最新直接數(shù)字控制系統(tǒng)教學(xué)講義PPT課件.ppt

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1、直接數(shù)字控制系統(tǒng)本章要點(diǎn)◇直接數(shù)字控制系統(tǒng)的構(gòu)成◇過(guò)程輸入輸出技術(shù)及數(shù)據(jù)處理方法◇數(shù)字PID控制技術(shù)及數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)◇數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法◇監(jiān)控組態(tài)軟件本章學(xué)習(xí)目標(biāo)◇理解直接數(shù)字控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理及特點(diǎn)◇掌握模擬量、數(shù)字量輸入輸出技術(shù)◇深刻理解數(shù)字濾波及數(shù)據(jù)處理方法◇熟練掌握數(shù)字PID控制算法及改進(jìn)算法◇掌握單回路、串級(jí)、前饋控制策略的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法◇理解數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法◇了解監(jiān)控組態(tài)軟件的功能及應(yīng)用第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)11.1直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)11.3數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理11.4數(shù)字PID控制技術(shù)

2、11.5數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)11.6數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法11.7監(jiān)控組態(tài)軟件11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)DDC系統(tǒng)的輸入輸出通道是計(jì)算機(jī)和傳感器、執(zhí)行器之間的信息傳遞和變換裝置。是連接控制計(jì)算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的橋梁和紐帶。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)11.2.1概述過(guò)程通道模擬量輸入通道（AI）模擬量輸出通道（AO）開(kāi)關(guān)量輸入通道（DI）開(kāi)關(guān)量輸出（DO）通道過(guò)程通道過(guò)程輸入輸出通道的結(jié)構(gòu)第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2控制輸入輸出通道技術(shù)模板式模塊式模塊式結(jié)構(gòu)：模板式結(jié)構(gòu)：(a)混合集中式(b)分離分布式模擬量

3、輸入通道(AI)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制、自動(dòng)測(cè)試、計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療診斷、機(jī)器人等科學(xué)研究時(shí)必需的模擬數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。它把各類傳感器從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的模擬量信號(hào)如溫度、壓力、流量、物位、成分等轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)。建立模擬量輸入通道的目的，通常是為了進(jìn)行參數(shù)測(cè)量或數(shù)據(jù)采集。它的核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理機(jī)的接口。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)11.2.2模擬量輸入通道模擬量輸入通道一般包括：信號(hào)調(diào)理電路、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)組成部分。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)1.模擬

4、量輸入通道的結(jié)構(gòu)多路共用采集電路分時(shí)采集第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)多路同步取樣共用A/D分時(shí)采集多通道同步采樣分時(shí)傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)將多路參數(shù)分時(shí)送入計(jì)算機(jī)。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)2.模擬量輸入通道的組成⑴信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)由傳感器或檢測(cè)儀表、變送器輸入的模擬信號(hào)，可能是電壓或電流信號(hào)，幅值范圍往往和A/D轉(zhuǎn)換器的量程不匹配，而且一般含有噪聲信號(hào)，因此需要進(jìn)行放大、濾波、隔離保護(hù)等處理，稱為信號(hào)調(diào)理。⑵多路開(kāi)關(guān)單向多路開(kāi)關(guān):AD7501(8路)、AD7506(16路)等；雙向多路外關(guān)：C

5、D4051等;單端輸入:CD4051是單端8通道;雙端輸入:CD4052是雙4通道;多路輸入多路輸出:CD8816等。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)⑶采樣保持器在A/D轉(zhuǎn)換器工作期間采樣保持器一直保持著轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)的輸入值，因而能抑制由放大器干擾帶來(lái)的轉(zhuǎn)換噪聲，提高模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精確度和消除轉(zhuǎn)換時(shí)間的不準(zhǔn)確性。高速采樣(如5000～10000點(diǎn)／秒)必須采用采樣保持器。在低速系統(tǒng)中一般可以省略。采樣保持器的工作方式第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)⑷A/D轉(zhuǎn)換器在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，被測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量

6、、液位、成分等都是連續(xù)變化的模擬量，而計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)只能是數(shù)字量，所以在進(jìn)入計(jì)算機(jī)之前，必須把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（也即A/D轉(zhuǎn)換）。A／D轉(zhuǎn)換器即是完成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，在一般情況下，模擬量是指電壓。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)3.模擬量輸入通道A/D轉(zhuǎn)換器的選擇⑴A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)分辨率是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化量的技術(shù)指標(biāo)，是數(shù)字量變化一個(gè)字所對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)的變化量。其大小取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，所以習(xí)慣上以數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示。量化誤差是由A/D轉(zhuǎn)換器有限字長(zhǎng)數(shù)字量對(duì)輸入模擬量進(jìn)行離散取樣（量

7、化）引起的誤差，其大小在理論上為一個(gè)單位（1LSB）。量化誤差和分辨率是統(tǒng)一的，即提高分辨率可以減小量化誤差。①分辨率與量化誤差第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)程輸入輸出通道技術(shù)轉(zhuǎn)換精度反映了一個(gè)實(shí)際A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值，用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差來(lái)表示。②轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換速率是指A/D轉(zhuǎn)換器在每秒鐘所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。轉(zhuǎn)換速率也可表述為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即A/D轉(zhuǎn)換從啟動(dòng)到結(jié)束所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間互為倒數(shù)。③轉(zhuǎn)換速率④滿刻度范圍滿刻度范圍是指A/D轉(zhuǎn)換器所允許的最大輸入電壓范圍。滿刻度值只是個(gè)名義值，實(shí)際的A／D轉(zhuǎn)換器的最

8、大輸入電壓值總比滿刻度值小1/2n（n為轉(zhuǎn)換器的位數(shù)）。第11章直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述11.2過(guò)