电工学习网

 找回密码
 立即注册

计算机控制系统的设计步骤

2015-4-9 08:49| 发布者: admin| 查看: 4058| 评论: 0

摘要:   1. 研究被控对象、确定控制任务  在进行系统设计之前,首先应该调查、分析被控对象及其工作过程,熟悉其工艺流程,并根据实际应用中存在的问题提出具体的控制要求,确定所设计的系统应该完成的任务。最后,采 ...
  1. 研究被控对象、确定控制任务
  在进行系统设计之前,首先应该调查、分析被控对象及其工作过程,熟悉其工艺流程,并根据实际应用中存在的问题提出具体的控制要求,确定所设计的系统应该完成的任务。最后,采用工艺图、时序图、控制流程等描述控制过程和控制任务,确定系统应该达到的性能指标,从而形成设计任务说明书,并经使用方的确认,作为整个控制系统设计的依据。
  2. 确定系统总体控制方案
  一般设计人员在调查、分析被控对象后,已经形成系统控制的基本思路或初步方案。一旦确定了控制任务,就应依据设计任务书的技术要求和已作过的初步方案,开展系统的总体设计。总体设计包括以下内容:
  ⑴ 确定系统的性质和结构
  根据系统的任务,确定系统的性质是数据采集处理系统,还是对象控制系统。如果是对象控制系统,还应根据系统性能指标要求,决定采用开环控制,还是采用闭环控制。
  ⑵ 确定执行机构方案
  根据被控对象的特点,确定执行机构采用什么方案,比如是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动,应对多种方案进行比较,综合考虑工作环境、性能、价格等因素择优而用。
  ⑶ 控制系统总体“黑箱”设计
  所谓“黑箱”设计,就是根据控制要求,将完成控制任务所需的各功能单元、模块以及控制对象,采用方块图表示,从而形成系统的总体框图。在这种总体框图上,只能体现各单元与模块的输入信号、输出信号、功能要求以及它们之间的逻辑关系,而不知道“黑箱”的具体结构实现;各功能单元既可以是一个软件模块,也可以采用硬件电路实现。
  ⑷ 控制系统层次以及硬件、软件功能划分
  根据控制要求、任务的复杂度、控制对象的地域分布等,确定整个系统是采用直接数字控制(DDC)、还是采用计算机监督控制(SCC),或者采用分布式控制,并划分各层次应该实现的功能。
  同时,综合考虑系统的实时性、整个系统的性能价格比等,对硬件和软件功能进行划分,从而决定哪些功能由硬件实现,哪些功能由软件来完成。
  在总体方案设计完成后,形成了系统组成的粗线条框图结构、硬件与软件划分等文件,供详细设计使用。
  3. 确定控制策略和控制算法
  一般来说,在硬件系统确定后,计算机控制系统的控制效果的优劣,主要取决于采用的控制策略和控制算法是否合适。
  每个特定的控制对象均有其特定的控制要求和规律,必须选择与之相适应的控制策略和控制算法,否则就会导致系统的品质不好,甚至会出现系统不稳定、控制失败的现象。在选择控制算法和控制策略时,应该注意以下几点:
  ⑴ 针对具体的控制对象和控制指标要求,选择合适的控制策略和控制算法,以满足控制速度、控制精度和系统稳定性等方面的要求。
  ⑵ 各种控制方法提供了一套通用的算法公式,但应用于具体对象控制时,应该有分析地选用,在某些情况下可以进行必要的修改和补充。
  4. 硬件详细设计
  计算机控制系统的硬件性能指标与控制系统的整体性能要求有关,主要包括:信号采集分辨率、采集精度、采集速度、采集信号的数量、种类和方式;信号输出形式和大小;对人机界面的要求;对抗干扰能力的要求等等。
  一般在完成系统总体设计后,过程的输入、输出通道及其处理方式就已基本确定,但最终确定则要等到控制算法选定之后,因为某些算法需要检测过程的一些内部参数。
  在明确了控制任务、确定了控制算法和所需过程通道的形式、数量及其处理方式之后,就应该选择需要的计算机系统。
  过程通道及接口设计
  控制台设计
  可靠性设计
  硬件调试
  5. 软件详细设计
  在计算机控制系统中,计算机除控制生产过程外,还要管理生产过程,一旦硬件系统确定了,整个系统的性能主要取决于软件的设计。控制系统对控制软件的要求是:
  -实时性 软件应该在对象允许的时间间隔内完成控制运算和处理,特别是对多回路系统的实时性问题更应该引起高度重视。为提高系统实时性,可以对实时性要求高的数据采集、控制运算和控制输出采用汇编语言编程处理,对实时性高或重要的信号或任务采用中断方式处理,并对控制算法和控制模型做合理的简化、对某些由软件实现的输入信号线性化工作采用表驱动处理等,以提高软件的运算速度。
  -可靠性 计算机控制系统的可靠性不仅依赖于硬件的高度可靠性,软件的可靠性同样非常重要。一般软件应该提供系统故障诊断功能,诊断功能一部分嵌入实时控制软件,在系统控制运行时进行实时的故障诊断,并作必要的处理;同时,也应提供专门的诊断软件,以便系统发生故障时作详细的故障检测与定位。
  -容错性 操作人员使用系统时,经常会发生误操作现象,软件应能作相应处理,保证系统的安全;对于系统的一些错误,如串行通讯的误码,能够识别、容错。软件设计时,必须充分考虑容错设计,如针对可能发生的串行通讯误码,采取冗余码传送,并在发生误码时采取重新发送等措施。
  -使用方便性 必须从软件角度提供很好的人机接口,如在显示装置上提供操作提示功能、帮助功能、演示功能等,使得系统的操作方便灵活。
  -可读性 设计软件应该简洁、明了、可读,采用结构化的模块式设计,提供完备的软件设计说明书和使用说明书,以便于软件的使用、维护和进一步改进。
  -简洁性 由于集成电路的集成越来越高、价格也越来越低,一般设计微机控制系统时,很少需要考虑软件占用的内存容量问题。但在某些场合,如要求控制装置具有很小的体积时,就必须考虑压缩软件代码占用的内存容量,以便使用尽可能少的存储器芯片。
  6. 系统仿真与调试
  硬件详细设计和软件详细设计完成后,就可以进行系统的总装,然后进入系统整体调试和仿真阶段。
  ⑴ 实验室硬件联调
  在系统总装后,首先要进行实验室条件下的硬件系统联调。如果硬件系统联调没有通过,软件联调就无法进行。事实上,正如硬件详细设计中所讲,并非是总装过后才进行硬件调试,而是边装边调。系统硬件的联调,可借助开发系统进行。
  ⑵ 实验室软件联调
  在硬件联调成功后,可以进行实验室条件的软件联调。在软件联调过程中,不但会发现软件错误,也会发现一些在硬件调试阶段未发现的硬件故障或设计缺欠,并予以修改。
  ⑶ 实验室系统仿真
  在硬件联调和软件联调完成后,还应在实验室条件下进行全系统的硬件、软件统调,也即通过模拟被控对象、控制系统工作的实际环境等,研究、分析系统性能,这就是所谓的系统仿真。
  通过仿真试验,可以评价控制系统性能,发现硬件和软件缺陷,并予以修改。
  7. 现场安装调试
  控制系统运到现场,经检查并安装正确后,即可投入试运行和调试。一般系统运行正常并试运行一段时间后,即可组织验收工作。

看过《计算机控制系统的设计步骤》的人还看了以下文章:

发表评论

最新评论

|电工学习网 ( )

GMT+8, 2018-11-21 05:56

Powered by © 2011-2018 www.diangon.com 版权所有 免责声明 不良信息举报

技术驱动未来! 电工学习网—专业电工基础知识电工技术学习网站。

栏目导航: 工控家园 | 三菱plc | 西门子plc | 欧姆龙plc | plc视频教程

返回顶部