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长春理工大学电子教案-计算机控制系统第十章
第 10 章计算机控制系统的设计与实施
通过前面的介绍,我们已经掌握了计算机控制系统各部分的工作原理、硬件和软件技术
以及控制算法,因而具备了设计计算机控制系统的条件。计算机控制系统的设计,既是一个
理论问题,又是一个工程问题。计算机控制系统的理论设计包括:建立被控对象的数学模型;
确定满足一定技术经济指标的系统目标函数,寻求满足该目标函数的控制规律;选择适宜的
计算方法和程序设计语言;进行系统功能的软、硬件界面划分,并对硬件提出具体要求。进
行计算机控制系统的工程设计,不仅要掌握生产过程的工艺要求,以及被控对象的动态和静
态特性,而且要熟悉自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。
本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现。
计算机控制系统设计原则与步骤
计算机控制系统设计原则
尽管计算机控制系统的对象各不相同,其设计方案和具体技术指标也千变万化,但在系
统的设计与实施过程中,还是有许多共同的设计原则与步骤,这些共同的原则和要求在设计
前或设计过程中都必须予以考虑。
1. 操作性能好,维护与维修方便
对一个计算机应用系统来说,所谓操作性能好,就是指系统的人机界面要友好,操作简
单、方便、便于维护。为此,我们在设计整个系统的硬件和软件时,都应处处为用户想到这
一点。
例如,在考虑操作先进性的同时要兼顾操作工以往的操作习惯,使操作工易于掌握;考
虑配备何种系统和环境,能降低操作人员对某些专业知识的要求;对硬件方面,系统的控制
开关不能太多、太复杂,操作顺序要尽量简单,控制台要便于操作人员工作,尽量采用图示
与中文操作提示,显示器的颜色要和谐,对重要参数要设置一些保护性措施,增加操作的鲁
棒性等,凡是涉及人机工程的问题都应逐一加以考虑。维修方便要从软件与硬件两个方面考
虑,目的是易于查找故障、排除故障。
硬件上宜采用标准的功能模板式结构,便于及时查找并更换故障模板。模板上还应安装
工作状态指示灯和监测点,便于检修人员检查与维修。在软件上应配备检测与诊断程序,用
于查找故障源。必要时还应考虑设计容错程序,在出现故障时能保证系统的安全。
2. 通用性好,便于扩展
过程计算机控制系统的研制与开发需要一定的投资和周期。尽管控制的对象千变万化,
长春理工大学电子教案-计算机控制系统第十章
但若从控制功能上进行分析与归类,仍然可以找到许多共性。如计算机控制系统的输入输出
信号统一为 0~10mA DC 或 4~20mA DC;控制算法有 PID、前馈、串级、纯滞后补偿、预
测控制、模糊控制、最优控制等。因此,在设计开发过程计算机控制系统时就应尽量考虑能
适应这些共性,就必须尽可能地采用标准化设计,采用积木式的模块化结构。
在此基础上,再根据各种不同设备和不同控制对象的控制要求,灵活地构造系统。一般
来说,一个计算机应用系统,在工作时能同时控制几台设备。但是,在大多数情况下,系统
不仅要适应各种不同设备的要求,而且也要考虑在设备更新时,整个系统不需要大的改动就
能立即适应新的情况。
这就要求系统的通用性要好,而且必要时能灵活地进行扩充。例如,尽