需检查电源、电机和控制电路。
降低能耗和减少人工干预。
网络化控制技术
总结词
网络化控制技术通过互联网、物联网等技术 实现电气控制系统的远程监控和数据共享。
详细描述
网络化控制技术利用互联网、物联网等技术 ，将电气控制系统与远程监控中心连接起来 ，实现远程监控和数据共享。这有助于提高 系统的可维护性和可靠性，降低运营成本，
并为企业提供更高效的生产管理方式。
模块化与标准化设计
要点一
总结词
模块化和标准化设计是提高电气控制系统可维护性和互换 性的重要手段。
要点二
详细描述
模块化和标准化设计将电气控制系统划分为若干个标准化 的模块，每个模块具有特定的功能和接口。这使得系统的 维护和升级变得更加简单和方便，同时提高了系统的互换 性和兼容性，降低了生产成本和维护成本。
THANKS
感谢观看
plc控制系统的硬件设计
3、I/O模块的选择
电源模块及其它外设的选择
1）电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不
存在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。
2）编程器的选择 3）写入器的选择
为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程 序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程序固化在EPROM中。有些 PLC或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。
在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕 量。
存储容量( 字节) ＝ 开关量I/O点数×10 ＋ 模拟量I/O通道数×100 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
第19页/共39页
5、其他的选择
1 性价比 2 系列产品 3 售后服务
55 ..11 控 制 系 统 的 设 计 步 骤 和 PP LL CC 选型
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们 属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只 能用于直流负载。
第13页/共39页
55 ..11 控 制 系 统 的 设 计 步 骤 和 PP LL CC 选型
3、I/O模块的选择
开关量输出模块的选择
2）输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式
PLC控制系统的硬件设计
会计学
1
55 ..11 控 制 系 统 的 设 计 步 骤 和 PP LL CC 选型
设计以PLC为核心的控制系统，要考虑： 1、设备的正常运行； 2、合理、有效的资金投入； 3、在满足可靠性和经济性的前提下，具有一定的先进性， 能根据生产工艺的变化扩展部分功能。
电源模块及其它外设的选择
1）电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的PLC而言，对于整体式PLC不
存在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。
2）编程器的选择 3）写入器的选择
为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏RAM中的用户程 序，可选用EPROM写入器，通过它将用户程序固化在EPROM中。有些 PLC或其编程器本身就具有EPROM 写入的功能。
在I／O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕 量。
存储容量( 字节) ＝ 开关量I/O点数×10 ＋ 模拟量I/O通道数×100 存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
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5、其他的选择
1 性价比 2 系列产品 3 售后服务
55 ..11 控 制 系 统 的 设 计 步 骤 和 PP LL CC 选型
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们 属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只 能用于直流负载。
第13页/共39页
55 ..11 控 制 系 统 的 设 计 步 骤 和 PP LL CC 选型
3、I/O模块的选择
开关量输出模块的选择
2）输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式
PLC控制系统的硬件设计
会计学
1
55 ..11 控 制 系 统 的 设 计 步 骤 和 PP LL CC 选型
设计以PLC为核心的控制系统，要考虑： 1、设备的正常运行； 2、合理、有效的资金投入； 3、在满足可靠性和经济性的前提下，具有一定的先进性， 能根据生产工艺的变化扩展部分功能。
工业控制系统架构课件
缺点
随着系统规模扩大，集中式架构 可能面临性能瓶颈和安全风险， 中央控制器容易成为攻击的目标 。
分散式架构
优点
分散式架构将系统划分为多个独立的子系统，每个子系统具有一定的自治能力，能够减轻中央控制器的负担。
缺点
分散式架构增加了系统的复杂性，可能面临通信延迟和协同问题。
分布式架构
优点
分布式架构将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有完整的自治能力，能 够实现并行处理和负载均衡。
密性。
案例四：智能制造的工业控制应用场景
总结词
智能制造是当前工业控制领域的重要发展方向，其应 用场景非常广泛，包括机器人、智能生产线、智能仓 储等。
详细描述
智能制造的工业控制应用场景非常广泛，包括机器人、 智能生产线、智能仓储等。其中，机器人的应用非常普 遍，其控制方式主要是通过PLC或嵌入式系统进行控制 ，实现自动化操作和精确控制。智能生产线则是由多个 机器人和其他设备组成的生产线，实现生产过程的自动 化和信息化。智能仓储则是利用物联网技术和传感器技 术对仓库进行智能化的管理和控制，提高仓库的管理效 率和物流效率。
案例二：汽车制造厂的分布式控制架构
总结词
汽车制造厂的分布式控制架构是一种基于PLC和工业以 太网的架构，实现生产过程的自动化和信息化。
详细描述
汽车制造厂的分布式控制架构主要由现场控制层、监控 层和信息管理层三个层次组成。现场控制层主要负责生 产现场的自动化控制，包括生产设备的控制和生产过程 的监测等。监控层则负责对生产过程进行监控和管理， 包括生产计划、生产进度、质量检测等。信息管理层则 负责对整个制造过程进行信息化管理，包括生产管理、 库存管理、人员管理等。
01
02
03
随着系统规模扩大，集中式架构 可能面临性能瓶颈和安全风险， 中央控制器容易成为攻击的目标 。
分散式架构
优点
分散式架构将系统划分为多个独立的子系统，每个子系统具有一定的自治能力，能够减轻中央控制器的负担。
缺点
分散式架构增加了系统的复杂性，可能面临通信延迟和协同问题。
分布式架构
优点
分布式架构将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有完整的自治能力，能 够实现并行处理和负载均衡。
密性。
案例四：智能制造的工业控制应用场景
总结词
智能制造是当前工业控制领域的重要发展方向，其应 用场景非常广泛，包括机器人、智能生产线、智能仓 储等。
详细描述
智能制造的工业控制应用场景非常广泛，包括机器人、 智能生产线、智能仓储等。其中，机器人的应用非常普 遍，其控制方式主要是通过PLC或嵌入式系统进行控制 ，实现自动化操作和精确控制。智能生产线则是由多个 机器人和其他设备组成的生产线，实现生产过程的自动 化和信息化。智能仓储则是利用物联网技术和传感器技 术对仓库进行智能化的管理和控制，提高仓库的管理效 率和物流效率。
案例二：汽车制造厂的分布式控制架构
总结词
汽车制造厂的分布式控制架构是一种基于PLC和工业以 太网的架构，实现生产过程的自动化和信息化。
详细描述
汽车制造厂的分布式控制架构主要由现场控制层、监控 层和信息管理层三个层次组成。现场控制层主要负责生 产现场的自动化控制，包括生产设备的控制和生产过程 的监测等。监控层则负责对生产过程进行监控和管理， 包括生产计划、生产进度、质量检测等。信息管理层则 负责对整个制造过程进行信息化管理，包括生产管理、 库存管理、人员管理等。
01
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DCS系统PPT课件
DCS系统PPT课件•DCS系统概述•DCS系统硬件组成•DCS系统软件设计•DCS系统安装调试与运行维护目•DCS系统在工业领域应用案例分析•DCS系统发展趋势及挑战录01CATALOGUE DCS系统概述定义与发展历程定义DCS系统，全称为分布式控制系统，是一种基于微处理器技术的控制系统，具有分散控制、集中管理、配置灵活等特点。
发展历程DCS系统起源于20世纪70年代，随着计算机技术、通信技术和控制技术的不断发展，DCS系统逐渐从集中式控制系统发展而来，成为工业自动化领域的重要组成部分。
结构与工作原理结构DCS系统通常由过程控制级、控制管理级和生产管理级三级结构组成。
其中，过程控制级负责直接控制生产过程，控制管理级负责监控和优化控制策略，生产管理级负责整个生产过程的调度和管理。
工作原理DCS系统通过分散在各个控制站上的控制器对生产过程进行实时控制，同时通过通信网络将各个控制站连接起来，实现数据的共享和交换。
控制站之间可以相互独立工作，也可以协同完成复杂的控制任务。
应用领域集中管理配置灵活高可靠性分散控制优势DCS 系统广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业领域，以及航空航天、交通运输等高端制造领域。
在这些领域中，DCS 系统发挥着重要的作用，提高了生产过程的自动化水平和生产效率。
DCS 系统具有以下优势DCS 系统将控制功能分散到各个控制站上，降低了单个控制器的负担，提高了系统的可靠性和稳定性。
DCS 系统通过通信网络将各个控制站连接起来，实现了数据的集中管理和监控，方便了生产过程的调度和管理。
DCS 系统可以根据生产过程的实际需求进行灵活配置和扩展，满足了不同规模和复杂度的生产需求。
DCS 系统采用了冗余设计和故障自诊断技术，提高了系统的可靠性和可用性。
应用领域及优势02CATALOGUE DCS系统硬件组成控制器与执行器控制器接收传感器信号，进行计算处理，输出控制信号。
执行器接收控制信号，驱动被控对象实现控制目标。
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C
被控对象较多 被控对象相距较远 有网络系统
03
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
PLC 被控对象
单台控制
PLC 被控对象1 被控对象2 被控对象3
多台控制
PLC
被控对象4
通信单元
I/O A
I/O B
I/O C
被控对象1
被控对象2
远程控制
被控对象3
04
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
正常停止
暂时停止
紧急停止
07
自动线安装与调试
控制系统的硬件设计文件
08
2.PLC对变频器的控制方式
自动线安装与调试
输 元件名称、代号 自动/调整控制开关 一次/多次循环控制开关 主轴调整转换开关 夹具调整转换开关 机械手调整转换开关 横刀架调整转换开关 纵刀架调整转换开关 循环启动按钮 急返停止按钮 刀架纵进 刀架横进 刀架横退 机械手返回 机械手送料 刀架纵退
上位机
PLC1
PLC2
PLC3
被控对象1 被控对象2 被控对象3
通信方式1
上位机
PLC1
PLC2
PLC3
被控对象1 被控对象2 被控对象3
通信方式2
05
1.控制系统的硬件设计总体方案 自动运行方式 单步运行方式
自动线安装与调试 半自动运行方式 手动运行方式
06
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
入
SA1 SA2 SA3 SA4 SA5 SA6 SA7 SB4 SB3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6
输入点 0.10 0.11 1.02 1.03 1.04 0.07 0.08 0.09 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 00006
输
出
元件名称、代号
夹紧油缸推动电磁铁
自动线安装与调试
12
THANK YOU！
13
课程简介
自动线安装与调试
目录
Contents
1.控制系统的硬件设计总体方案 2.控制系统的硬件设计文件 3.PLC输入/输出电路设计
01
自动线安装与调试
控制系统的硬件设计总体方 案
02
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
集中控制系统
A
I/O点较少 容量不大 系统较简单 无网络
分布式控制系统
YC1
夹紧油缸拉动电磁铁
YC2
刀架纵向动作电磁铁
YC3
刀架横向动作电磁铁
YC4
机械手电磁铁
10.01 10.02 10.03 10.04 10.05
09
自动线安装与调试
PLC输入/输出电路设计
10
3.变频器的参数设定
自动线安装与调试
11
3.变频器的参数设定
被控对象较多 被控对象相距较远 有网络系统
03
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
PLC 被控对象
单台控制
PLC 被控对象1 被控对象2 被控对象3
多台控制
PLC
被控对象4
通信单元
I/O A
I/O B
I/O C
被控对象1
被控对象2
远程控制
被控对象3
04
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
正常停止
暂时停止
紧急停止
07
自动线安装与调试
控制系统的硬件设计文件
08
2.PLC对变频器的控制方式
自动线安装与调试
输 元件名称、代号 自动/调整控制开关 一次/多次循环控制开关 主轴调整转换开关 夹具调整转换开关 机械手调整转换开关 横刀架调整转换开关 纵刀架调整转换开关 循环启动按钮 急返停止按钮 刀架纵进 刀架横进 刀架横退 机械手返回 机械手送料 刀架纵退
上位机
PLC1
PLC2
PLC3
被控对象1 被控对象2 被控对象3
通信方式1
上位机
PLC1
PLC2
PLC3
被控对象1 被控对象2 被控对象3
通信方式2
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1.控制系统的硬件设计总体方案 自动运行方式 单步运行方式
自动线安装与调试 半自动运行方式 手动运行方式
06
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
入
SA1 SA2 SA3 SA4 SA5 SA6 SA7 SB4 SB3 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6
输入点 0.10 0.11 1.02 1.03 1.04 0.07 0.08 0.09 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 00006
输
出
元件名称、代号
夹紧油缸推动电磁铁
自动线安装与调试
12
THANK YOU！
13
课程简介
自动线安装与调试
目录
Contents
1.控制系统的硬件设计总体方案 2.控制系统的硬件设计文件 3.PLC输入/输出电路设计
01
自动线安装与调试
控制系统的硬件设计总体方 案
02
1.控制系统的硬件设计总体方案
自动线安装与调试
集中控制系统
A
I/O点较少 容量不大 系统较简单 无网络
分布式控制系统
YC1
夹紧油缸拉动电磁铁
YC2
刀架纵向动作电磁铁
YC3
刀架横向动作电磁铁
YC4
机械手电磁铁
10.01 10.02 10.03 10.04 10.05
09
自动线安装与调试
PLC输入/输出电路设计
10
3.变频器的参数设定
自动线安装与调试
11
3.变频器的参数设定