由圖6-1可見，一個完整的控制系統(tǒng)本身也就是一個機(jī)電一體化系統(tǒng)，其中既有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對象等機(jī)械部分，也有控制裝置和傳感與檢測裝置等電氣部分。因此，要設(shè)計出一個良好的控制系統(tǒng)，必須采用機(jī)電一體化技術(shù)和方法。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計中，被控對象不作為設(shè)計內(nèi)容，設(shè)計任務(wù)只是采用控制器來調(diào)節(jié)已經(jīng)給定的被控對象的狀態(tài)。而在機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計中，控制裝置和被控對象同在設(shè)計范疇之內(nèi)，因而可在設(shè)計過程中兼顧兩者的特點和要求，使設(shè)計具有更廣的選擇余地，更大的靈活性，設(shè)計出的系統(tǒng)性能也更好。
控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法是，把系統(tǒng)中的所有環(huán)節(jié)都抽象成數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析和研究，不論各環(huán)節(jié)具有何種量綱，在模型中都以相同的形式表達(dá)，用相IN的方法分析，因而各環(huán)節(jié)的特性可按系統(tǒng)整體要求進(jìn)行匹配和統(tǒng)籌設(shè)計。控制系統(tǒng)設(shè)計可按以下步驟進(jìn)行：
(1)列寫設(shè)計大綱設(shè)計大綱是設(shè)計過程的指導(dǎo)性文件，應(yīng)在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上列寫，其內(nèi)容應(yīng)包括：①明確被控對象的特點及要求；②限定控制系統(tǒng)的工作條件及環(huán)境，確定安全保護(hù)措施及等級；③設(shè)定控制方案的特殊要求；④確立技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；⑤規(guī)定試驗項目；⑥制定驗收方式、驗收項目及指標(biāo)。
(2)建立被控對象的數(shù)學(xué)模型 把被控對象的控制特性用數(shù)學(xué)表達(dá)式加以描述，作為控制方案選擇及控制器設(shè)計的依據(jù)。這是控制系統(tǒng)設(shè)計的最重要一步，將在下面詳細(xì)討論。
(3)控制方案選擇在上述工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定系統(tǒng)的控制方式，選擇觀測點、被測量及傳感器，選擇控制點和執(zhí)行元件，確定控制算法及控制器結(jié)構(gòu)，選擇主控計算機(jī)。
(4)控制系統(tǒng)性能分析方案確定之后，不應(yīng)急于進(jìn)行具體設(shè)計，而應(yīng)先根據(jù)系統(tǒng)的初步結(jié)構(gòu)及參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)性能分析，其主要內(nèi)容有：①依據(jù)組成方式，建立整個控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；②分析系統(tǒng)穩(wěn)定性；③計算典型試驗信號作用下系統(tǒng)的動態(tài)過渡過程；④根據(jù)上述分析結(jié)果，針對不滿足要求的項目修改系統(tǒng)方案。應(yīng)盡量采用計算機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，以提高分析速度和精度，優(yōu)化選擇方案及參數(shù)。
上述幾個步驟一般稱為基本設(shè)計，主要確定控制系統(tǒng)方案。為實現(xiàn)一個真實的控制系統(tǒng)，還要進(jìn)行下面的工程設(shè)計。
(5)控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計 主要內(nèi)容包括系統(tǒng)中的控制裝置、被控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測與反饋裝置等機(jī)械和電氣系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計以及各種接口的選擇和設(shè)計。詳細(xì)設(shè)計過程中，除了要保證系統(tǒng)的主要功能和性能外，還要對系統(tǒng)的安全性、可靠性及環(huán)境適應(yīng)性等給以足夠的重視。
(6)擬定現(xiàn)場調(diào)試大綱 調(diào)試大綱是現(xiàn)場調(diào)試的指導(dǎo)性技術(shù)文件，應(yīng)在設(shè)計階段就擬定出來，主要內(nèi)容應(yīng)包括調(diào)試方法、調(diào)試設(shè)備、調(diào)試環(huán)境等。
(7)整理并編寫技術(shù)文件 主要技術(shù)文件應(yīng)包括設(shè)計圖樣、機(jī)械零件和電子元器件明細(xì)表、系統(tǒng)操作程序及說明書、維修及故障診斷說明書以及使用說明書等，這些文件有些需整理存檔，有些要與系統(tǒng)一起提供給用戶。
經(jīng)過上述七個步驟，便完成了一次設(shè)計循環(huán)。在系統(tǒng)制造出來之后，通過實際測試和運行，還會不斷發(fā)現(xiàn)問題，還應(yīng)不斷地對原設(shè)計進(jìn)行修改和完善。從這個意義上講，控制系統(tǒng)設(shè)計是一個不斷循環(huán)完善的過程。
|
