第7章 计算机控制系统软件设计

《第7章 计算机控制系统软件设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章 计算机控制系统软件设计（84页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、 软件是工业控制机的程序系统，软件是工业控制机的程序系统，它可分为系统软件和应用它可分为系统软件和应用软件。软件。 所谓应用软件就是面向控制系统本身的程序，它是根据系所谓应用软件就是面向控制系统本身的程序，它是根据系统的具体要求，由用户自己设计的。统的具体要求，由用户自己设计的。1.1.模块化程序设计模块化程序设计2.2.结构化程序设计结构化程序设计一个完整的程序设计过程可以用左图来说一个完整的程序设计过程可以用左图来说明。明。 首先要分析用户的要求，这大约占整个程首先要分析用户的要求，这大约占整个程序设计工作量的序设计工作量的10%10%；然后编写程序的说明，这大约也占然后编写程序的说明，这

2、大约也占10%10%；接着进行程序的设计与编码，这大约占接着进行程序的设计与编码，这大约占30%30%左右，其中设计与编码几乎各占左右，其中设计与编码几乎各占15%15%；最后进行测试和调试，这要花费整个程序最后进行测试和调试，这要花费整个程序设计工作量的设计工作量的40%40%以上。以上。 240H240H 计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。组态和软件组态。 硬件组态常以总线式硬件组态常以总线式(PC(PC总线或总线或STDSTD总线总线) )工业控制机为主进工业控制机为主进行选择和配置。行选择和配置。 工业控

3、制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件控制软件 。 组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：控制组态、图形生成系统、显示组态、控制组态、图形生成系统、显示组态、I IO O通道登记、单位名通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8 8个方个方面的内容。面的内容。 计算机控制系统的画面显示一般分为三级即总貌画面、组貌计算机控制系统的画面显示一般分为三级即总貌画面、组貌画面、回路画面。若想构成这些

4、画面，就要进行显示组态操作。画面、回路画面。若想构成这些画面，就要进行显示组态操作。 显示组态操作包括选择模拟显示表、定义显示表及显示登记显示组态操作包括选择模拟显示表、定义显示表及显示登记方法等操作。方法等操作。 返回返回返回返回返回 传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用A AD D转换器转换器把模拟信号变成数字信号，读入计算机中。把模拟信号变成数字信号，读入计算机中。 对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有的处理有线性化处理、标度变换和误差自动校准线性化处理、标度变换和

5、误差自动校准。 RVV)(010 xxxx 采用这种方法测得的采用这种方法测得的V V与放大器的漂移和增益变化无关，与与放大器的漂移和增益变化无关，与V V和和R R的精度也无关。这样可大大提高测量精度，降低对电路器的精度也无关。这样可大大提高测量精度，降低对电路器件的要求。件的要求。 xxyyRR 数字控制器算法的工程实现中，应注意的问题，由以下五数字控制器算法的工程实现中，应注意的问题，由以下五部分给出部分给出 : : (2) (2)外给定状态外给定状态 当软开关当软开关CLCLCRCR切向切向CRCR位置时，给定值来自上位计算机、主位置时，给定值来自上位计算机、主回路或运算模块。这时系统

6、处于外给定状态。在此状态下，可以回路或运算模块。这时系统处于外给定状态。在此状态下，可以实现以下两种控制方式。实现以下两种控制方式。 SCCSCC控制控制: :当软开关当软开关CASCASSCCSCC切向切向SCCSCC位置时，接收来自上位置时，接收来自上位计算机的给定值位计算机的给定值SVSSVS，以便实现二级计算机控制。，以便实现二级计算机控制。 串级控制串级控制: :当软开关当软开关CASCASSCCSCC切向切向CASCAS位置时，给定值位置时，给定值SVSSVS来自主调节模块，实现串级控制。来自主调节模块，实现串级控制。 (3) (3)给定值变化率限制给定值变化率限制 为了减少给定值

7、突变对控制系统的扰动，防止比例、积分为了减少给定值突变对控制系统的扰动，防止比例、积分饱和，以实现平稳控制，需要对给定值的变化率饱和，以实现平稳控制，需要对给定值的变化率SRSR加以限制。加以限制。变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不到限制变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不到限制的目的。的目的。 综上所述，在给定值处理中，共具有三个输入量综上所述，在给定值处理中，共具有三个输入量(SVL(SVL，SVCSVC，SVS)SVS)，两个输出量，两个输出量(SV(SV，CSV)CSV)，两个开关量，两个开关量(CL(CLCRCR，CASCASSCC)SCC)，一个变化率，一

8、个变化率(SR)(SR)。为了便于。为了便于PIDPID控制程序调用这些量，控制程序调用这些量，需要给每个需要给每个PIDPID控制模块提供一段内存数据区，来存储以上变量。控制模块提供一段内存数据区，来存储以上变量。3 3输入补偿输入补偿 根据输入补偿方式根据输入补偿方式ICMICM状态，决定偏差状态，决定偏差DVCDVC与输入补偿量与输入补偿量ICVICV之间的关系，即之间的关系，即 当当ICM=0ICM=0，代表无补偿，此时，代表无补偿，此时CDV=DVCCDV=DVC； 当当ICM=1ICM=1，代表加补偿，此时，代表加补偿，此时CDV=DVC+ICV;CDV=DVC+ICV; 当当IC

9、M=2ICM=2，代表减补偿，此时，代表减补偿，此时CDV=DVC-ICV;CDV=DVC-ICV; 当当ICM=3ICM=3，代表置换补偿，此时，代表置换补偿，此时CDV=ICVCDV=ICV。 利用加、减输入补偿，可以分别实现前馈控制和纯滞后补利用加、减输入补偿，可以分别实现前馈控制和纯滞后补偿偿(Smith)(Smith)控制。控制。4 4非线性特性非线性特性 为了实现非线性为了实现非线性PIDPID控制或带死区的控制或带死区的PIDPID控制，设置了非线控制，设置了非线性区性区-A-A至至+A+A和非线性增益和非线性增益K K，非线性特性如图所示。即，非线性特性如图所示。即 当当K=0

10、K=0时，则为带死区的时，则为带死区的PIDPID控制；控制； 当当0 0K K1 1时，则为非线性时，则为非线性PIDPID控制；控制； 当当K=1K=1时，则为正常的时，则为正常的PIDPID控制。控制。 偏差处理数据区共存放一个输入补偿量偏差处理数据区共存放一个输入补偿量ICVICV，两个输出量，两个输出量DLADLA和和CDVCDV，两个状态量，两个状态量D DR R和和ICMICM，以及四个参数，以及四个参数DLDL、-A-A、+A+A和和K K。 112121nnq112121nnq)1 (logminmax21 xxn)11 (021Dlogn)1 (logminmax21uun

11、执行机构的最大输入值为执行机构的最大输入值为u umaxmax最小输入值为最小输入值为u uminmin灵敏度为灵敏度为 1.1.测控系统软件的基本要求测控系统软件的基本要求（1 1）易理解、易维护）易理解、易维护指软件系统容易阅读和理解，容易发现和纠正错误，容易修指软件系统容易阅读和理解，容易发现和纠正错误，容易修改和补充。改和补充。（2 2）实时性）实时性要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。要求系统及时响应外部事件的发生，并及时给出处理结果。（3 3）可测试性）可测试性两方面含义：其一是比较容易制定出测试准则，并根据这些准两方面含义：其一是比较容易制定出测试准则，并根据这些