微型計算機控制系統設計

時間：2025-12-07 17:49:47 計算機應用論文

微型計算機控制系統設計

　　微型計算機控制系統設計【1】

　　摘要：本文主要詳細的介紹了應用微型計算機來實現控制系統，分別對控制系統的原理、組成及其在工業過程中的應用進行了闡述。

　　主要針對爐溫計算機控制系統的硬件與軟件進行設計分析。

　　關鍵詞：微型計算機;生產過程;爐溫控制

　　近年來利用計算機來實現生產過程自動控制的系統已經逐漸占據了自動控制技術的主導地位，并且為自動控制技術的發展和應用開辟了廣闊的新天地。

　　計算機技術自20世紀50年代以來完成了從開創時期到微型計算機時期的蛻變，而其控制理論也在不斷的完善，從基本的香農采樣定理到模糊智能控制。

　　隨著科學技術的不斷進步，計算機控制技術在系統中的應用也越來越廣泛，而計算機控制系統終會實現網絡化、扁平化、智能化和綜合化。

　　一、微型計算機控制系統概述

　　1、計算機控制系統的定義及組成

　　計算機控制系統就是利用計算機(通常稱為工業控制計算機，簡稱工控機)來實現生產過程自動控制的系統。

　　其主要由計算機和生產過程兩大部分組成，其中可編程序控制器、工控機、單片機、DSP、智能調節器等都可作為控制器，而其生產過程包括被控對象、測量變送、執行機構、電氣開關等裝置。

　　2、計算機控制系統的工作原理

　　由圖中可以看出控制器輸出的數字信號經過D/A轉換器輸入到執行機構，執行機構作用在被控對象上來改變其被控變量，而被控量經測量變送及A/D轉換器后可將模擬的被控量信號變換成數字信號反饋給控制器，再由給定的算法來確定控制器的輸出值。

　　這樣就會形成了一個閉合的回路，可以通過自身的調節來實現工業過程的自動控制。

　　計算機控制系統原理圖

　　三、微型計算機控制系統實例-爐溫控制

　　下面以爐溫控制系統為例，來設計一簡單的微型計算機控制系統。

　　1、硬件設計

　　下圖是爐溫控制硬件系統控制總體結構圖：

　　這里主要采用無源的I/V變換電路，通過無源器件電阻來實現電流到電壓的轉換，并且加上電容來濾波和二極管來起到輸出限幅等保護措施。

　　多路轉換開關是用來切換模擬電壓信號的關鍵元件，利用多路開關可將各個輸入信號依次地或隨機地連接到信號放大電路上。

　　常用的多路開關有CD4051、A/D7501、LF13508等。

　　而A/D轉換器可采用ADC0809，它是一種8位的A/D轉換器，可以和單片機直接接口。

　　它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。

　　多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。

　　其工作原理為：經溫度傳感器檢測到被控對象的溫度變量，由多路轉換開關完成信號的采樣、保持、濾波，再經信號放大電路放大信號，再由I/V變換單元，將電流信號轉換為電壓信號，送到A/D轉換器中，其輸出信號送到微處理器中，處理器根據反饋的溫度信號與給定的溫度進行比較，通過輸出通道，使輸出接近理想的輸出值。

　　2、軟件設計

　　按照模塊化設計思想，軟件程序設計中包含多個子程序，主要包括：初始化子程序、溫度采集子程序、控制算法子程序、中斷服務子程序等，其中控制算法子程序可以采用PID控制算法、Smith預估算法、達林算法等。

　　三、結語

　　本文詳細的介紹了微型計算機控制系統的組成及其設計，了解了組成計算機控制系統的各個模塊，并闡述了他們的原理與作用。

　　最后，為了更好的加深理解，列舉了爐溫控制系統，實驗結果表明，該系統能很好的控制爐溫，使輸出實時的跟隨輸入，溫度偏差小。

　　參考文獻：

　　[1]于海生，丁軍航，等.微型計算機控制技術[M].清華大學出版社，2009.

　　計算機控制系統設計【2】

　　【摘要】隨著科學技術的發展，人們越來越多的用計算機來實現控制。

　　近年來，計算機技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、CRT顯示技術、通信與網絡技術和微電子技術的高速發展，給計算機控制技術帶來了巨大的發展。

　　然而，設計一個性能好的計算機控制系統是非常重要的。

　　計算機控制系統主要由硬件和軟件兩大部分組成，一個完整的控制系統還需要考慮系統的抗干擾性能，系統的抗干擾性能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。

　　【關鍵詞】計算機;控制系統;設計

　　計算機控制系統是在自動控制技術和計算機技術發展的基礎上產生的。

　　若將自動控制系統中的控制器的功能用計算機來實現，就組成了典型的計算機控制系統。

　　它用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。

　　其中輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執行裝置等。

　　它與被控對象的聯系和部件間的聯系通常有兩種方式：有線方式、無線方式。

　　控制目的可以是使被控對象的狀態或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優化目標。

　　一、計算機控制技術的概述

　　1.計算機控制的概念

　　(1)開環控制系統

　　若系統的輸出量對系統的控制作用沒有影響，則稱該系統為開環控制系統。

　　在開環控制系統中，既不需要對系統的輸出量進行測量，也不需要將它反饋到輸入端與輸入量進行比較。

　　(2)閉環控制系統

　　凡是系統的輸出信號對控制作用能有直接影響的系統都叫作閉環控制系統，即閉環系統是一個反饋系統。

　　閉環控制系統中系統的穩定性是一個重要問題。

　　2.計算機控制系統

　　采用計算機進行控制的系統稱為計算機控制系統，也稱它為數字控制系統。

　　若不考慮量化問題，計算機控制系統即為采樣系統。

　　進一步，若將連續的控制對象和保持器一起離散化，那么采樣控制系統即為離散控制系統。

　　所以采樣和離散系統理論是研究計算機控制系統的理論基礎。

　　3.計算機控制系統的控制過程

　　(1)實時數據采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。

　　(2)實時控制決策：對采集到的被控量進行數據分析和處理，并按已定的控制規律決定進一步的的控制過程。

　　(3)實時控制：根據控制決策，適時地對執行機構發出控制信號，完成控制任務。

　　4.計算機控制系統的特點

　　(1)結構上。

　　計算機控制系統中除測量裝置、執行機構等常用的模擬部件之外，其執行控制功能的核心部件是數字計算機，所以計算機控制系統是模擬和數字部件的混合系統。

　　(2)計算機控制系統中除仍有連續模擬信號之外，還有離散模擬、離散數字等多種信號形式。

　　(3)由于計算機控制系統中除了包含連續信號外，還包含有數字信號，從而使計算機控制系統與連續控制系統在本質上有許多不同，需采用專門的理論來分析和設計。

　　(4)計算機控制系統中，修改一個控制規律，只需修改軟件，便于實現復雜的控制規律和對控制方案進行在線修改，使系統具有很大靈活性和適應性。

　　(5)計算機控制系統中，由于計算機具有高速的運算能力，一個控制器(控制計算機)經常可以采用分時控制的方式而同時控制多個回路。

　　(6)采用計算機控制，如分級計算機控制、離散控制系統、微機網絡等，便于實現控制與管理一體化，使工業企業的自動化程度進一步提高。

　　二、計算機控制系統的工作原理

　　計算機控制系統包括硬件組成和軟件組成。

　　在計算機控制系統中，需有專門的數字-模擬轉換設備和模擬-數字轉換設備。

　　由于過程控制一般都是實時控制，有時對計算機速度的要求不高，但要求可靠性高、響應及時。

　　計算機控制系統的工作原理可歸納為以下三個過程：

　　(一)實時數據采集

　　對被控量的瞬時值進行檢測，并輸入給計算機。

　　(二)實時決策

　　對采集到的表征被控參數的狀態量進行分析，并按已定的控制規律，決定下一步的控制過程。

　　(三)實時控制

　　根據決策，適時地對執行機構發出控制信號，完成控制任務。

　　這三個過程不斷重復，使整個系統按照一定的品質指標進行工作，并對被控量和設備本身的異常現象及時作出處理。

　　在自動控制系統的實際工程中，經常需要檢測被測對象的一些物理參數，如溫度、流量、壓力、速度等，這些參數都是模擬信號的形式。

　　它們要由傳感器轉換成電壓信號，再經A/D轉換器變換成計算機能夠處理的信號。

　　同樣，計算機控制外設，如電動調節閥、模擬調速系統時，就需要將計算機輸出的數字信號經過D/A轉換器變換成外設能接受的模擬信號。

　　三、計算機控制系統在汽車檢測方面的應用

　　計算機控制系統所采用的形式與它所控制的生產過程的復雜程度密切相關，不同的被控對象和不同的要求，應有不同的控制方案。

　　計算機控制系統大致可分為以下幾種典型的形式。

　　它們是：操作指導控制系統;直接數字控制系統(DDC)，DDC系統屬于計算機閉環控制系統，是計算機工業生產過程中最普遍的一種應用方式;監督控制系統(SCC);分散控制系統(DCS)和現場總線控制系統。

　　對于計算機控制系統在汽車檢測方面的應用，我們需要從汽車管理檢測和汽車故障檢測兩方面來進行分析。

　　而這兩方面對于汽車性能很重要。

　　1.計算機控制系統在汽車管理檢測方面的應用

　　其實也就是常說的“多站點汽車檢測動態管理網絡系統”主要是利用計算機信息技術實現道路運輸管理部門對多個汽車檢測站的檢測數據進行實時傳輸與檢測結果的自動判斷，實現車輛二級維護備案，并實現對道路運輸車輛技術狀況的實時監控和道路運輸車輛相關信息的自動化傳輸，該系統還可以對汽車維修企業的二級維護車輛的一次檢驗合格率進行監控。

　　該系統采用分級分布式星型網絡結構，網絡各工作站點通過集線器相互連接構成檢測系統局域網絡，完成數據通信和信息傳輸;通過調制解調器能方便地與電話網連接，加入Internet國際互聯網，實現局域網與局域的遠程通信，從而構成廣域網。

　　其車輛檢測、辦理車輛技術等級評定和二級維護簽章實行封閉式自動檢測和流水作業辦公。

　　2.計算機控制系統在汽車故障檢測方面的應用

　　經過多年的發展，目前國內的汽車故障檢測維修行業已具相當規模。

　　大部分汽車綜合性能檢測站均采用了計算機控制系統，汽車維修企業也應用維修信息管理系統，一定程度上實現了檢測自動化和管理科學化。

　　(1)計算機控制系統可以為汽車故障檢測提供技術支持

　　通過計算機控制系統完善汽車行業整體信息化之后，維修企業就可以通過一個公共的專家數據庫查詢需要的維修技巧并將自身的工作經驗與同行共享;一個維修企業的配件儲存是有限的，但如果將每個維修企業甚至供應商的配件倉儲量、型號和規格等登入信息網，可以較好地解決企業配件短缺但一時難以購置的問題;為車主提供周到迅速的服務，應是每個維修企業追求的目標之一，車輛檢測不合格需要進廠維修時，維修企業可以通過網絡查詢到該車輛的原始檢測數據和汽車性能曲線，極大地提高維修效率和準確性。

　　同時，也能保證我們對于汽車安全方面的要求。

　　(2)計算機遠程故障控制系統對汽車行業的現實意義

　　目前我國汽車維修行業已經從完全依靠檢查者的感覺和實踐經驗進行診斷。

　　四、小結

　　近年來，隨著計算機技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、網絡與通信技術、微電子技術、CRT顯示技術、現場總線智能儀表、軟件技術以及自控理論的高速發展，計算機控制的技術水平大大提高，計算機控制系統的應用突飛猛進。

　　利用計算機控制技術，人們可以對現場的各種設備進行遠程監控，完成常規控制技術無法完成的任務，微型計算機控制已經被廣泛地應用于軍事、農業、工業、航空航天以及日常生活的各個領域。

　　可以說，21世紀是計算機和控制技術獲得重大發展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計算機控制的家庭主婦機器人，到處可見計算機控制系統的應用。

　　計算機控制技術的發展日新月異，作為現代從事工業控制和智能儀表研究、開發及使用的技術人員，必須不斷學習，加快知識更新的速度，才能適應社會的需要，才能在工業控制領域里繼續邀游。

　　參考文獻

　　[1]白誠禮，李小弘，程平民.計算機控制系統設計分析[J].通信出版社，2010(06).

　　[2]陸平慶，程小川，李小賴.淺談計算機控制技術的概述分析研究[J].計算機期刊，2011(07).

　　[3]李小平，張國龍，王小紅.關于計算機控制系統的控制過程之初探[J].計算機出版社，2011(01).