《计算机控制技术》PPT课件.ppt

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1、第二章 控制计算机数据通道概述计算机数据通道输入通道传感器调理电路输入接口输出通道输出接口驱动电路执行器2.1 数字量通道1）、数字量输入通道基本构成被测量传感器传输线接插件调理电路并行接口CPU2.1 数字量通道1）、数字量输入通道被测量：开关量、编码数字量传感器：开关触点开关、无触点开关调理电路：滤波、去抖、钳位、隔离、电平转换、信号类型转换并行输入接口2.1 数字量通道2）、数字量输出通道基本结构被控机构执行器传输线功率放大隔离与电平转换并行接口CPU接插件2.1 数字量通道2）、数字量输出通道隔离与电平转换：隔离器件/电平转换器件光电隔离器功率放大：大功率半导体器件、继电器执行机构：电

2、磁阀、直流电机、步进电机、2.2 模拟量通道1）、模拟量输入通道基本结构被测量传感器传输线接插件调理电路多路开关CPUAD接口采样保持器2.2 模拟量通道1）、模拟量输入通道被测量：可以转换为模拟量的参数传感器：原理：电位器、霍尔元件、热/光敏电阻、电容式、电感式、磁电式、应变片被测量：位移、压力、温度、力矩、变形数字控制系统中信号形式模拟信号采样信号阶梯模拟量数字信号2.2 模拟量通道1）、模拟量输入通道调理电路：放大：幅值放大、隔离放大器、测量放大器滤波：带通滤波、低通滤波非线性补偿：使信号线性化整形：斯密特触发器其他补偿：温漂、零漂I/V转换：电流/电压转换V/F转换：电压/频率转换电桥

3、：小变化量检测接口：多路开关A/D转换2.2 模拟量通道1）、模拟量输入通道误差分析误差类型随机误差、系统误差、异常数据相对误差、绝对误差A/D转换器相对误差/绝对误差绝对误差1LSB对应的被测量相对误差1/2n,n为转换器位数输入通道总误差估计传感器、调理电路、A/D转换器引入误差绝对值相加采样保持及孔径误差2.2 模拟量通道2）、模拟量输出通道基本结构被控机构执行器传输线功率放大/VI变换输出平滑滤波D/A接口CPU接插件极性转换2.2 模拟量通道2）、模拟量输出通道D/A接口模拟D/A、脉冲调制输出输出平滑滤波去掉阶梯功率放大/VI变换极性转换2.3 脉冲数字量通道1）、输入通道基本结构

4、被测量传感器传输线接插件调理电路定时计数器接口CPU2.3 脉冲数字量通道1）、输入通道被测量：转速、脉冲频率、脉宽、计数传感器：磁电、霍尔、光电调理电路：钳位、滤波、放大、整形、隔离2.3 脉冲数字量通道1）、输入通道脉冲数字量测量方法测频法单位时间内脉冲数测量误差绝对误差：一个脉冲相对误差：1/计数值测周期法一个脉冲时间内时钟计数测量误差据对误差：一个时钟单位相对误差：1/时钟计数孔径误差测量的是均值2.3 脉冲数字量通道1）、输入通道测量中的技术问题无脉冲情况（或周期过长）测周期法定时计数溢出零值频率过高情况测频法计数器溢出最大值测量方法的选择低速（低频）测周期相对误差较小，高速测频率相

5、对误差较小计算机中基本实现方法两个定时计数器：一个定时，一个计数2.3 脉冲数字量通道2）、输出通道基本结构频率发生器PWM2.4 数据处理1、误差分析误差类型：系统误差、随机误差、过失误差（异常数据）有效性检查：方差分析、极值分析、特征分析2.4 数据处理2、数字滤波限幅滤波算术平均值加权滤波中值滤波3、标度变换确定被测量与电量/数字量的对应关系标定：确定单位物理量与电量/数字量的关系2.4 数据处理4、非线性处理/数据变换/函数计算功能：测量过程使用的数字量与被测量的对应关系基本方法：查表法公式法/计算法线性插值2.5 计算机控制系统可靠性技术1、概述解决的问题：可靠工作时间、故障检测、故

6、障处理、容错控制可靠性：在规定条件下，规定时间内完成规定任务的能力。故障率：失效次数/总工作时间平均无故障时间：总工作时间/失效次数可靠度：2.5 计算机控制系统可靠性技术2、系统设计中影响可靠性的因素结构简化功能简化存储与计算能力热设计接插件机械特性气候环境2.5 计算机控制系统可靠性技术3、信号接地安全地、工作地接地方式：单点接地、多点接地浮地系统：设备地线不与大地连接模拟地/数字地：模拟信号地线模拟地；数字信号地线数字地大功率信号地/小信号地：屏蔽地：屏蔽层的接地计算机系统地线连接基本原则：尽量加宽、利用地线做屏蔽、板子周边地线向内扩展2.5 计算机控制系统可靠性技术4、屏蔽技术电场屏蔽

7、：抑制由于分布电容耦合产生的电场干扰，采用低电阻金属屏蔽层。磁场屏蔽：低频磁场干扰一般采用高导磁率材料作屏蔽，使磁路限定在屏蔽层中。电磁屏蔽：抑制高频电磁场的影响，用低电阻金属材料屏蔽层。2.5 计算机控制系统可靠性技术5、隔离技术抑制共地耦合引入的干扰。隔离原理6、长线传输效应长线传输影响：滞后、波形畸变/衰减、外界干扰敏感、分布参数影响。长线传输阻抗匹配线路阻抗：阻抗匹配2.5 计算机控制系统可靠性技术7、直流电源抗干扰技术地线电源线间并接电容功率较大器件加隔离电容保护电路8、软件可靠性技术2.6 故障自诊断1)故障自诊断基于计算机的控制系统在完成控制功能同时，对系统进行在线实时故障检测和

8、诊断2）硬件冗余/无硬件冗余的自诊断硬件冗余自诊断：除控制系统需要的硬件（传感器）外，增加专用于诊断的硬件（传感器）无硬件冗余的自诊断：不增加硬件，仅靠附加的软件完成故障自诊断。2.6 故障自诊断3）基于信号极值分析的故障诊断实际系统正常工作时，信号都有一个正常取值范围，当测量值超出范围，可以判定传感器通道故障，或相关总成故障为采用极值分析法应当使信号可读值范围在两边超过实际信号有效范围，如节气门传感器有效范围可取为：0.5V4.5V；AD输入为0V5V极值分析法优点：简单、有效，可与信号有效性检验同时进行故障自诊断4）信号逻辑分析通过信号之间存在的对应关系，确定是否出现故障和故障位置操纵/控

9、制信号与反馈的被控装置测量信号对应关系如倒档控制/状态与倒车信号相连总成之间联动装置测量信号之间的对应关系如有档时车速与输入轴转速逻辑分析与局部模型结合的方法如档位值、换档控制阀控制信号、输入轴与车速结合诊断故障故障自诊断5）信号谱特性分析通过信号的谱特性是否符合正常信号范围判定是否有故障信号的频谱范围信号的特定频率幅值基于信号处理的故障诊断方法缺点计算量大，不太适合实时嵌入式系统2.6 故障自诊断6）基于模型的故障诊断基本思想控制系统存有系统模型，在控制系统运行中不断测得系统的输入和输出，当系统没有异常时，同样的输入加到模型时，模型的计算输出应当与测量的输出值一至（只有随机误差）。通过检验测

10、量值与计算值的差别，可以判断是否发上故障-故障检测。如果根据测量值对系统进行辨识，可以通过辨识的参数判断故障原因（位置）-故障诊断控制器系统模型测量值被控系统一致性检验 计算值故障判断给定值偏差控制2.6 故障自诊断7）基于模型的AMT故障诊断汽车控制系统故障自诊断的优点硬件增加少，效果好成本低汽车的一些结构和工作特点有利于模型诊断方法应用（不利方面、有利方面）基于局部模型的故障诊断汽车动力传动系统在各种工作周期，总成的耦合和解耦2.6 故障自诊断8）动力传动系统构成与局部模型传动系统发动机空载模型离合器模型变速箱模型基于局部模型的诊断局部模型结果的校验：切断时计算和局部校验、联动时的相互校验故障自诊断7）基于人工智能的故障检测与诊断基于专家知识的诊断基于模糊逻辑的诊断基于神经网络的诊断在线、离线结合的诊断2.7 容错控制1）传感器故障时的容错控制2）执行机构故障时的容错控制