第五章 变送器、控制器与执行器.pdf

检测与控制 主讲人：张顺平 Tel: 027Email:pszhang001@ 5第五章 检测控制器件 变送器、控制器与执行器 执行器 开关——继电器 继电器是电力驱动的开关，分为三类： 机械继电器 电流通过电磁线圈产生的电磁力把柔性的、受弹簧力作用的 导电片从一个开关触点拉到另一个触点。 舌簧继电器 由一对簧片组成，电流流过线圈簧片就会弯曲。 固态继电器 半导体材料组成，在PN结上施加电压就可呈现开关作用。 开关——继电器 继电器硬件驱动 光电开关——光电耦合管 由一个发光二极管和一个光电晶体管共同封装在一个不透光的 外壳中组成，发光二极管与电源相连，光电晶体管与检测装置 相连，可用作物体探测器、限位开关、振荡探测仪等。 数字模拟开关——数据选择器 电动系列 三种常用的运动设备：直流电动机、遥控伺服系统和步进电机。 直流电动机调速 伺服系统驱动 遥控伺服系统，与直流电动机不同，只是类似电动机的装置， 专门用于定位控制。 步进电机 步进电机是数控的无刷电 机，每当用于控制步进电 机的译码电路输出一个脉 冲信号，它就转过一定的 角度（一步）。对于特殊 的步进电机，每步转过的 角度最小可到０.７２°，最 大可到９０° ，普通的步 进电机一般为１５－３０° 。 控制器 集成电路技术 运算放大器原理 运算放大器原理 运算放大器原理 运算放大器原理 运算放大器原理 常见的运算放大器 比较器 微机控制技术基础 微机控制系统的组成 微机控制系统基本结构示意图 (1) 硬件组成 (2) 软件组成 软件是指支持系统运行、并对系统进行管理和控制的 程序的总和。从功能上可分为系统软件和应用软件。 系统软件由计算机制造厂商提供，用来管理计算机本 身的资源、方便用户使用计算机的软件。常用的有操作系 统、开发系统等。 应用软件是用户根据要解决的控制问题而编写的各种 程序，比如各种数据采集程序、滤波程序、控制量计算程 序、机械运动过程监控程序等。 微机控制系统的特点 1．具有完善的输入输出通道，包括模拟量输入 输出通道和数字量或开关量输入输出通道，这是计 算机有效发挥其控制功能的重要保证。 2．具有实时控制功能。 3．由于控制规律是用软件实现的，因而变动一 个控制规律，一般只需要修改软件即可。 4．微机控制系统中，由于计算机具有高速的运 算处理能力，一个控制器（控制计算机)经常可采 用分时控制的方式而同时控制多个回路。 5．可靠性高，对环境适应性强，以保证在生产 现场应用的要求。 1. 采样 2. 离散模拟信号的量化(A/D变换) 采样函数是在时间上离散，在幅值上连续变化的 函数，我们称它为离散模拟信号。离散模拟信号不能 直接进入计算机，必须经量化成为数字信号后，才能 为计算机所接受。所谓量化，就是采用一组数码(如 二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成 数字信号。 如图a所示，设采样信号A1为1.8V，则图b中的量化 值为2V，用数字量010来表示；采样信号A2为3.2V， 则图4b中的量化值为3V，用数字量011来表示。 000 001 010 011 100 101 110 设输入模拟信号的满量程电压值为FSR（Full Scale Range），ADC的位数为n，量化电平用Q（或LSB）表示，则 有： 量化电平 误差 = 量化值 — 实际值 量化方法 ② 截断法：采用不大于实际采样值的最大量化值来近似采样值。 ① 舍入法：采用最靠近实际采样值的量化值来近似采样值。 量化误差 舍入法: A2点的取值为011，因此，舍入法量化的误差范围为 （-Q/2 ～ Q/2）。 截断法：A2点的取值为100，误差的范围为（-Q～0）。 计算机控制系统的外围设备由于种类繁多，且工 作速度不一，所以不能像存储器那样，直接挂到主机 CPU的总线上，都必须通过输入输出接口和输入输出 通道才能和CPU的总线相连。因此，I／O（输入/输出） 接口和I／O通道是计算机控制系统必须解决的技术之 一。 1.接口、通道及其功能 I／O接口电路是主机和外围设备之间交换信息的连 接部件或称电路，它在主机和外围设备之间的信息交 换中起着桥梁和纽带的作用。设置接口电路有以下几 个用途： 1. 解决主机CPU和外围设备之间时序配合和 通联络的问题，以保证CPU和外围设备之间虽异 步却能协调工作。 2. 解决CPU和外围设备之间数据格式转换和 匹配问题。 3. 解决CPU的负载能力和外围设备端口选址 的问题。 I／O通道，也称为过程通道，是计算机和控制对象 之间信息传送和变换的连接通道。由它将从被控对象 采集的参量变换成计算机所要求的数字量(或开关量) 的形式，送入计算机。计算机按某一数学公式计算 后，又将其结