Page 155 - 机械设计制造与自动化技术研究

第五章 机电一体化系统设计

2. 对输入、输出进行全面控制。
系统中的传感器、执行机构以及各种电子装置等都可以通过多通道实现其功
能。例如：采用高速微处理技术，在工控机上可以同时设置 4 个串行通信通道，

分别用于控制继电器和开关。这样，就可以对所有的输入进行监控了。
在单片机控制板上还可以有多个并行通信通道，将来自各个传感器或执行器
的控制信号集中起来送往主控制器。同时，由于每个通道都可以独立地发出控制
信号，因此也可构成一个多自由度的控制系统。例如，使用 51 单片机控制板，

就可以实现在 8 个方向上分别控制 3 个不同电机的操作。此外，这些控制信号也
可以用来控制其他硬件，如 LED 显示灯、LCD 显示器、蜂鸣器等。
从软件角度考虑，采用单片机控制的机电一体化系统具有以下特点：
①由于是采用单一的 CPU，所以只要设计好程序结构并加以优化，就能保

证系统的实时性；
②在相同的硬件平台上，能开发出不同用途的软件，以适应不同的需要；
③只需一套编程语言，即可编写各种功能程序，大大降低了系统开发的难度；
④系统运行稳定可靠，数据传送方便。

当然，采用单片机控制的机电一体化系统也存在一定的缺点，主要表现在：
①不能满足高精度的要求；
②难以完成复杂的控制任务；
③较难实现模块化设计；

④软硬件匹配要求高。
3. 提高了系统响应速度。
现代高速数控系统大多采用了多通道控制技术，以提高动态响应特性。因为
一般数控装置的主单元具有较高的工作频率，所以对信号的处理速度要求很高。

但由于数控装置中各种传感器、执行元件和被控制件之间的时间不同步，因此需
要把它们协调起来，以便在给定的时间内完成数据采集及控制算法的计算，并通
过适当的线路进行传输。
此外，数控装置中还经常使用许多功能单元来实现一些特殊的控制功能。例

如，用模拟量输入 / 输出模块构成数字量的转换单元；用矩阵变换模块将程序与
数据分开；用专用的 CPU 芯片来实现高性能的运算等。所有这些都是为了适应
现代高速数控系统所提出的新要求。

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