計算機控制技術課件三-資料下載頁

　　

【正文】 ~FFH表示 0V~+5V的模擬信號。 在由雙極性信號組成的閉環定值控制系統中，設給定信號為 R，采樣輸入信號為 Z，則偏差值 E = R Z。因為 R 和 Z 的值對應的是雙極性信號，所以偏差值 E 也是 雙極性信號 ，因此在參加運算前也必須進行預處理才能保證最終結果的正確。 預處理的規則：如果偏差值的絕對值大于 80H（此為無符號數），則偏差信號取最大值，即信號極性為 第三章 常用控制程序設計 負時取 00H，信號極性為正時取 FFH。否則，將運算結果直接作為 偏差信號 。 2．輸入、輸出信號分為單雙極性 在控制系統中，有時會出現輸入信號和給定信號是單極性的，即數字量 00H~FFH對應同極性的信號，如 0~+5V；而輸出信號則要求是雙極性的，即數字量00H~FFH對應的是雙極性的，如 5V~＋ 5V。 這類系統的數據預處理與雙極性的輸入輸出系統的方法相同，由于系統的輸入是單極性的，因此不必判斷極性，只需根據偏差值的大小和符號判斷即可。系統的數據預處理程序流程圖如圖 32所示。 第三章 常用控制程序設計 第三章 常用控制程序設計 數據字長的預處理 在計算機控制系統中經常會出現數據字長不一致的情況。如有的系統采用 12位 A/D轉換器 采樣數據，而輸出采用 8位 D/A轉換器 ；有的系統使用 8位 A/D轉換器進行采樣，而為了提高計算的精度，采用 雙字節運算程序計算。為了滿足不同的精度要求，數據在進行 數字濾波 、標度變換 和 控制運算 后必須對數字量的位數加以處理。 1. 輸入位數大于輸出位數 當輸入器件的 分辨率 高于輸出器件時，如采用 10位A/D轉換器采樣，而 CPU把處理后的 10位二進制數通過 8位 D/A轉換器輸出，就會出現輸入位數大于輸出位數的情況。 第三章 常用控制程序設計 對輸入位數大于輸出位數的處理方法就是忽略高位數的最低幾位。如： 10位 A/D轉換器 的輸入值為0011111010， 此值經處理后送入 8位 D/A轉換器 的值就變為 00111110。這在計算機中通過向右移位的方法是很容易實現的。 由于 10位 A/D轉換器的 采樣分辨率 要比 8位 A/D轉換器高的多，因此，雖然舍去了最低的兩位數會產生一定的誤差，但這一誤差仍比采用 8位輸入 8位輸出系統的誤差小。 2．輸入位數小于輸出位數 當輸入器件的分辨率比輸出器件低時，如采用 8位 A/D轉換器采樣，而通過 10位 D/A轉換器進行輸出，就會出現輸入位數小于輸出位數的情況 第三章 常用控制程序設計 輸入位數小于輸出位數的最好處理方法是：將 8位數左移兩位 構成 10位數 ， 10位數的最低兩位用 “ 0”填充。如； 轉換前的 8位輸入值 為： ； 轉換后的 10位輸出值 為： 00。 這種處理方法的優點在于構成的 10位數接近 10位A/D轉換器的 滿刻度值 ，其誤差在 10位數字量的 3個步長電壓之內 。 第三章 常用控制程序設計 電機控制程序設計 中小功率直流電機調速原理 開環脈沖調速系統 帶方向控制的脈沖調速系統 返回本章首頁 第三章 常用控制程序設計 中小功率直流電機調速原理 設電機在額定電壓下的轉速為 Vmax， 控制信號的占空比 D= t /τ（ 其中 t代表通電時間 ， τ代表脈沖周期 ） ， 則電機的的轉速和控制信號的關系可用如下公式表示： V=Vmax D （ 310） 返回本節 第三章 常用控制程序設計 開環脈沖調速系統 1. 開環脈沖調速系統原理 開環脈沖調速系統的原理如圖 340所示 。 第三章 常用控制程序設計 圖 341是一個單片機控制的開環脈沖調速系統示意圖。 +5 VVC CPA 1PA 7PA 6PA 5PA 4PA 3PA 2PA 0PB 7PC 5P 0 .7~AD 0 7~GD PWM 電機80 3181 55第三章 常用控制程序設計 2. 開環脈沖調速系統程序設計 脈沖寬度的調制可通過軟件延時法實現 。 設定圖 341中 8155的地址為 7 F00H， PA、 PC口為基本輸入口 ， PB口為基本輸出口 。 則調速系統的軟件延時法程序流程圖如圖 342所示 。 開 始啟動電機否？8 1 55 初始化啟動電機讀開關數停止運行否？延時1延時2關斷電機是是否否返 回取正轉模型起始地址檢測控制標志位第三章 常用控制程序設計 軟件延時法的程序清單： MOV DPTR,7F00H ； 設置 8155命令寄存器地址 MOV A,06H MOVX @DPTR,A ； 設置 PA、 PB、 PC口的工作方式 MOV DPTR,7F03H ； 指向 PC口 CHECK: MOVX A,@DPTR ； 檢測是否啟動電機 JNB ， CHECK ； 繼續檢測 TURN: MOV DPTR,7F01H ； 設置 PA口地址 MOVX A,@DPTR ； 讀開關數 N 第三章 常用控制程序設計 MOV B,A ； 保存 N INC DPTR ； 指向 PB口 MOV A,80H MOVX @DPTR,A ； 啟動電機 MOV A,B ； 延時 N個單位時間 MOV R7,A DELA1: ACALL DELAY DJNZ R7,DELA1 MOV A,00H 第三章 常用控制程序設計 MOVX @DPTR,A ； 輸出停止脈沖 MOV A,B CPL A ； 求 255N MOV R7,A ； 延時 255N個單位時間 DELA2: ACALL DELAY DJNZ R7,DELA2 INC DPTR ； 指向 PC口 MOVX A,@DPTR ； 檢測是否停止運行 JB TURN ； 繼續運行 ， 轉 TURN OFF: RET ； 停止運行 返回本節 第三章 常用控制程序設計 在很多場合下，不僅要求電機能夠正向旋轉，而且還能反向旋轉。電機旋轉方向控制原理圖如圖343所示。 + A+DCS 1S 4S 2S 3MO TO R S E RV O.. 第三章 常用控制程序設計 由圖 343可以看出 ， 當開關 S1和 S4閉合時 ， 電機正向旋轉；開關 S2和 S3閉合時 ， 電機反向旋轉；開關 S3和 S4閉合時 ，電機繞組被短路處于剎車狀態；所有開關都打開時 ， 電機處于自由滑行狀態 。 電機的工作狀態真值表如表 36所示 。 第三章 常用控制程序設計 雙向電機控制系統原理圖如圖 344所示 。 + AMO TOR..IG BTIG BTIG BTIG BT光電隔離P P P P +2 8V第三章 常用控制程序設計 雙向電機的脈沖調速控制 ， 首先要判斷電機的旋轉方向 ，根據要求的方向輸出相應的控制代碼 ，然后再進行脈沖寬度調速控制 。 控制程序流程圖如圖 345所示 。 返回本節 開 始取運行狀態控制代碼正轉否？取正轉模型起始地址取反轉模型起始地址反轉否？剎車否？取剎車代碼輸出剎車代碼輸出控制代碼延時1輸出滑行控制代碼延時2返 回是是是否否否第三章 常用控制程序設計 轉速和轉向的檢測 ? 霍爾元件 ? 當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。 第三章 常用控制程序設計 ? 2 、光電式傳感器 ? 光電式傳感器利用的是光電效應。將發光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。 ? 利用光電式傳感器制作的光電式接近開關可以檢測各種物質，但是對于流體的檢測誤差較大。 第三章 常用控制程序設計 ? 3 光電碼盤（光電編碼器） ? 光電編碼器是通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。此外，為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差 90度的兩路脈沖信號。 第三章 常用控制程序設計 （ 1）增量式光電碼盤 工作原理： 圓盤上有明暗相間的光柵，兩邊分別裝有光源和光敏接收元件。圓盤轉動時，光敏接收部分接到光，輸出高電平；接收不到光，輸出低電平，因此產生一連串脈沖。 只要對脈沖進行計數，就可知道旋轉軸的轉速。為了測量旋轉軸的轉向，通常有兩路脈沖 A、 B。如果 A超前 B，電機正轉，反之，電機反轉。 同時，還有一路脈沖信號 Z，一圈只有一個脈沖。 第三章 常用控制程序設計 第三章 常用控制程序設計 第三章 常用控制程序設計 第三章 常用控制程序設計 ? 增量式光電碼盤只能測出相對于零位置的位置增量，以每次上電時的位置為位置零點，因此沒有固定零點。存在零點累計誤差，抗干擾較差，接收設備的停機需斷電記憶，開機應找零或參考位等問題，這些問題如選用絕對型編碼器可以解決。 ? 應用：測速，測轉動方向，測移動角度、距離 (相對 )。 第三章 常用控制程序設計 ? （ 2）絕對值式光電碼盤 ? 絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以 2線、 4線、 8線、 16 線 …… 編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從 2的零次方到 2的n1次方的唯一的 2進制編碼（格雷碼），這就稱為 n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。 第三章 常用控制程序設計 ? 絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。 ? 旋轉單圈絕對值編碼器，以轉動中測量光電碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉范圍 360度以內的測量，稱為單圈絕對值編碼器。 ? 如果要測量旋轉超過 360度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器。 第三章 常用控制程序設計 雙向直流電機控制系統設計舉例 第三章 常用控制程序設計 第三章 常用控制程序設計 ? MOV DX， 287H ? MOV AL， 74H ? OUT DX， AL；寫入控制字，計數器 1工作于分頻方式 2 ? MOV DX， 285H ? MOV AX， N1 ? OUT DX， AX；寫入計數器 1的 16位計數初值 N1，控制 PWM周期 ? MOV DX， 287H ? MOV AL， 0B2H ? OUT DX， AL；寫入控制字，計數器 2工作于單穩態觸發方式 1 ? MOV DX， 286H ? MOV AX， N1 ? OUT DX， AX；寫入計數器 2的 16位計數初值 N2，控制 PWM寬度 第三章 常用控制程序設計 步進電機控制 步進電機的工作原理 步進電機控制系統 步進電機控制程序的設計 返回本章首頁 第三章 常用控制程序設計 ? 電脈沖信號轉換為角位移，不需要 A/D ? 體積小、扭力大 ? 步距角變化大，精度高 ? 實現瞬間啟、停，控制靈敏度非常高 ? 停止狀態下，仍具有激磁保持力，保持停止位置 第三章 常用控制程序設計 步進電機的工作原理 步進電機的結構原理圖如圖 346所示。 返回本節 第三章 常用控制程序設計 A、 B、 C依次通電，步進電機轉一個齒距角的位置。如果步進電機轉子的齒數為 Zr，其齒距角 θr就可表示為：