computer control

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设定值 控制器 D/A 执行 机构 被控 对象 A/ D 计算机 被控变量 + 图 1.1 计算机闭环控制系统结构图 测量变送

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计算机控制系统的工作原理 (1) 实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经 A/D 转换后进行处理。 (2) 实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。 (3) 实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经 D/A 转换后驱动执行机构，完成控制任务。 上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上 可归纳为以下三个步骤：

1.2.1 数据采集系统:

1.2.1 数据采集系统 计算机承担数据的 采集 和 处理 工作。 数据采集系统对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录以及变量的超限报警 同时对变量进行累计和实时分析。 1.2.2 直接数字控制系统（ DDC ） 计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测 根据变量，按照一定的控制规律进行运算 其结果经过输出通道，作用到控制对象。

1.2.3　计算机监督控制系统(SCC):

采用计算机代替模拟仪表控制，只要 改变程序 就可以对控制对象进行控制，因此计算机可以控制几百个回路，并可以对上下限进行监视和报警。 工业生产现场环境恶劣，干扰频繁，直接威胁着计算机的可靠运行。因此，必须采取抗干扰措施。 1.2.2 直接数字控制系统（ DDC ） 1.2.3 计算机监督控制系统 (SCC) DDC 级微机完成生产过程的直接数字控制； SCC 级微机进行优化分析计算，产生最优化设定值。

1.2.4　分级控制系统:

1.2.4 分级控制系统 生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理问题。 由若干台微处理器或微机分别承担部分控制任务，代替了集中控制的计算机。 这种系统的特点 是将控制功能分散，用多台计算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集中管理。

1.2.5　集散控制系统 :

➢ 集散控制系统是一种典型的 分级分布式控制 结构。 ➢集散控制系统有计算机控制系统 控制算法先进、精度高、响应速度快的优点． 又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的优点。 ➢集散控制系统容易实现复杂的控制规律，系统是积木式结构，结构灵活，可大可小，易于扩展。 1.2.5 集散控制系统

1.2.6 现场总线控制系统:

1.2.6 现场总线控制系统 现场总线控制系统 (FCS) ，是新一代分布式控制结构，采用工作站 - 现场总线智能仪表的二层结构模式。 例 2-2 设计扩展板上的 I/O 译码电路，每个接口芯片的内部端口数目为 4 个，并且端口地址可选范围为 300H-31FH 。

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A 2 A 3 A 4 A 5 AEN A Y 0 B Y 1 C Y 2 Y 3 G 2 A Y 4 G 2 B Y 5 G 1 Y 6 Y 7 A 0 A 1 A 2 A 3 B 0 B 1 B 2 B 3 A=B A<B A=B A>B A 6 A 7 A 8 A 9 V CC DIP S 0 S 1 S 2 S 3 S 0 S 1 S 2 S 3 =0011 Y 0 对应芯片端口地址 : 0011 0000 00** （ 300—303H ） Y 1 对应芯片端口地址 : 0011 0000 01** （ 304—307H ） Y 2 对应芯片端口地址 : 0011 0000 10** （ 308—30BH ） … Y 7 对应芯片端口地址 : 0011 0001 11** （ 31C—31FH ）

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2. 为什么要设置接口电路 ? (1) 解决主机 CPU 和外围设备之间的时序配合和通信联络问题； (2) 解决 CPU 和外围设备之间的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择 问题 ； (4) 接口电路可实现端口的可编程功能以及错误检测功能。 设计 某微机系统地址总线为16位，实际存贮器容量为16KB, ROM和RAM区各占8KB。其中ROM区采用2KB的EPROM芯片，RAM采用容量为1KB的静态RAM芯片。试设计该存储器的地址译码器。

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（ 1 ）根据系统中实际存储器容量，确定存储器在整个寻址空间中的位置。 64KB : 0000H~FFFFH 16KB : 0000H~3FFFH RAM(8KB) : 2000H~3FFFH EPROM(8KB) : 0000H~1FFFH

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芯片号 类型 与容量 地址范围 芯片号 类型 与容量 地址范围 1 ROM 2KB 0000~07FFH 7 RAM 1KB 2800~2BFFH 2 ROM 2KB 0800~0FFFH 8 RAM 1KB 2C00~2FFFH 3 ROM 2KB 1000~17FFH 9 RAM 1KB 3000~33FFH 4 ROM 2KB 1800~1FFFH 10 RAM 1KB 3400~37FFH 5 RAM 1KB 2000~23FFH 11 RAM 1KB 3800~3BFFH 6 RAM 1KB 2400~27FFH 12 RAM 1KB 3C00~3FFFH （ 2 ）根据所选存储芯片的存储容量，画出地址分配图或列出地址分配表

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（ 3 ）根据地址分配图或分配表确定译码方法并画出相应的地址位图 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9~A0 0 0 0 0 0 0000~07FFH （片 1 ） 0 0 0 0 1 0800~0FFFH （片 2 ） 0 0 0 1 0 1000~17FFH （片 3 ） 0 0 0 1 1 1800~1FFFH （片 4 ） 0 0 1 0 0 0 2000~23FFH （片 5 ） 0 0 1 1 2400~27FFH （片 6 ） 0 0 1 0 1 0 2800~2BFFH （片 7 ） 0 0 1 1 2C00~2FFFH （片 8 ） 0 0 1 1 0 0 3000~33FFH （片 9 ） 0 0 1 1 3400~37FFH （片 10 ） 0 0 1 1 1 0 3800~3BFFH （片 11 ） 0 0 1 1 3C00~3FFFH （片 12 ） RAM 内译码 二次译码 RAM 片选译码 ROM 区 RAM 区 ROM 内译码 一次译码 译码允许 ROM 片选译码

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（ 4 ） 选用合适器件，画出译码电路图。 用 138 译码器完成一次译码，用适当逻辑门（或门）完成二次译码，则得到地址译码电路： 74LS138 A B C (1) (2) (3) (4) ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1 1 (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) A 11 A 12 A 13 A 14 A 15 +5V A 10 .

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例：某测温系统 0~100℃, 求① 测量精度 1℃ 。转换时间≯ 1ms 选择 A/D 芯片； ② 测量精度 0.2℃ ，转换时间≯ 0.5s 。 ① 7 位可以满足，选 8 位逐次逼近式或串行 A/D ② 选 10 位以上。选双积分抗干扰能力强。

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3.4.3 A/D 转换器接口技术 ADC0809 与 PC 总线工业控制机接口 ADC0809 8255A 分频 GND CLK V CC IN 0 . . . IN 7 V ref(-) V ref(+) +5V D 7 D 0 . . . . . . PA 0 PA 7 OE EOC START ALE C B A PC 7 PC 3 PC 2 PC 0 PC 1 CLK 接 PC 总 线 +5V 图 3-17 ADC0809 与 PC 总线工业控制机接口

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采集 ADC0809 8 路模拟量的程序。假定在主程序中完已成对 8255A 的初始化编程，并已装填了 ES 和 DS ，使它们有相同的段值，系统分配给 8255A 的地址为 2C0H~2C3H 。 8255A 的 A 组和 B 组都工作于方式 0 ，端口 A 为输入口，端口 C 上半部分为输入而下半部分为输出口。 ADC0809 PROC NEAR MOV CX, 8 CLD MOV BL, 00H LEA DI, DATABUF NEXTA: MOV DX, 02C2H MOV AL.BL OUT DX,AL INC DX MOV AL, 00000111B OUT DX, AL NOP NOP NOP MOV AL, 00000110H OUT DX, AL DEC DX NOSC: IN AL,DX JEST AL, 80H JNZ NOSC NOEOC: IN AL, DX TEST AL, 80H JZ NOEOC MOV DX, 02C0H IN AL, DX STOS DATABUF INC BL LOOP NEXTA RET ADC0809 ENDP 8255A 按位置位 / 复位命令字： 特征位 (D7=0) 不用（ D5D4D3) C 口位选择 (D3D2D1) 置位 / 复位（ D0 ） 置 START ALE 高电平 (1) 置 START ALE 低电平 (2) (3) (4) 时序

3.5.1 模拟量输入通道的组成:

变 送 器 I/V 变 换 多路 转换 器 A/D 转换 器 采样 保持 器 接口 逻辑 电路 PC 总 线 . . . . . . . . . 模拟输入通道 过程参数 图 3-22 模拟量输入通道的组成结构 3.5.1 模拟量输入通道的组成 4~20mA 0~10mA

3.5.2 I/V变换:

3.5.2 I/V 变换 图 3-24 有源 I/V 变换电路 A ＋ － R 1 R 3 R 2 R 4 R 5 C I V R 1 R 2 C I V +5V 图 3-23 无源 I/V 变换电路 精密电阻 V i A=1+R 4 /R 3 V=R 2 *I V=A*R 1 *I 输入阻抗高，输出阻抗低 输出限流，保护运放

4.1 数字控制器的连续化设计技术:

双线性变换法： （ 5-2 ） 4.1 数字控制器的连续化设计技术 前向差分法： （ 5-3 ） 后向差分法： （ 5-4 ）

4.1 数字控制器的连续化设计技术:

(5-5) 2. 数字控制器的连续化设计步骤 (4) 设计由计算机实现的控制算法 4.1 数字控制器的连续化设计技术 (5-6) (5-7) 数字控制器 D(z) 的控制算法

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工程二阶法设计数字控制器例题 [ 例题 ] 设被控对象由两个惯性环节组成传递函数为： 采样周期 T=1 秒，试用工程二阶设计法设计数字控制器 D （ Z ）及递推算法

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由公式（ F01 ）与（ F02 ）以及系统的控制传递函数，显然 由自动控制原理知 Ti=2, 又由公式（ F02 ）有

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比较上式的同幂系数得 所以 工程二阶法设计数字控制器例题

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这里采用前向差分法进行离散，有 工程二阶法设计数字控制器例题

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由 D(z) 的定义有 显然 即 亦即 工程二阶法设计数字控制器例题

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对上式求 Z 逆变换，有 这就是数字控制器的递推算式 工程二阶法设计数字控制器例题