1、 工业系统驱动与控制工业系统驱动与控制 设计报告设计报告 设计设计内容与内容与要求要求 在某工业系统中，需要一个由计算机精确控制的施力装置，用来对某系统进 行力加载试验，请设计一个能够精确控制输出力为 180 公斤的工业控制系统。 要求要求： 1）使用本门课所学知识，按上述要求设计系统，画出系统组成框图， 并注明各个环节的输入和输出信号的形式； 2）简单描述系统的工作原理或过程； 3）列出系统及调试所用的仪器设备和主要器件； 4）画出软件流程框图； 5）改写 DRAWINGC.C 或 CONTOL_D.C 程序，实现控制； （将本课程所用采集 卡的位数改为 10 位，选用 13 路 AD 采集
2、通道，2 路 DA 控制输出通道） 附：附： 一、传感器型号为 XYL-1，指标如下： 1）量程：0200kg 2）工作电压为 10V 3）输出范围 020mV 4）传感器是线性的。 二、电压/力转换器（执行器） ：输入 010V，输出 0200 公斤，输出线性。 设计设计分析分析 首先针对题目进行分析可以看到， 本题具体要求可以抽象成一个比较简单的 工业问题，即如何通过数字控制以实现信号的稳定，快速，精确输出。结合本课 程的内容，可以基本确定其主体结构为一数字 PID 控制系统，通过 PID 反馈网络 对信号进行调节从而实现题设中压力的输出。故而整个系统执行流程大致如下: 图 1 系统工作流
3、程 在工控计算机中输入指定输出的压力F，例如本题为 180kg，由于题中压 力转换器的参数可知，输入 in u范围为 0-10V，输出 out F为 0-200kg，故而根据其 线性特性二者可以建立以下关系： outin Fku，其中 1 20Vkkg 。取该k值进行 线形计算可知 180kg压力对应电压为 9V,即我们需要通过采集卡输出 9V 电压。 从而工控计算机可以通过相应的数字/模拟转换函数对采集卡进行操作达到以上 目的。 当系统通过采集卡输出电压至电压/压力转换器后，将产生相应的压力作用 于受力物体上，但是受制于工业机械的性能问题，受力物体无法在较短时间内精 确接受到相应的压力，从而
4、影响了工业系统的性能。因此，我们在此引入反馈系 统进行调节。 利用压力传感器实时采集当前受力对象所受的压力并转换成电压信号输入 到采集卡中，注意，由于压力传感器的可用输出电压范围仅为 0-20mV，在采集 卡增益处理时需要选择比较大的增益倍数，否则无法精确地处理数据，或者可以 再此处加入比例放大电路来实现电压放大功能，但是会因此产生延迟。 通过采集卡的 AO 通道将电压返回工控计算机中，利用指定的 PID 算法进行 调整并再次输出，同时，在屏幕上绘制图像来判断压力信号是否在较短的时间内 到达稳定的输出值。 在该系统实现之前，需要针对具体的 PID 系统参数进行调试，从而达到最优 控制的效果。 通过以上流程可以基本实现 PID 程序控制。 主要设备器件主要设备器件 基本器件如下： IPC-610/RK-40610 工控计算机 1 台 PCL-812PG/ACL-8112PG 数据采集卡一块 PCLD-880 REV.A1 或 ACLD-9188 REV.B1 端子板一块 20pin 扁平电缆一条或 37pinD 形电缆一条 XYL-1 压力传感
