计算机控制系统设计与实现.pptx

计算机控制技术

COLLEGEOFELECTRICALENGINEERING,ZHEJIANGUNIVERSITY

第8章计算机控制系统设计与实现

2006

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通过前面的介绍，我们已经掌握了计算机控制系统各部分的工作原理，硬件和软件技术以及控制算法，因此具备了设计计算机控制系统的条件。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。计算机控制系统的工程设计，不仅要求掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象的动态和静态特性，而且要通晓自动检测技术，计算机技术，通信技术，自动控制技术，微电子技术等。

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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8.1系统设计的原则与步骤

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尽管计算机控制的生产过程多种多样，系统的设计方案和具体的技术指标也是千变万化，但在计算机控制系统的设计与实现过程中，应遵守共同的设计原则与步骤。

8.1.1系统设计的原则

1.安全可靠

工业控制计算机不同于一般的用于科学计算或管理的计算机，它的工作环境比较恶劣，周围的各种干扰随时地威胁着它的正常运行，而且它所担当的控制重任又不允许它发生异常现象。这是因为，一旦控制系统出现故障，轻者影响生产，重者造成事故，产生不良后果。因此，在设计过程中，要把安全可靠放在首位。

首先要选用高性能的工业控制计算机，保证在恶劣的工业环境下，仍能正常运行。其次是设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，比如报警，事故预测，事故处理，不间断电源等。

对于一般的为了预防计算机故障，还常设计后备装置，控制回路，选用手动操作为后备；对于重要的控制回路，选用常规控制仪表作为后备。这样，一旦计算机出现故障，就把后备装置切换到控制回路中区，维护生产过程的正常运行。对于特殊的控制对象，设计两台计算机，互为备用地执行任务，称为双机系统。

双机系统的工作方式一般分为备份工作方式和双工工作方式两种。在备份工作方式中，一台作为主机投入系统运行，另一台作为备份机也处于通电工作状态，作为系统的热备份机，当主机出现故障时，专用程序切换装置便自动地把备份机切入系统运行，承担起主机的任务，而故障排除后的原主机则转为备份机，处于待命状态。在双工工作方式中，两台主机并行工作，同步执行同一个任务，并比较两机执行结果，如果结果相同，则表明正常工作，否则再重复执行，再检验两机结果，以排除随机故障的干扰，若经过几次重复执行和校对，两机结果仍然不相同，则启动故障诊断程序，将其中一台故障机切离系统，让另一台主机继续执行。

8.1系统设计的原则与步骤

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操作维护方便

维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障。采用标准的功能模块结构，便于更换故障模板。并在功能模板上安装工作状态指示灯和监测点，便于维修人员检查。另外配置诊断程序，用于查找故障。

操作方便表现在操作简单，直观形象，便于掌握，并不强求操作工要掌握计算机知识才能操作。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有的操作习惯。例如，操作工已习惯了PID调节器的面板操作，而就设计成回路操作显示面板，或在CRT画面上设计回路操作显示画面。

实用性强

工业控制机的实时性，表现在对内部和外部事件能及时地响应，并做出相应地处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，一类是定时事件，如数据的定时采集，运算控制等；另一类是随机事件，如故障，报警等。对于定时事件，系统设置时钟，保证定时处理。对于随机事件，系统设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事故发生，保证优先处理紧急故障。

8.1系统设计的原则与步骤

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通用性好

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计算机控制的对象千变万化，工业控制计算机的研制开发需要有一定的投资和周期。一般来说，不可能为一台装置或一个生产过程研制一台专用计算机。尽管对象多种多样，但从控制功能来分析归类，仍然有共性。比如，过程控制对象的输入，输出信号统一为0～