第一篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與MATLEB仿真結(jié)合論文

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與MATLEB仿真論文

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化

年級(jí)：電氣三班

姓名：張杰

學(xué)號(hào)：11160321

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與MATLEB仿真結(jié)合論文

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)科。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、輸入輸出接口及通道、檢測(cè)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象以及相應(yīng)的軟件組成。它的特點(diǎn)是：①計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的混合系統(tǒng)。②計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有很好的靈活性和適應(yīng)性。③計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以看成是離散控制系統(tǒng)。④計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制效率非常的高。⑤計(jì)算機(jī)具有豐富的指令系統(tǒng)和很強(qiáng)的邏輯判斷能力，可以實(shí)現(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。

根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的控制功能和控制目的，可以將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為以下幾種類型。

① 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，這是一種開(kāi)環(huán)控制過(guò)程。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要人工操作，速度受到限制，不適合快速系統(tǒng)的控制和多個(gè)對(duì)象的控制。它一般用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研制初級(jí)階段，或者是用在新的數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)以及新程序的調(diào)試階段。② 直接數(shù)字控制系統(tǒng)，是一種閉環(huán)控制過(guò)程，計(jì)算機(jī)不僅能完全取代模擬控制器，實(shí)現(xiàn)多回路的控制，而且不改變系統(tǒng)的硬件電路，只通過(guò)改變程序就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如前饋控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制等。③ 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱SCC系統(tǒng)。有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式：一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)；另一種是SCC+DDC系統(tǒng)。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制方式的效果，主要取決生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)劣，而這個(gè)模型一般是針對(duì)一個(gè)目標(biāo)函數(shù)設(shè)定的，如果這個(gè)數(shù)學(xué)模型能使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，則這種控制方式就能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中SCC計(jì)算機(jī)輸出是控制的最優(yōu)給定值，不是人為給定的，因此這種控制系統(tǒng)又可以稱為給定值控制。④ 分布控制系統(tǒng)，也稱為集散控制系統(tǒng)。根據(jù)分布控制系統(tǒng)將控制功能分散，用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行不同的控制任務(wù)，把系統(tǒng)分三級(jí)管理：分散過(guò)程控制級(jí)、監(jiān)督級(jí)、管理級(jí)。⑤ 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)管理進(jìn)行優(yōu)化的生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)。他將企業(yè)的計(jì)劃、采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一考慮進(jìn)行優(yōu)化決策和最優(yōu)生成過(guò)程控制。已達(dá)到最高的生產(chǎn)效率和最低的生產(chǎn)成本以及產(chǎn)品質(zhì)量的高度可靠。

隨著生產(chǎn)力及生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求也逐漸提高。目前，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。1 集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是分散控制、集中管理。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析看，集散控制系統(tǒng)由三大基本部分組成，即分散過(guò)程控制裝置部分、集中操作和管理部分及通信系統(tǒng)部分。在集散控制系統(tǒng)中，一臺(tái)控制器控制一個(gè)回路或若干個(gè)回路這樣可以避免在采集中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，若計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，將對(duì)整個(gè)生產(chǎn)裝置或整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重后果的影響。集散控制系統(tǒng)中用一臺(tái)或幾臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行全面信息管理，這樣便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全局優(yōu)化。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)簡(jiǎn)稱CIMS，是在自動(dòng)化信息技術(shù)以及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，將工廠的全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)過(guò)程及生產(chǎn)材料和銷售等有機(jī)地集成起來(lái)，統(tǒng)一決策，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的制造系統(tǒng)。可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC，它吸收了微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)，發(fā)展迅速。如今的PLC無(wú)一例外地采用微處理器作為主控器，又才用大規(guī)模集成電路作為存儲(chǔ)器及I/O接口，其性能各方面都達(dá)到了比較成熟的地步，在工業(yè)界已經(jīng)普遍應(yīng)用。智能控制系統(tǒng)

智能控制是在無(wú)人干預(yù)的情況下能自動(dòng)地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展。智能控制技術(shù)的主要方法有模糊控制、基于知識(shí)的專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和集成智能控制等。常用的優(yōu)化算法有：遺傳算法、蟻群算法、免疫算法等。

智能控制主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

①工業(yè)過(guò)程中的智能控制

②機(jī)械制造中的智能控制

③電力電子學(xué)研究領(lǐng)域中的智能控制。

離散系統(tǒng)仿真

離散系統(tǒng)的最廣泛應(yīng)用形式是以數(shù)字計(jì)算機(jī)為控制器的數(shù)字控制系統(tǒng)。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器，按一定的采樣周期T轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字控制處理后，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器和保持器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)來(lái)控制被控對(duì)象，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。

離散控制系統(tǒng)在自動(dòng)控制領(lǐng)域中越來(lái)越多地被廣泛應(yīng)用，它具有以下基本特點(diǎn)：

① 以數(shù)字計(jì)算機(jī)為核心組成實(shí)際的控制器，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制要求，控制效果好，并可以通過(guò)軟件方式改變控制規(guī)律，控制方式靈活。② 數(shù)字信號(hào)傳輸可有效抑制噪聲，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。③ 可采用高靈敏度的控制元件，提高系統(tǒng)的控制精度。

④ 可用一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾個(gè)系統(tǒng)的分時(shí)控制，提高設(shè)備利用率，經(jīng)濟(jì)性好。

⑤ 便于組成功能強(qiáng)大的集散控制系統(tǒng)。

MATLEB語(yǔ)言是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語(yǔ)言。它集成度高，使用方便，輸入簡(jiǎn)捷，運(yùn)算高效，內(nèi)容豐富，并且很容易有用戶自行擴(kuò)展。與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，MATLEB具有以下顯著特點(diǎn)。

① MATLEB是一種解釋性語(yǔ)言。輸入算式即得出結(jié)果，無(wú)需編譯，對(duì)每條語(yǔ)句解釋后立即執(zhí)行。若有錯(cuò)誤也立即做出反應(yīng)，便于編程者馬上改正。

② 變量的“多功能性”（每個(gè)元素都看做復(fù)數(shù)，每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣）。③ 運(yùn)算符號(hào)的“多功能性”（所有的運(yùn)算都對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)有效）。④ 強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能（如果數(shù)據(jù)齊全，只需一條命令即可給出相應(yīng)的圖形）。⑤ 智能化程度高。

⑥ 語(yǔ)言規(guī)則與筆算式相似。

⑦ 功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。MATLEB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展部分。基本部分包括：矩陣的運(yùn)算和各種變換,代數(shù)和超越方程的求解，數(shù)學(xué)處理和傅里葉變換及數(shù)值積分等。

MATLAB仿真在工程上用來(lái)完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、性能評(píng)估、測(cè)試等工作。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)上用來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型、專業(yè)模型的模擬，復(fù)雜數(shù)值計(jì)算等工作。在大學(xué)，用來(lái)完成一些高等數(shù)值計(jì)算。在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，數(shù)值分析和預(yù)測(cè)等。

MATLAB的PID控制在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

PID控制器結(jié)構(gòu)和算法簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但參數(shù)整定比較復(fù)雜，利用MATLAB實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)整定及其仿真的方法，并分析比較比例、積分、微分控制。PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過(guò)Kp，Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。盡管不同類型的控制器，其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有三個(gè)：比例（P）控制、積分（I）控制和微分（D）控制。這幾種控制規(guī)律可以單獨(dú)使用，但是更多場(chǎng)合是組合使用。如比例（P）控制、比例-積分（PI）控制、比例-積分-微分（PID）控制等。

MATLEB仿真PID控制

例1：比例（P）控制：?jiǎn)挝回?fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gc（s）=1/(s+1)(2s+1)(5s+1),采用P控制，Kp=0.1,2.0,2.4,3.0,3.5，求單位階躍響應(yīng)，并繪制響應(yīng)曲線。

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

kp=2

tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

for i=1:5

G1=tf([kp*tou(i),kp],1)

sys=feedback(G1*G,1)

step(sys)

hold on

end 運(yùn)行結(jié)果為：

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 1 >> kp=2

kp =

>> tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

tou =

0

0.3000

0.7000

>> for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end

Transfer function: 2

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 3

Transfer function: 0.6 s + 2

Transfer function:

0.6 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8.6 s + 3

Transfer function: 1.4 s + 2

Transfer function:

3.0000

1.5000

1.4 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 9.4 s + 3

Transfer function: 3 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 11 s + 3

Transfer function: 6 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 14 s + 3 圖形為：

例2：比例微分（PD）控制:單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gc（s）=1/(s+1)(2s+1)(5s+1),采用PD控制，Kp=2，微分系統(tǒng)τ=0,0.3,0.7,1.5,3，求單位階躍響應(yīng)，并繪制響應(yīng)曲線。

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))kp=2 tou=[0,0.3,0.7,1.5,3] for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end 運(yùn)行結(jié)果：

>> G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 1

>> kp=2

kp =

>> tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

tou =

0

0.3000

0.7000

1.5000

>> for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end

Transfer function: 2

Transfer function:

3.0000-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 3

Transfer function: 0.6 s + 2

Transfer function:

0.6 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8.6 s + 3

Transfer function: 1.4 s + 2

Transfer function:

1.4 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 9.4 s + 3

Transfer function: 3 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 11 s + 3

Transfer function: 6 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 14 s + 3

圖形為：

例3繪制離散系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)曲線

num=[1];den=[1 1 1];[numd,dend]=c2dm(num,den,1);dstep(numd,dend)圖為：

數(shù)字PID控制的現(xiàn)實(shí)意義

目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。PID控制器可以用來(lái)控制任何可以被測(cè)量的并且可以被控制變量。比如，它可以用來(lái)控制溫度，壓強(qiáng)，流量，化學(xué)成分，速度等等。一些控制系統(tǒng)把數(shù)個(gè)PID控制器串聯(lián)起來(lái)，或是鏈成網(wǎng)絡(luò)。這樣的話，一個(gè)主控制器可能會(huì)為其他控制輸出結(jié)果。一個(gè)常見(jiàn)的例子是馬達(dá)的控制。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。但仍不可否認(rèn)PID也有其固有的缺點(diǎn)：PID在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)不確定的復(fù)雜過(guò)程時(shí)，工作地不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制復(fù)雜過(guò)程，無(wú)論怎么調(diào)參數(shù)都沒(méi)用。雖然有這些缺點(diǎn)，PID控制器是最簡(jiǎn)單的有時(shí)卻是最好的控制器。

MATLEB仿真技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，涉及科目廣，通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)使我對(duì)MATLEB了解更深，能更好的運(yùn)用所學(xué)的MATLEB。

第二篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計(jì)算機(jī)控制是自動(dòng)控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。自動(dòng)控制技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，控制品質(zhì)的要求越來(lái)越高，簡(jiǎn)單的控制理論有時(shí)無(wú)法解決復(fù)雜的控制問(wèn)題。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論發(fā)展，先進(jìn)的控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合推動(dòng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不斷前進(jìn)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)與傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、微電子技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表、軟件技術(shù)以及自控理論的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)水平大大提高，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用突飛猛進(jìn)。利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，人們可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成常規(guī)控制技術(shù)無(wú)法完成的任務(wù)，微型計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空航天以及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。可以說(shuō)，21世紀(jì)是計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)獲得重大發(fā)展的時(shí)代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計(jì)算機(jī)控制的家庭主婦機(jī)器人，到處可見(jiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為現(xiàn)代從事工業(yè)控制和智能儀表研究、開(kāi)發(fā)及使用的技術(shù)人員，必須不斷學(xué)習(xí)，加快知識(shí)更新的速度，才能適應(yīng)社會(huì)的需要，才能在工業(yè)控制領(lǐng)域里繼續(xù)邀游。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對(duì)象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。這里的計(jì)算機(jī)通常指數(shù)字計(jì)算機(jī)，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測(cè)裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對(duì)象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過(guò)電纜的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系；也可以是無(wú)線方式，如用紅外線、微波、無(wú)線電波、光波等進(jìn)行聯(lián)系。被控對(duì)象的范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程、機(jī)械裝置、交通工具、機(jī)器人、實(shí)驗(yàn)裝置、儀器儀表、家庭生活設(shè)施、家用電器和兒童玩具等。控制目的可以是使被控對(duì)象的狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)過(guò)程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)（通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)的輸入和輸出時(shí)數(shù)字信號(hào)，而現(xiàn)場(chǎng)采集到得信號(hào)或送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)大多是模擬信號(hào)，因此與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要有莫屬轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

計(jì)算機(jī)把通過(guò)測(cè)量元件、變送單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來(lái)的數(shù)字信號(hào)，直接反饋到輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)要求按偏差進(jìn)行運(yùn)算，所得到數(shù)字量輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)

定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)硬件指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備。硬件包括計(jì)算機(jī)、過(guò)程輸入輸出接口、人機(jī)接口、外部存儲(chǔ)器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計(jì)算機(jī)程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應(yīng)用軟件。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在這種應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測(cè)、處理、記錄及變量的超限報(bào)警，同時(shí)對(duì)這些變量進(jìn)行累計(jì)分析和實(shí)時(shí)分析，得出各種趨勢(shì)分析，為操作人員提供參考。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后將結(jié)果經(jīng)過(guò)過(guò)程輸出通道，作用到被控對(duì)象，從而使被控變量符合要求的性能指標(biāo)。與模擬系統(tǒng)不同之處在于，在模擬系統(tǒng)中，信號(hào)的傳送不需要數(shù)字化；而數(shù)字系統(tǒng)必須先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出控制信號(hào)也必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后才能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門跨學(xué)科以及應(yīng)用性、技術(shù)性、綜合性都很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程，要求具備較強(qiáng)的自動(dòng)控制理論、微型計(jì)算機(jī)原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)，要求掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理和分析設(shè)計(jì)方法，具備基本的設(shè)計(jì)技能，能夠設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。學(xué)習(xí)該課程對(duì)我們工科專業(yè)的學(xué)生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝

第三篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

一、填空題

1、所謂自動(dòng)控制，就是在沒(méi)有人直接參與的情況下，通過(guò)控制器使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理的三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制決策、實(shí)時(shí)控制輸出

3、實(shí)時(shí)性：是指工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定時(shí)間內(nèi)對(duì)外來(lái)事件作出反應(yīng)的特性。

4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型類型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工業(yè)計(jì)算機(jī)有哪些特點(diǎn)：可靠性高、實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、模塊化設(shè)計(jì)，完善的O/I通道、系統(tǒng)擴(kuò)充性好、系統(tǒng)開(kāi)放性好、控制軟件包功能強(qiáng)。

二、作圖題

1、作出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖

2、作出計(jì)算機(jī)制導(dǎo)控制系統(tǒng)（OIS）的系統(tǒng)框圖

三、問(wèn)答題

1、計(jì)算機(jī)總線大致可分為幾類？其內(nèi)部總線又可分為幾類？

2、簡(jiǎn)述smith預(yù)估控制的基本思想。

3、常見(jiàn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線體系結(jié)構(gòu)有哪幾種？

4、什么是數(shù)字濾波？常用的數(shù)字濾波有哪些方法？

5、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾來(lái)源有哪幾類？各類干擾又有哪些具體形式？

6、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義是什么？

四、論述題

1、論述DCS、FCS各自的含義是什么？

五、計(jì)算題

關(guān)于PID控制，要求：

1、寫出模擬PID控制器的控制規(guī)律及其傳遞函數(shù)。

2、推導(dǎo)出位置式數(shù)字PID的控制算式。

3、推導(dǎo)出增量式數(shù)字PID的控制算式。

關(guān)于模糊控制

六、設(shè)計(jì)題

現(xiàn)要求用80C51單片機(jī)處理A、B、C三個(gè)輸入信號(hào)，其中A為0-20V的交流信號(hào)，B為0-10mA的直流電流信號(hào)，C為0/24V的直流電壓開(kāi)關(guān)信號(hào)，要求得到A、B信號(hào)的幅值及C信號(hào)的狀態(tài)。其中ADC采用ASC0809。請(qǐng)補(bǔ)充必要的電子元器件，并將元器件正確連接（可用網(wǎng)絡(luò)符號(hào)）。

提示：交流信號(hào)？整流，開(kāi)關(guān)

第四篇：《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)》綜合設(shè)計(jì)論文

綜 合 設(shè) 計(jì)(論文)

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課 程 : 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)

院 系：

專業(yè)班級(jí)：

學(xué)生姓名：

學(xué) 號(hào)：

指導(dǎo)教師：

二〇一六年五月

華北電力大學(xué)綜合設(shè)計(jì)（論文）

摘要

本門課程的第1、2章為緒論和過(guò)程通道的內(nèi)容，講述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念、組成、類型以及模擬量輸入/輸出通道、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道。為培養(yǎng)鍛煉我們結(jié)合工程問(wèn)題獨(dú)立分析思考和解決問(wèn)題的能力，老師給出三道綜合設(shè)計(jì)的題目。

首先，設(shè)計(jì)了微機(jī)控制系統(tǒng)具體硬件電路及軟件控制邏輯流程框圖，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)液罐液位超限時(shí)報(bào)警并切斷工質(zhì)輸入/輸出通道的功能。然后，給出了熱電偶測(cè)量信號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償方式，并畫出現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)的冷端溫度補(bǔ)償方案的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。最后，分析了已知的現(xiàn)場(chǎng)64點(diǎn)模擬量信號(hào)輸入采樣電路的問(wèn)題，并作出了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)液罐液位；微機(jī)控制；熱電偶；冷端溫度補(bǔ)償；模擬量信號(hào)；采樣電路。

I

華北電力大學(xué)綜合設(shè)計(jì)（論文）

目 錄 綜合設(shè)計(jì)題1——儲(chǔ)液罐液位微機(jī)控制系統(tǒng)………………………………………………1 1.1 題目要求……………………………………………………………………………………1 1.2 總體方案……………………………………………………………………………………1 1.3 硬件電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………1 1.3.1 微處理器的最小配置模式………………………………………………………………1 1.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路……………………………………………………………………………3 1.3.3 報(bào)警和電磁閥驅(qū)動(dòng)電路…………………………………………………………………3 1.4 軟件控制邏輯流程框圖………………………………………………………………………4 2綜合設(shè)計(jì)題2——熱電偶測(cè)量信號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償………………………………………6 2.1題目要求……………………………………………………………………………………6 2.2 熱電偶測(cè)溫需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?shù)脑颉? 2.3 熱電偶測(cè)量信號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償方式…………………………………………………6 2.3.1 計(jì)算法……………………………………………………………………………………6 2.3.2 冰點(diǎn)槽法…………………………………………………………………………………6 2.3.3 補(bǔ)償導(dǎo)線法………………………………………………………………………………7 2.3.4 冷端溫度補(bǔ)償器…………………………………………………………………………7 2.3.5 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法……………………………………………………………………7 2.4 現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)的冷端溫度補(bǔ)償應(yīng)用方案……………………………………………………7 2.4.1 補(bǔ)償電橋法………………………………………………………………………………7 2.4.2 晶體管PN結(jié)補(bǔ)償法………………………………………………………………………8 2.4.3 集成電路補(bǔ)償法…………………………………………………………………………8 3綜合設(shè)計(jì)題3——模擬量信號(hào)輸入采樣電路設(shè)計(jì)…………………………………………9 3.1題目要求……………………………………………………………………………………9 3.2 采樣電路對(duì)應(yīng)的模入信號(hào)地址范圍………………………………………………………9 3.3 采樣譯碼電路……………………………………………………………………………10 3.3.1 存在的問(wèn)題………………………………………………………………………………10 3.3.2 解決問(wèn)題的方法及理由…………………………………………………………………10 3.4 改進(jìn)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………10 總結(jié)……………………………………………………………………………………………11 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………12 致謝……………………………………………………………………………………………1

3II

華北電力大學(xué)綜合設(shè)計(jì)（論文）

1綜合設(shè)計(jì)題1——儲(chǔ)液罐液位微機(jī)控制系統(tǒng)

1.1題目要求

某現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)液罐工藝流程如下圖所示，其中儲(chǔ)液罐液位采用微機(jī)自動(dòng)控制，H0為基準(zhǔn)液位，Hmax、Hmin分別為儲(chǔ)液罐液位的最大值和最小值。正常運(yùn)行狀態(tài)下液位H處于基準(zhǔn)液位H0附近，當(dāng)儲(chǔ)液罐液位超出Hmax或低于Hmin時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，并顯示液位高或低報(bào)警，同時(shí)微機(jī)發(fā)出控制指令，停止儲(chǔ)液罐工質(zhì)的輸入和輸出。設(shè)計(jì)該儲(chǔ)液罐液位微機(jī)控制系統(tǒng)具體硬件電路（包括AI、DO通道）及軟件控制邏輯流程框圖。

HmaxH工質(zhì)入H0基準(zhǔn)液位 Hmin工質(zhì)出

1.2總體方案

本儲(chǔ)液罐液位微機(jī)控制系統(tǒng)采用以微處理器為核心，配以外圍設(shè)備[1]以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控水位并在緊急情況下報(bào)警和采取措施的功能。原理如圖1-0所示。

地址鎖存器微處理器報(bào)警電路液位傳感器A/D 轉(zhuǎn)換器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路 圖1-0 微機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖

1.3硬件電路的設(shè)計(jì)

1.3.1微處理器的最小模式配置

因上學(xué)期學(xué)習(xí)了微機(jī)原理及應(yīng)用的課程，對(duì)8086微處理器的使用較為熟悉，故用之作為本控制系統(tǒng)的核心。

8086最小模式下的引腳功能[2]：

? AD15~AD0(16條)：地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線，雙向工作。? A19~A16/ S6~S3：地址/狀態(tài)復(fù)用線，輸出引腳。

華北電力大學(xué)綜合設(shè)計(jì)（論文）

? BHE/S7：數(shù)據(jù)高8位允許/狀態(tài)，輸出引腳。? ALE：地址鎖存允許，輸出引腳。? DEN：數(shù)據(jù)允許信號(hào)，輸出引腳。

? DT/R：數(shù)據(jù)發(fā)送/接收控制信號(hào)，輸出引腳。=1發(fā)送（=0接收）

? M/IO：存儲(chǔ)器/IO設(shè)備控制信號(hào)，輸出引腳。=1訪問(wèn)存儲(chǔ)器（=0訪問(wèn)I/O設(shè)備）? RD：讀信號(hào)，輸出引腳。低電平有效，表示將執(zhí)行讀操作。? WR：寫信號(hào)，輸出引腳。低電平有效，表示將執(zhí)行寫操作。? READY：存儲(chǔ)器或I/O端口準(zhǔn)備就緒信號(hào)，輸入引腳。=1，準(zhǔn)備就緒 ? RESET：復(fù)位信號(hào)，輸入引腳。至少要維持4個(gè)T的高電平才有效。? MN/MX：工作模式選擇信號(hào)，輸入引腳。=1最小模式（=0最大模式）

8086微處理器需要運(yùn)用分時(shí)復(fù)用技術(shù)，故需要增加地址鎖存器，I/O設(shè)備的選擇需要譯碼電路（使用3-8譯碼器）。連線如圖1-1所示。

U1212224***319RESETAD[0..15]READYA[16..19]INTA/QS1INTRALE/QS0HOLD/GT1BHEHLDA/GT0DT/R/S1TESTDEN/S2NMIRDMN/MXWR/LOCKCLKM/IO/S08086PROGRAM=yunxing.EXESRCFILE=yunxing.ASMAD[0..15]AD[16..19]ALEBHE1DT/RDENRDWRM/IO25342726322928A[0..19]U2AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD73478***D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A05A16A29A312A415A516A619A7U3U16A12A13A14123ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7***097Y0Y1Y2AD8AD9AD10AD11AD12AD13AD14AD***718111D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A85A96A109A1112A1215A1316A1419A15A15645E1E2E374HC138U4AD163AD174AD187AD198BHE1***D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A165A176A189A19BHE12151619 圖1-1 CPU8086的地址鎖存、譯碼電路

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1.3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

本門課程具體學(xué)習(xí)了ADC0809芯片的功能及接線并用之做過(guò)A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，但是基于Proteus軟件元件庫(kù)中不具有其的仿真模式，故使用與其相差無(wú)幾的ADC0808仿真。

ADC0808的引腳功能： ? IN0~IN7：8路模擬量輸入端。

? OUT1~OUT8：8位數(shù)字量輸出端。

? AL：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。

? START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0808復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。

? EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。

? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。

? CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。

? VREF（+）和VREF（-）：參考電壓輸入端。? Vcc：主電源輸入端5V。? GND：接地。

? ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。

液位傳感器輸出4-20mA的電流，通過(guò)一個(gè)250Ω的電阻將之轉(zhuǎn)化為1-5V的電壓，并輸入INT0端口，此模擬信號(hào)由ADC0808轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入8086做相關(guān)處理。連線如圖1-2所示。（輸出端OUT8為最低位，與8086連接時(shí)需注意。）

傳感器輸出4-20mAU1026272812345A0A1A2252423221216IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALEVREF(+)VREF(-)ADC0808CLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT***51417AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0U10(CLOCK)U6:A12WR3R7250R110k74HC02U6:B456RDY074HC02OE9 圖1-2 ADC0808的引腳接線電路

1.3.3報(bào)警和電磁閥驅(qū)動(dòng)電路

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本門課程具體學(xué)習(xí)了74LS374構(gòu)成的開(kāi)關(guān)量輸出通道，故使用其仿真。74LS374的引腳功能： ? D0~D7：數(shù)據(jù)輸入端。

? OE：三態(tài)允許控制端（低電平有效）。

? CP：時(shí)鐘輸入端，其接收到脈沖上升沿時(shí)，Q隨D而變。? Q0~Q7：輸出端。

采用常開(kāi)式電磁閥控制工質(zhì)入和工質(zhì)出，水位超限的時(shí)候，兩個(gè)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合即線圈通電使電磁閥關(guān)閉，達(dá)到切斷閥門的目的。水位超下限，點(diǎn)亮黃燈報(bào)警；水位超上限，則點(diǎn)亮紅燈報(bào)警。連線如圖1-3所示。

D3DIODERL25VD4DIODERL15V輸入電磁閥線圈輸出電磁閥線圈OUT0R31kQ1NPNOUT1R41kQ2NPNB112VB212VU5WRM/IOORAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD73478***U7D0D1D2D3D4D5D6D7OECLK74LS37474LS02Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619OUT0OUT1OUT2OUT3OUT2OUT3高位報(bào)警低位報(bào)警D1LED-REDD2LED-YELLOWU8:A21Y13R5100R6100 圖1-3 ADC0808的引腳接線電路

1.4軟件控制邏輯流程框圖

設(shè)以儲(chǔ)液罐的底部為基準(zhǔn)，則底部和頂部的高度對(duì)應(yīng)著差壓變送器輸出的4-20mA電流信號(hào)，即1-5V電壓信號(hào)。根據(jù)液位高度與輸出電流成線性關(guān)系，可求出Hmax、Hmin對(duì)應(yīng)的Umax、Umin。又根據(jù)公式N=256*U/Uref（Uref=+5V，U=模擬量，N=十進(jìn)制數(shù)字量），可求出Umax、Umin對(duì)應(yīng)的Dmax、Dmin。具體的流程圖如圖1-4所示。

華北電力大學(xué)綜合設(shè)計(jì)（論文）

開(kāi)始讀取ADC0808轉(zhuǎn)換的數(shù)字量DD<=DminYESNO關(guān)閉繼電器熄滅黃燈讀取ADC0808轉(zhuǎn)換的數(shù)字量DD>=DmaxYESNONOD<=DminYES啟動(dòng)繼電器點(diǎn)亮黃燈啟動(dòng)繼電器點(diǎn)亮紅燈圖1-4 軟件流程圖

讀取ADC0808轉(zhuǎn)換的數(shù)字量DYESD>=DmaxNO關(guān)閉繼電器熄滅紅燈

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2綜合設(shè)計(jì)題2——熱電偶測(cè)量信號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償

2.1題目要求

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有一溫度信號(hào)T，采用熱電偶測(cè)量，并將該測(cè)量信號(hào)由電纜送至模擬量輸入通道（AI），如下圖所示。解答以下問(wèn)題：

1）該熱電偶測(cè)量信號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償方式可采用哪幾種方法？原理是什么？

2）設(shè)計(jì)該熱電偶測(cè)量信號(hào)對(duì)應(yīng)的幾種現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)的冷端溫度補(bǔ)償應(yīng)用方案，并畫出設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)T冷端熱電偶信號(hào)電纜AI 通道

2.2熱電偶測(cè)溫需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?shù)脑?/p>

由熱電偶的測(cè)溫原理可知，產(chǎn)生的熱電勢(shì)E（t，t0）不僅隨熱端t變化，同時(shí)也要受到t0的影響。一般情況下，熱電偶的冷端溫度并不固定，而是隨室溫變化，這樣就使E也隨室溫變化。因此，要求對(duì)熱電偶的冷端溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以減小冷端溫度變化所引起的信號(hào)測(cè)量誤差[3]。

2.3熱電偶測(cè)量信號(hào)的冷端溫度補(bǔ)償方式

2.3.1計(jì)算法

根據(jù)中間溫度定律，有：E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0）。可用室溫計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度t0，從分度表中查取E（t0，0）的值，然后加上熱電勢(shì)E（t，t0）的值，得到E（t，0）的值，反查分度表即可得到準(zhǔn)確的被測(cè)溫度t的值。

此方法人工進(jìn)行冷端補(bǔ)償，在測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)使用很不方便，因此只適用于實(shí)驗(yàn)室。可利用熱電偶信號(hào)采集卡，并依靠軟件編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)冷端的自動(dòng)補(bǔ)償。把熱電勢(shì)信號(hào)通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線與采集卡的輸入端子連接，端子附近安裝有熱敏電阻，計(jì)算機(jī)采集各路熱電勢(shì)信號(hào)E（t，t0）和熱敏電阻信號(hào)，根據(jù)熱敏電阻信號(hào)可得到E（t0，0），則能夠求出E（t，0）的值。

2.3.2冰點(diǎn)槽法

將熱電偶的冷端置于冰水混合物中，使其溫度保持為恒定的0℃（在實(shí)驗(yàn)室條件下，通常把冷端放在盛有絕緣油的試管中，然后再將其放入裝滿冰水混合物的保溫容器中）。這時(shí)候熱電勢(shì)為E（t，0），可直接從分度表中查取溫度t值。

這是精度很高的參比端溫度處理方法，僅限于在實(shí)驗(yàn)室中的精確測(cè)量和檢定熱電偶時(shí)使用。

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2.3.3補(bǔ)償導(dǎo)線法

為了使冷端溫度保持恒定，可將熱電極做的很長(zhǎng)，使冷端連同測(cè)量?jī)x表一起放置到恒溫或溫度波動(dòng)比較小的地方。但這種方法使安裝使用不方便，而且可能耗費(fèi)許多貴重的金屬材料。因此，一般使用被稱為補(bǔ)償導(dǎo)線的連接線將冷端延伸出來(lái)，這種導(dǎo)線在一定溫度范圍內(nèi)（0～150℃）具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能。若是用廉價(jià)金屬制成的熱電偶，則可用其本身的材料作為補(bǔ)償導(dǎo)線。

2.3.4冷端溫度補(bǔ)償器

不平衡電橋（即冷端溫度補(bǔ)償器）由電阻R1、R2、R3和RCu組成，其中R1=R2=R3=1Ω，RCu是由溫度系數(shù)較大的銅線繞制而成的補(bǔ)償電阻。此橋串聯(lián)在熱電偶測(cè)量回路中，冷端與RCu感受相同的溫度，在20℃下RCu=1Ω即電橋平衡。當(dāng)冷端溫度變化時(shí)，RCu隨之改變，破壞了電橋平衡，產(chǎn)生的不平衡電壓△U與熱電勢(shì)相疊加，一起送入測(cè)量?jī)x表。如限流電阻RS的數(shù)值選擇合適，可使△U在一定溫度范圍內(nèi)基本上能補(bǔ)償冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。

2.3.5儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法

預(yù)先測(cè)量出冷端溫度，可直接將儀表機(jī)械零點(diǎn)從0處調(diào)到t0處，這相當(dāng)于預(yù)先給儀表輸入電勢(shì)E（t0，0），使得接入熱電偶后，儀表的輸入電勢(shì)為E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0），此時(shí)儀表指示值即為熱端溫度t。

這種方法一般用于對(duì)精確度要求不高的場(chǎng)合，并且適用條件為冷端溫度比較恒定和儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整方便。

2.4現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)的冷端溫度補(bǔ)償應(yīng)用方案

2.4.1補(bǔ)償電橋法

連接如圖2-1所示。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)T冷端熱電偶放大AI 通道ER圖2-1 補(bǔ)償電橋電路圖

原理： 2.2.4中有詳細(xì)說(shuō)明，在此不再贅述。

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2.4.2晶體管PN結(jié)補(bǔ)償法

連接如圖2-2所示。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫點(diǎn)T熱電偶放大冷端溫度補(bǔ)償電路AI 通道PN結(jié)

圖2-2 晶體管PN結(jié)電路圖

原理：當(dāng)恒定電流正向流過(guò)PN結(jié)時(shí)，其管壓降與溫度成線性關(guān)系，正向電壓隨溫度上升而下降，此管壓降可在一定范圍內(nèi)補(bǔ)償熱點(diǎn)勢(shì)的變化值[4]。

2.4.3集成電路補(bǔ)償法

連接如圖2-3所示。

熱電偶T冷端圖2-3 集成電路圖

集成測(cè)溫芯片

原理：隨著集成IC的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了專門針對(duì)熱電偶的串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它能獨(dú)立完成信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、線性化、A/D轉(zhuǎn)換及SPI串口數(shù)字化輸出功能，如MAX6675等。

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3綜合設(shè)計(jì)題3——模擬量信號(hào)輸入采樣電路設(shè)計(jì)

3.1題目要求

現(xiàn)場(chǎng)64點(diǎn)模擬量信號(hào)輸入采樣電路如下圖所示，整個(gè)電路由四個(gè)AD7506（A、B、C、D）芯片構(gòu)成，每個(gè)AD7506芯片可接入16點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)。解答下列問(wèn)題：

1）根據(jù)圖中譯碼電路，給出A、B、C、D四個(gè)AD7506采樣電路對(duì)應(yīng)的模入信號(hào)地址范圍； 2）分析該采樣譯碼電路存在哪些問(wèn)題，要解決這些問(wèn)題應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充哪些信號(hào)，為什么？ 3）該采樣電路若要實(shí)現(xiàn)對(duì)每路模入信號(hào)采樣地址唯

一、不出現(xiàn)與其他I/O接口或存儲(chǔ)器地址重疊問(wèn)題，應(yīng)如何改進(jìn)設(shè)計(jì)？請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)充畫出具體譯碼電路接線。（I/O接口譯碼的地址線為8位：A7-A0）。

3.2采樣電路對(duì)應(yīng)的模入信號(hào)地址范圍

由圖可知，通過(guò)地址信號(hào)A5-A0的譯碼選通實(shí)現(xiàn)對(duì)四片AD7506芯片的開(kāi)關(guān)控制，其中地址信號(hào)A4、A5用來(lái)實(shí)現(xiàn)片選控制，假設(shè)A7、A6均為0，則得到以下結(jié)果：

A : 00000000B-00001111B(A5、A4均為0時(shí)，芯片A被選通。)B : 00010000B-00011111B(A5為0而A4為1時(shí)，芯片B被選通。)C : 00100000B-00101111B(A5為1而A4為0時(shí)，芯片C被選通。)

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D : 00110000B-00111111B(A5、A4均為1時(shí)，芯片D被選通。)3.3采樣譯碼電路

3.3.1存在的問(wèn)題

該電路只考慮了對(duì)地址信號(hào)的譯碼選通，沒(méi)有考慮CPU的其余控制信號(hào)，例如R/W、I/O等信號(hào)，實(shí)際譯碼電路設(shè)計(jì)中CPU的這些控制信號(hào)也應(yīng)涵蓋到。

還有，此電路僅僅考慮按照所給I/O地址進(jìn)行的譯碼電路設(shè)計(jì)，其中電路在譯碼選通過(guò)程中是否會(huì)與系統(tǒng)中其他I/O地址或存儲(chǔ)器地址發(fā)生沖突尚未考慮。地址線為8位即A7-A0，但輸入采樣電路中只使用了6位地址線即A5-A0，則會(huì)出現(xiàn)地址重疊的現(xiàn)象。

3.3.2解決問(wèn)題的方法及理由

考慮CPU的其余控制信號(hào)，加入WR和M/IO。要解決地址重疊問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充A7和A6信號(hào)，因?yàn)橛萌g碼法做片外譯碼可避免地址重疊[5]。

——

——3.4改進(jìn)設(shè)計(jì)

S15S14A1514VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S15S141514BVCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S00S00ENEN—Y0—Y1—Y2—Y3—Y4譯—Y5碼器—Y6—Y7G1—G2A—G2B CBAVCCWRM/IOA7A6A5A4A3A2A1A03 – 8 AD7506CAD7506S15S14S0.........1514.........VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S15S14D1514VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0AD7506ENAD7506.........0S0.........0EN

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總結(jié)

通過(guò)本次完成綜合設(shè)計(jì)的作業(yè)，我對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容的理解和掌握有所加深，尤其是對(duì)于過(guò)程通道的使用和設(shè)計(jì)。

由于題目需要結(jié)合實(shí)際的工程情況，而現(xiàn)有階段我還沒(méi)有條件獲得現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，所以在完成過(guò)程中遇到了許多困難。但是通過(guò)查閱文獻(xiàn)、相關(guān)資料以及組織素材，我不僅僅獲得了解題的思路，更是了解了當(dāng)下較為實(shí)用新興的技術(shù)，不再只局限于課本上的有限知識(shí)。

總而言之，從一開(kāi)始的毫無(wú)頭緒、步步為難，到圓滿結(jié)束的歡欣雀躍，我收獲良多也感慨良多。我漸漸能夠運(yùn)用所學(xué)課程的基本理論和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)工程問(wèn)題和實(shí)際應(yīng)用任務(wù)的要求，進(jìn)行方案的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單評(píng)估。

除此之外，人生第一次正式地撰寫論文，有著種種陌生感，中間也碰過(guò)不少壁，最終還是找到相應(yīng)的規(guī)范，成功地完成了本篇論文。

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參考文獻(xiàn)

[1] 令朝霞．計(jì)算機(jī)液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011,04:140-141． [2] 馬平，姚萬(wàn)業(yè)，王炳謙編著．微機(jī)原理及應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002． [3] 常太華，蘇杰編著．過(guò)程參數(shù)檢測(cè)及儀表[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2009． [4] 包曄峰，單明東，楊可，蔣永鋒．基于PN結(jié)的熱電偶補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)[J]．電子測(cè)量技術(shù)，2010,11:10-13.[5] 李大中，周黎輝，焦嵩鳴編著．計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2009．

華北電力大學(xué)綜合設(shè)計(jì)（論文）

致謝

剛拿到綜合設(shè)計(jì)題的時(shí)候，真的不知道該從何下手。在李老師耐心的講解下，打開(kāi)了思路也找到了正確的方向，在與同學(xué)大量的討論下，解決了在細(xì)節(jié)處遇到的困難，才完成了自己的綜合設(shè)計(jì)論文。

另外，感謝老師給予我這樣一次機(jī)會(huì)，使我在結(jié)課前的的最后一段時(shí)間里，在壓力的驅(qū)使下，盡可能多地學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，提高獨(dú)立思考的能力。

最后，感謝所有在這個(gè)綜合設(shè)計(jì)期間給予我?guī)椭娜恕?/p>

第五篇：11級(jí)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)論文

鄭州交通職業(yè)學(xué)院

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)論文

論文題目 信號(hào)恢復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

所屬系別 信息工程系 專業(yè)班級(jí) 11級(jí)電子信息工程技術(shù)一班 姓

名 學(xué)

號(hào) 指導(dǎo)教師

撰寫日期 2012 年 12 月

.1.引言

計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，特別是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的出現(xiàn)，使得C++的軟件開(kāi)發(fā)得到了迅速普及。信號(hào)的采樣與恢復(fù)、采樣定理的仿真。通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號(hào)并生成其頻譜，然后對(duì)該連續(xù)信號(hào)抽樣，并對(duì)采樣后的頻譜進(jìn)行分析，最后通過(guò)設(shè)計(jì)低通濾波器濾出抽樣所得頻譜中多個(gè)周期中的一個(gè)周期頻譜，并顯示恢復(fù)后的時(shí)域連續(xù)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中，原連續(xù)信號(hào)的頻譜由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的連續(xù)，所以通過(guò)擴(kuò)大采樣點(diǎn)的數(shù)目來(lái)代替，理論上當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)無(wú)窮多的時(shí)候即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)，基于此盡可能增加采樣點(diǎn)數(shù)并以此來(lái)產(chǎn)生連續(xù)信號(hào)的頻譜。信號(hào)采樣過(guò)程中，通過(guò)采樣點(diǎn)的不同控制采樣頻率實(shí)現(xiàn)大于或小于二倍最高連續(xù)信號(hào)的頻率，從而可以很好的驗(yàn)證采樣定理。信號(hào)恢復(fù)，濾波器的參數(shù)需要很好的設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)將抽樣后的信號(hào)進(jìn)行濾波恢復(fù)原連續(xù)信號(hào)。

一 設(shè)計(jì)目的與要求

1.1、設(shè)計(jì)目的

1.對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，在滿足采樣定理和不滿足采用定理兩種情況下對(duì)連續(xù)信號(hào)和采樣信號(hào)進(jìn)行FFT頻譜分析。

2.從采樣信號(hào)中恢復(fù)原信號(hào)，對(duì)不同采樣頻率下的恢復(fù)信號(hào)進(jìn)行比較分析。

1.2、設(shè)計(jì)要求

設(shè)有一信號(hào)Xa(t)=EXP-1000|t|,計(jì)算傅立葉變換，分析其頻譜，并在精度為1/1000的條件下，分別取采樣頻率為F=5000Hz,F=1000Hz,繪出對(duì)應(yīng)的采樣信號(hào)的時(shí)域信號(hào)波形頻譜圖。

實(shí)現(xiàn)信號(hào)時(shí)域分析和頻譜分析以及濾波器等有關(guān)Matlab函數(shù)。寫好總結(jié)、程序、圖表、原理、結(jié)果分析。

二、設(shè)計(jì)原理

本次論文設(shè)計(jì)主要涉及采樣定理、傅里葉變換、信號(hào)時(shí)域分析和頻譜分析的相關(guān)內(nèi)容的相關(guān)知識(shí)。

.2.2.1、傅里葉變換

(1)對(duì)于一個(gè)非周期函數(shù)f（t），如果在（－∞，＋∞）滿足下列條件： ①、f（t）在任一有限區(qū)間上滿足狄利克雷條件；

②、f（t）在（－∞，＋∞）上絕對(duì)可積（如下積分收斂），則有下式的傅立葉積分成立：

(2)f(t)滿足傅立葉積分定理?xiàng)l件時(shí)，下圖①式的積分運(yùn)算稱為f(t)的傅立葉變換，②式的積分運(yùn)算叫做F(ω)的傅立葉逆變換。F(ω)叫做f(t)的象函數(shù)，f(t)叫做 F(ω)的象原函數(shù)。

(3)傅里葉變換在數(shù)字信號(hào)處理中的意義

傅立葉變換是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域一種很重要的算法。傅立葉變換將原來(lái)難以處理的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成了易于分析的頻域信號(hào)（信號(hào)的頻譜），可以利用一些工具對(duì)這些頻域信號(hào)進(jìn)行處理、加工。最后還可以利用傅立葉反變換將這些頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)域信號(hào)。

本次論文設(shè)計(jì)用到的是快速傅里葉變換（FFT），快速傅氏變換（FFT），是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。用matlab軟件應(yīng)用快速傅里葉變換（FFT）算法編一段程序可以很方便地對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析，對(duì)數(shù)字信號(hào)處理和分析提供了極大的便利，在實(shí)際應(yīng)用中有廣泛的指導(dǎo)意義。

.3.三、實(shí)驗(yàn)仿真及恢復(fù)

1、仿真結(jié)果

圖1.指數(shù)信號(hào)采樣與頻譜

2、采樣信號(hào)的恢復(fù)

將采樣信號(hào)恢復(fù)成原信號(hào)，可以用低通濾波器。低通濾波器的截止頻率fc應(yīng)當(dāng)滿足n.實(shí)驗(yàn)中采用低通濾波器原理圖如圖2.3所示

圖2.濾波電路

采樣信號(hào)的恢復(fù)后的信號(hào)的波形和頻譜，如圖2.4所示.由于條件有限圖形不算清晰，所使用的儀器有待改進(jìn)。

.4.圖3.恢復(fù)后的信號(hào)和頻譜

可傳輸函數(shù)G(jw)理想低通濾波器不是真的將原模擬信號(hào)恢復(fù)出來(lái)，這只是一種理想恢復(fù)。

因?yàn)?/p>

理想低通濾波的輸入與輸出

四、仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)比不同采樣頻率下的信號(hào)恢復(fù)圖，我們不難看到，當(dāng)采樣頻率不滿足采樣

.5.定理的要求時(shí)，得到的頻譜圖出現(xiàn)了嚴(yán)重的失真，而當(dāng)采樣頻率滿足大于信號(hào)最高截止頻率的2倍時(shí)，得到的頻譜即是原連續(xù)信號(hào)頻譜的周期延拓，這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了信號(hào)采樣定理的正確性。

五、總結(jié)

這次設(shè)計(jì)我們對(duì)以前所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，通過(guò)進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，有了更深的了解，本次設(shè)計(jì)是用matlab軟件編一段程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了很多東西。使我們對(duì)采樣定理的一些基本公式得到了進(jìn)一步鞏固。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，查閱了很多相關(guān)知識(shí)，從這些書籍中我們受益良多。在學(xué)習(xí)MATLAB知識(shí)的基礎(chǔ)之上，又進(jìn)一步熟悉了MATLAB的各函數(shù)功能，同時(shí)學(xué)會(huì)利用MATLAB實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的時(shí)域、頻域間的變換，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的最初目的，其次，在掌握了數(shù)字信號(hào)處理理論知識(shí)的前提下，我還學(xué)會(huì)如何將理論與實(shí)踐更好的結(jié)合，以及熟練的將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

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