108

Казанский государственный технический университет

Им. А. Н. Туполева

Юсупов Ж. А.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ И СИСТЕМАМИ»

Казань, 2007г.

Оглавление

1. Представление о задачах управления системами и процессами в машиностроительном производстве 3

1.1. Ручное и автоматическое управление 3

1.2. Аналоговые системы автоматического управления 4

1.3. Системы с цикловым программным управлением------------ 5

1.4. Системы числового программного управления 13

2. Общая характеристика задач ЧПУ 14

2.1. Задачи управления устройства с ЧПУ 14

2.2. Задачи управления гибким производственным модулем 15

2.3. Задачи управления гибкой производственной системой 17

3. Геометрическая задача ЧПУ 20

2.1. Этапы реализации геометрической задачи управления 20

2.2. Алгоритм работы устройства с ЧПУ 23

2.3. Интерполяция 23

4. Логическая задача ЧПУ 26

4.1. Циклы автоматики станка 26

4.2. Структура вспомогательного технологического

обеспечения 28

4.3. Задача минимизации времени поиска инструмента 29

4.4. Традиционное алгоритмическое описание цикла

автоматики 30

4.5. Описание цикла автоматики методом граф 32

4.6. Обобщенная модель логической задачи управления 34

5. Технологическая задача ЧПУ 37

5.1. Управление точностью обработки 39

5.2. Управление эффективностью обработки 42

6. Терминальная задача ЧПУ 50

6.1. Содержание терминальной задачи 50

6.2. Панель оператора 51

6.3. Структура диалога 55

6.4. Виды клавиатуры устройств ЧПУ 55

6.5. Виды диалога оператора и устройства с ЧПУ 57

7. Микропроцессорные системы управления 64

7.1. Структура микропроцессора 64

7.2. Типовая структура микропроцессорной системы 66

7.2.1. Системная магистраль и циклы обмена 66

7.2.2. Функции памяти 67

7.2.3. Функции устройств ввода/вывода 69

7.2.4. О системе команд процессора 73

7.3. Функциональная структура микропроцессорного

устройства ЧПУ 75

7.3.1. Центральный процессор 75

7.3.2. Особенности организации системной магистрали 77

7.3.3. Организация памяти 78

7.3.4. Состав устройств/вывода 79

7.3.5. Система команд ЦП при реализации логической задачи

управления (пример) 80

7.4. Управление микроконтроллерами 81

7.4.1 Архитектура МК ATMega 128L-------------------------------------- 84

7.4.2. Организация памяти МК 87

7.4.3. Некотроые сведения о системе команд МК 88

7.4.4. Выполнение программ 93

7.4.5. Порты ввода/вывода 94

7.4.6. Программирование МК-----------------------------------------------------------------------97

7.4.7. Некоторые сведения о подготовке исполняемой программы --------------------100

7.4.8. Имитация и отладка программы в среде AVR Studio 4------------------------------103

Список литературы------------------------------------------------------------------107

1. Представление о задачах управления системами и процессами в машиностроительном производстве

В общем случае под управлением понимают такую систему ведения того или иного процесса (переработку информации), которая обеспечивает достижение заданных целей. Совокупность всех устройств, обеспечивающих управление каким-либо процессом или объектом, принято называть системой управления. В большинстве случаев процесс управления сводится к получению информации о задачах и результатах управления, анализу полученной информации и выработке решения, а также исполнения решения.

1.1. Ручное и автоматическое управление

Управление может быть ручным и автоматизированным. В простейшей

Рис. 1.1

системе управления станками рабочий, пользуясь чертежом детали, преобразует информацию в определенные движения рук и воздействует на органы управления станком, обрабатывая деталь (рис. 1.1). Человек управляет циклом станка и величинами перемещения исполнительных органов. Преимуществом этой системы управления является гибкость. Любое изменение чертежа или переход к другим деталям реализуется быстро и без дополнительных затрат. В таких системах нет резервов роста производительности из-за ограниченных физиологических возможностей человека. Эта система характерна для универсальных станков в условиях единичного, мелкосерийного и опытного производства.

В отличие от ручного управления автоматическое управление осуществляется по программе, в которой в том или ином виде воплощена информация чертежа детали. Программа может быть представлена на програм-

Рис. 1.2

моносителе, например, в виде кулачка (рис.1.2). Человек при автоматическом управлении исключен из процесса управления станком, он участвует только в наладке станка или выполняет роль оператора. Автоматическое управление дает возможность существенно повысить производительность труда.

Как уже отмечалось, задача управления может рассматриваться как процесс передачи и преобразования информации. В классических системах управления обычно имеется обратная связь, т.е. имеют место два потока информации: сигнал управления и сигнал обратной связи. Такие системы управления относят к замкнутым. Однако если датчик только фиксирует состояние объекта, а система управления не вырабатывает сигнал, корректирующий программу по результатам измерения состояния системы, то имеет место только квазиобратная связь. Классическая обратная связь предполагает корректирующий управляющий сигнал по оценке состояния системы с целью более точного выполнения программы. При отсутствии потока информации о результатах управления система является незамкнутой, обладающей лишь информацией о задачах управления.