книги из ГПНТБ / Филимонов Г.А. Основы цифровых устройств систем управления учебное пособие

ВОЕННО-МОРСКАЯ ордена ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ

Г.А.ФИЛИМОНОВ

OCHOBIJ ЦЖРОВНХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Одобрено ученым советом ^ факультета в качестве учебного пособия для слушателей Академии

i'i.-нинград

I 9 6 H

Г О С . П У Б Л И Ч Н А Я

шъ

Литературный редактор М.А.Сергеева Технический редактор Н.Ф.Семенова

К о р р е к т о р Е.Д.Смирнова

Типография ВМОЛА

ВВ Е Д Е Н И Е

Внастоящее время цифровая техника начинает широко внедряться в системы автоматического управления различны­ ми военными, промышленными и научными объектами. Это объяс­ няется прежде всего возможностью получения любой практиче­ ски необходимой точности вычислений с помощью универсаль­ ных или специализированных вычислительных машин, включенных

всистему управления. К тому же большим преимуществом та­ ких машин является способность выполнять кроме арифметиче­ ских и логические операции. Следует также отметить удобст­ во регистрации данных и хранение информации, представлен - ной в цифровой форме.

Если цифровая вычислительная машина или счетно-решаю­ щее устройство применяется в системе, в состав которой входят объекты, использующие информацию в непрерывной фор­ ме, возникает задача связЦ >дежду этими двумя типами устройств. Таким связывающим звеном являются преобразовате­ ли информации из аналоговой /непрерывной/ формы в цифровую и из цифровой в аналоговую. Первую группу устройств называ­ ют преобразователями аналог-код. Эти устройства служат для преобразования исходной аналоговой величины в соответствую­ щий ей код, который поступает в цифровую машину для выпол­ нения арифметических или логических операций.Вторую группу устройств называют преобразователями код-аналог. Они необ­ ходимы для создания выходной аналоговой величины, соответ­ ствующей коду, поступившему из цифровой машины в качестве результата решения задачи на вход преобразователя.

При преобразовании аналоговой величины в цифровой код исходная аналоговая величина часто подвергается многократ­ ному преобразованию из одной аналоговой формы в другую.Эти промежуточные преобразования выполняются для облегчения вы­ явления, передачи или запоминания информации. В преобразо­ вателях код-аналог выходная величина также несколько раз

3

Известно, что линия связи значительно упрощается, ес­ ли по ней передавать вместо л?прерывных сигналов дискрет­ ные, выраженные в виде импульсов. Поэтому еще до появ­ ления цифровых машин в телеметрических системах применя­ лись преобразователи аналог-код. В системах телеуправле­ ния, у которых команда может быть выражена в виде непре­ рывной величины, используются оба вида преобразователей: аналог-код и код-аналог.

На рис.1 показана блок-схема системы телеуправления. Задающий сигнал управления в виде непрерывной величины по­ ступает на преобразователь Н/Ц и оттуда уже в виде цифро­ вого кода поступает в линию связи. С приемника линии свя­ зи цифровой код подается на преобразователь Ц/Н, дающий на выходе такую непрерывную величину, которая по своему харак­ теру наиболее подходит для использования в управляемом объекте УО. Результат отработки сигнала снимается с выхода датчика Д также в виде аналоговой величины и через пре­ образователь Н/Ц линии связи и преобразователь Ц/Н переда­ ется обратно в пункт управления. Этот простейший пример ха­ рактерен тем, что показывает использование цифровых устройств в системах, где нет цифровых вычислительных машин.

Примером более сложной системы управления с использо­ ванием цифровой техники может служить разомкнутая система программного управления. Часто бывает необходимо, чтобы уп­ равляемый объект выполнил большую программу перемещений или действий. В такой программе содержится много данных, заданных с высокой точностью. Это создает большие, а иног­ да и неразрешимые трудности записи программы в аналоговой форме. Поэтому программа задается в цифровой форме и нано­ сится на магнитные ленты или перфоленты. Содержимым про­

4

граммы является координаты объекта и параметры его движе­ ния для дискретных точек пути или дискретных моментов вре­ мени. Цифровые сигналы, считанные с программы после неко­

роль преобразователя унитарного кода в угол поворота выход­

ного вала.

Б некоторых случаях количество хранимой информации мо­

управления строится так, чтобы в ней запоминались и сумми­ ровались поступающие на вход сигналы, выражающие прираще­ ния соответствующих величин.

Однако во многих случаях разомкнутые системы ЦПУ не могут обеспечить требований высокой точности и гибкости, предъявляемых к современным системам управления. В связи с этим.созданы замкнутые цифровые системы управления, име­ ющие обратную связь, охватывающую всю систему.

Исходными сигналами, определяющими положение управля­ емого объекта, являются команды в цифровой форме, поступа­ ющие на цифровую машину извне или хранящиеся в запоминаю­ щем устройстве самой машины. Одновременно в машину посту­ пают сигналы обратной связи от датчиков, характеризующие фактическое положение управляемого объекта. Поскольку дат­ чики, как правило, выдают непрерывные сигналы, то они пред­ варительно проходят через преобразователь аналог-код. В ре­ зультате сравнения кодов чисел, соответствующих обоим сиг­ налам, цифровая машина вырабатывает сигнал ошибки, с выхо­ да машины этот сигнал поступает на преобразователь код-ана­ лог, а затем уже на органы управления объектом. В качестве примера такой системы можно привести систему автоматичес­ кого самолетовождения и бомбометания "Диджитак" Л-1 ,

5

блок-схема которой дана на рис.З.

В качестве исходных данных для навигационных вычисле­ ний в цифровую машину вводятся координаты пункта назначе­ ния, местоположение самолета, его воздушная скорость гг , высота полета Н и другие величины. Кроме того, в машину вводится фактический курс самолета от компаса К , причем выходной сигнал компаса преобразуется в цифровой код пре­ образователем Н/Ц.

Вычисленная поправка к курсу вводится в цепь управле­ ния самолет-компас-автопилот посредством органа, суммирую­

поворота вала. К преобразователю предъявляются специфичес­ кие требования, поскольку поправка к курсу выдается цифро­

бы поправка вводилась непрерывно до момента появления ее нового значения. Поэтому преобразователь должен хранить выходную величину в течение всего времени, необходимого для вычисления нового значения поправки.

Данные о высоте полета, воздушной скорости и курсе са­ молета, выраженные в виде напряжения, временного интервала или угла поворота оси, также поступают па соответствующие преобразователи аналог-код, а затем подаются в цифровую ма­ шину.

Цифровая вычислительная машина по данным блока измере­ ния времени БИВ и сведениям о высоте полета определяет те­ кущие координаты самолета. Весь пройденный самолетом мар­ шрут хранится в запоминающем устройстве машины, и в резуль­ тате сравнения предыдущего и текущего местоположений само­ лета может быть определена его путевая скорость. По воз­ душной и путевой скоростям самолета вычисляется скорость ветра. В результате проделанных вычислений может быть оп­ ределен истинный курс самолета.

6

По координатам пункта назначения, координатам самоле­ та и истинному курсу цифровая машина вычисляет поправку к курсу, которая является выходной величиной, вводимой в ав­ топилот. По достижении заданного пункта назначения цифро­ вой вычислитель переходит к решению других задач или полу­ чает из запоминающего устройства координаты нового пункта назначения.

Одним из примеров наиболее сложной системы управления с использованием цифровой техники является комплекс управ­

борами управления стрельбой и корабельной системой инерци­ альной навигации.

Основное назначение вычислительного устройства ракеты состоит в том, чтобы на активном участке траектории вычис­ лять разности между заданными /расчетными/ и текущими зна­ чениями углов, характеризующих направление вектора скоро­ сти, модуля скорости и координат центра массы ракеты. За­ теи на основании полученных значений разностей выдавать ко­

ющем устройстве машины, и по данным, получаемым от корабель­ ной системы инерциальной навигации, вычисляет траекторию полета ракеты*

7

нее кольцо карданова подвеса платформы согласно полученно­ му направлению, при этом истинный меридиан поступает от ко­ рабельной системы инерциальной навигации)

5/ осуществляет предстартовые проверки. Рассмотренные примеры отнюдь не исчерпывают всех слу­

чаев применения цифровых машин, выполняющих функции управ­

устройств, обеспечивающих непосредственную связь машины с источниками информации и управляемыми объектами)

долина постоянно согласовывать ход вычислительного процес­ са с характером поступления внешней информации)

3 / высокое быстродействие, обусловленное необходимо­ стью производить обработку информации и вычисления в ре­ альном маситабе времени, не допускающем длительных задер-

8

на магнитных лентах. В машинах этого класса широко исполь­

5 / высокая надежность и безотказность в работе. Структурная схема такой управляющей машины представле­

рических напряжений или углов поворотов механических вали­

писи, хранения и выдачи кодов чисел и команд в соответству­

полнения арифметических и логических операций над числами, выраженными в принятой для данной машины системе счисле­ ния и представленными в виде соответствующих кодов.

Устройство управления /УУ/ обеспечивает правильную по­ следовательность работы как всей машины, так и ее отдель­ ных элементов. Кроме того, УУ управляет вводом очередной входной величины от того или иного источника информации.

Устройства вывода в ЭЦУМ существенно отличаются от

9