控，有助于克服振荡，减小超调量，让系统趋于稳定。但微分环节对输入信号的噪声很敏感，对噪声较大的系统最好不要采用微分控制，当然也可以在微分作用前进行滤波处理。适当选择微分常数，可以使微分作用达到最优。数字控制算法随着计算机的发展，微机开始进入控制领域，为控制带来了革新技术，人们将模拟控制规律引入到数字计算机中，对模拟控制规律进行离散化，就可以用软件来实现控制，成为数字控制。数字控制算法可以分为位置式控制算法和增量式控制算法。位置式控制算法计算机控制与传统的模拟量控制不同，它是采用种采样控制，只能根据采样时刻的偏差值进行计算控制。不能像模拟量控制那样连续输出控制量进行连续控制。因此，对模拟量控制中的积分项和微分项必须先进行离散化处理。根据数字信号处理相关知识可知，离散化处理离散采样时间对应着连续时间其中为采样序号，为采样周期，用求和的形式代替积分，以增量的形式代替微分，可进行近似变换得到式中，为采样序号为第次采样时刻的输入偏差值为第次采样时刻的输入偏差值为微分常数为控制常量。当采样周期足够小，上述计算结果可以达到足够精确，离散控制过程可近似看成为连续控制过程。上述过程采用了全部控制量，因此被称为全量式或位置式控制算法。因为是全量输出，所以每次输出结果均与过去状态有关，计算式对进行累加，工作量大且控制器输出的对应的执行机构的实际位置，在控制器出现故障时，如果输出发生大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，可能造成严重的生产事故。增量式控制算法增量式是指数字控制器的输出只是控制量的增量，当执行器需要的控制量是增量而不是位置时，可以使用增量式算法进行控制。由式可得控制器在第个采样采样时刻的输出值为由和相减并整理，可得到增量式控制算法公式为式中，,上式中，还可以写成下面的形式式中，由式可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期，旦确定了，只要使用前后三次测量的偏差值即可，就可以求出控制增量，与位置式算法相比，计算量小得多，因此在实际应用中应用广泛。系统控制原理液位系统是个基于模拟信号的控制系统。由液位测量变送器水泵变频电机水箱等设备组成，液位测量变送器测量水箱的水位高度范围为,对应输出的电压信号，该信号送给内，将该液位电压信号作为块的值，与设定值相减，在块内进行积分比例微分运算后，最后输出电压信号到水泵变频电机信号对应水泵变频电机的频率，控制变频器的转速，控制出水量，从而达到控制水位高度的目的。硬件连接要进行软件设计，首先应该做的工作是在软件中进行硬件配置，本设计所涉及到的硬件包括背板模块通行模块模拟量输入模块模拟量输出模块。考虑到所使用设备为实验室整体设备。所以本设计没有卸载掉未用的模块。在中进行硬件配置如图所示。图的硬件配置要进行硬件之间电压的信号传输，则需建立与软件的通信。本设计采用以太网进行通信。以太网有如下优点应用广泛以太网是应用最广泛的计算机网络技术，所以发展较为成熟。通信速率高目前，的快速以太网已开始广泛应用，以太网技术也逐渐成熟，比传统的现场总线最高速率高得多。资源共享能力强随着的发展，以太网已渗透到各个角落，在互联网的任何台计算机上都能浏览工业控制现场的数据，实现控管体化，这是其他现场总线不能比拟的。可持续发展潜力大用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这点，任何现有的现场总线技术也是无法比拟的。同时，机器人技术智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。本设计进行以太网通信进行相关配置。首先把的临时设置成。然后进行如图和图所示配置。图网络配置图网络配置需要对模拟量输入输出模块进行通道的选择并设置相应的参数。本设计模拟量输入模块采用的通道，能够检测到到的电压，如图所示。输出模块采用通道，能够输出到的电压进行控制水泵变频电机，如图所示。图模拟量输入参数配置图模拟量输出参数配置软件设计根据实际情况，分配地址，如表所示。该系统的软件设计流程图如图所示。表程序地址及变量表主程序模块主程序调用两个块，个为初始化块，另个为块。如图所示。图系统软件设计流程图地址变量名描述备注比例参数积分参数微分参数设定值采样周期启停控制模拟量信号采集值电压输入模拟量信号输出值电压输出开始初始化参数计算模块参数初始化调用模块是否手动手动控制程序启停控制图主程序初始化模块块就是将必要的参数进行初始化设置。包括比例常数积分常数微分常数采样时间及设定值等。如图所示。图初始化程序程序在本设计中，把主要的程序放在了程序块中。包括数值的处理功能块的初始化程序启停控制自动手动切换控制。我们需要设定实际的液位高度，然而模拟量输入模块的数值是到之间，所以我们必须进行次数据的转换。通过实际观察得知液位在最低位置对应的模拟量模块中的值为，最高液位位置对应模拟量模块中的值为。我们进行次数学映射可以通过如图来实现。其次，本设计通过调用梯形图程序来实现液位高度的控制。在功能块中，为设定值，为测量值，为的输出值，当为时，设定块为手动方式，当为时，设定块为自动方式，这里通过常闭触电来控制。块共占用了个地址，为比例值,为微分值,为积分值,当在手动方式时,中的值自动作为的输出值。为了实现液位控制系统的启停控制，本设计增加常闭触电来控制。如图和所示。图模块参数初始化最后，如果当系统出现问题时就需要用到手动调节来进行调试。本设计对自动手动的无扰切换进行了梯形图设计。当从变为时，从自动转为手动控制模式，无扰切换程序将转换时值送到寄存器中暂存，然后切换时，又将返回到中，从而实现了无扰切换。在手动控制模式下，可以通过给赋值来实现是否给水箱加水，从而实现液位高度的控制，手动控制是通过触电来控制的。如图所示。初始化调用功能块无扰切换和手动控制程序第五章基于的液位监控系统的设计监控系统的设计在完成软件程序设计的基础上，结合组态软件实现可视化监界面能设置不同工作时间不容易，因而对于完成题目较困难，而方案二完全能实现设计要求，容易掌握，利于编程，易控制，接口很多，易于扩展外围电路，价格便宜，故选择方案二。电源模块方案为使模块稳定工作，须有可靠电源。因此考虑了两种电源方案方案采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用缺点是各模块都采用独立电源，会使系统复杂，且可能影响电路电平。方案二采用单片机控制模块提供电源，使用电池盒供电。该方案的优点是系统简明扼要，节约成本缺点是输出功率不高。综上所述，我选择第二种方案。显示界面方案倒计时显示界面方案该系统要求完成倒计时功能。只需显示数字，基于上述原因，我考虑了二种方案方案采用全数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，简单，方便。方案二采用点阵式显示。这种方案虽然功能强大，并可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等，但实现复杂，且须完成大量的软件工作。综上所述，我选择第种方案，四个路口采用两个二位共阴极数码管。状态灯显示该系统要求完成状态灯显示的功能。求于要求简单，我们把各个路口的红灯绿灯和黄灯设成直行和左拐两个通行方式所共有，也就是说，个路口只需三个状态灯，个共有的绿灯，个共有的红灯，个共有的黄灯。如图所示。北图状态灯显示硬件电路设计系统总体硬件方案论证本设计以单片机为控制中心，采用模块化设计，共分以下几个功能模块单片机控制系统状态显示模块倒计时模块电源模块。经上述各模块的方案选择与论证，十字路口交通灯控制系统的控制芯片选用单片机作为整个系统的核心控制器件，主要负责整个系统工作的控制和运算，从而使各模块正常工作采用七段数码管和灯作为显示器件，用七段数码管完成倒计时显示，用灯作为状态灯指示功能以电池组供电作为系统电源部分，可对各个模块供电且便于演示。单片机作为整个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是数据处理器。它由按键电路复位电路晶振电路等组成。具体硬件框图，如下图所示。图硬件设计框图按键电路键盘数码管显示指示灯复位电路晶振电路单片机电源电路单片机简介是系列单片机中应用较为广泛的种型号，芯片内部有的闪速存储器。内部的存储器用于存放可编程控制器监控程序。单片机的条引脚按功能来分，可以分为部分，电源及时钟引脚控制引脚和输入输出引脚，如图所示。图单片机引脚图单片机引脚功能介绍主电源及时钟引脚此类引脚包括电源引脚时钟引脚。脚接电源，为单片机芯片提供电能。脚接地。脚在单片机内部，它是个反向放大器的输入端，该放大器构成了片内的振荡器，可提供单片机的时钟控制信号。④脚在单片机内部，接至上述振荡器的反向输出端。控制引脚此类引脚包括即，可以提供控制信号，有些具有复用功能。脚复位信号输入端，高电平有效，当振荡器运行时，在此引脚加上两个机器周期的高电平将使单片机复位。复位后应使此引脚电平保持为不高于的低电平，以保证单片机正常工作。掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部中的数据不丢失。当下降到低于规定值，而在其规定的电压范围内时，就向内控，有助于克服振荡，减小超调量，让系统趋于稳定。但微分环节对输入信号的噪声很敏感，对噪声较大的系统最好不要采用微分控制，当然也可以在微分作用前进行滤波处理。适当选择微分常数，可以使微分作用达到最优。数字控制算法随着计算机的发展，微机开始进入控制领域，为控制带来了革新技术，人们将模拟控制规律引入到数字计算机中，对模拟控制规律进行离散化，就可以用软件来实现控制，成为数字控制。数字控制算法可以分为位置式控制算法和增量式控制算法。位置式控制算法计算机控制与传统的模拟量控制不同，它是采用种采样控制，只能根据采样时刻的偏差值进行计算控制。不能像模拟量控制那样连续输出控制量进行连续控制。因此，对模拟量控制中的积分项和微分项必须先进行离散化处理。根据数字信号处理相关知识可知，离散化处理离散采样时间对应着连续时间其中为采样序号，为采样周期，用求和的形式代替积分，以增量的形式代替微分，可进行近似变换得到式中，为采样序号为第次采样时刻的输入偏差值为第次采样时刻的输入偏差值为微分常数为控制常量。当采样周期足够小，上述计算结果可以达到足够精确，离散控制过程可近似看成为连续控制过程。上述过程采用了全部控制量，因此被称为全量式或位置式控制算法。因为是全量输出，所以每次输出结果均与过去状态有关，计算式对进行累加，工作量大且控制器输出的对应的执行机构的实际位置，在控制器出现故障时，如果输出发生大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，可能造成严重的生产事故。增量式控制算法增量式是指数字控制器的输出只是控制量的增量，当执行器需要的控制量是增量而不是位置时，可以使用增量式算法进行控制。由式可得控制器在第个采样采样时刻的输出值为由和相减并整理，可得到增量式控制算法公式为式中，,上式中，还可以写成下面的形式式中，由式可以看出，如果计算机控制系统采用恒定的采样周期，旦确定了，只要使用前后三次测量的偏差值即可，就可以求出控制增量，与位置式算法相比，计算量小得多，因此在实际应用中应用广泛。系统控制原理液位系统是个基于模拟信号的控制系统。由液位测量变送器水泵变频电机水箱等设备组成，液位测量变送器测量水箱的水位高度范围为,对应输出的电压信号，该信号送给内，将该液位电压信号作为块的值，与设定值相减，在块内进行积分比例微分运算后，最后输出电压信号到水泵变频电机信号对应水泵变频电机的频率，控制变频器的转速，控制出水量，从而达到控制水位高度的目的。硬件连接要进行软件设计，首先应该做的工作是在软件中进行硬件配置，本设计所涉及到的硬件包括背板模块通行模块模拟量输入模块模拟量输出模块。考虑到所使用设备为实验室整体设备。所以本设计没有卸载掉未用的模块。在中进行硬件配置如图所示。图的硬件配置要进行硬件之间电压的信号传输，则需建立与软件的通信。本设计采用以太网进行通