Вопросы и задания
1. Назовите особенности исследования на устойчивость нелинейных САУ.
2. Поясните способ оценки устойчивости нелинейной САУ с помощью критерия Гурвица.
3. Поясните способ оценки устойчивости нелинейной САУ с помощью критерия Попова.
Импульсные сау
4.1. Импульсные и цифровые сау. Виды модуляции непрерывных сигналов
Импульсными называются САУ, в которых содержится хотя бы один блок, в котором информация передается и обрабатывается в импульсном виде. Цифровые САУ являются разновидностью импульсных с той особенностью, что импульсная информация в цифровых САУ представлена виде шины (совокупности) сигналов одинаковой амплитуды. Значение цифрового сигнала является кодовой комбинацией двоичных значений (0 или 1) сигналов разрядов шины.
Импульсные САУ классифицируются по форме импульсов, виду импульсной модуляции и наличию кодового представления импульсов.
В качестве носителя импульсной информации может быть взят импульс любой формы: прямоугольный, треугольный, экспоненциальный и т.д. С точки зрения простоты расчетов импульсных САУ лучше всего использовать импульсы прямоугольной формы. В частности, в микропроцессорных САУ используются импульсы прямоугольной формы. У прямоугольного импульса имеются три характеристики: амплитуда А, период Т и длительность τ (рис.4.1). Вместо длительности импульса τ ещё используют производные величины
- коэффициент заполнения и
- скважность
Операция преобразования непрерывного сигнала в последовательность импульсов называется импульсной модуляцией. Для сигналов прямоугольной формы различают три вида модуляции – амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная (ШИМ) и частотно-импульсная (ЧИМ).
Амплитудно-импульсная модуляция - АИМ
При АИМ значение непрерывного (аналогового) сигнала x(t) преобразуется в амплитуду Ап импульса (рис.4.1), где п – номер импульса. Период Т следования импульсов и их длительность τ постоянные величины. Если длительность τ импульсов равна периоду Т их следования, то АИМ превращается в ступенчатую модуляцию (рис.4.1б), при которой отдельные импульсы примыкают друг к другу с обоих их сторон. Наиболее простыми являются методы расчета импульсных САУ с сигналами ступенчатого типа. Нужно также учесть, что микропроцессорные САУ работают с импульсными сигналами ступенчатого вида. Поэтому, далее будут детально рассмотрены импульсные САУ с импульсами ступенчатого вида.
Широтно-импульсная модуляция - ШИМ
При ШИМ значение непрерывного (аналогового) сигнала x(t) преобразуется в длительность τп импульса (рис.4.2а), где п – номер импульса. Период Т следования импульсов и их амплитуда А постоянные величины.
Данный вид модуляции используется в схемах силовых цепей, например, в импульсных регуляторах постоянного напряжения (рис.4.2б). Методы расчета импульсных САУ с ШИМ-сигналами чрезвычайно сложные. На практике применяется следующий прием: расчеты в импульсных САУ выполняются на базе сигналов АИМ, а при выводе АИМ сигналы достаточно несложно преобразуются в ШИМ-сигналы (см. тему 4.2).
Частотно-импульсная модуляция – ЧИМ (упрощенно – ЧМ)
П
ри
ЧМ значение непрерывного (аналогового)
сигнала x(t)
преобразуется в частоту fn
следования импульсов (рис.4.3), где п
– номер импульса. Амплитуда А
импульсов и их длительность τ
постоянные величины.
Сигналы с ЧИМ менее всего чувствительны к помехам. Методы расчета импульсных САУ с ЧМ-сигналами чрезвычайно сложные. На практике применяется следующий прием: расчеты в импульсных САУ выполняются на базе сигналов АИМ, а при выводе АИМ сигналы достаточно несложно преобразуются в ЧМ-сигналы.
По результатам рассмотрения различных видов импульсной модуляции непрерывных сигналов можно сделать тот вывод, что в расчетах импульсных САУ лучше всего использовать сигнал АИМ, а при учете ориентации на техническую реализацию импульсных САУ на базе микропроцессорной техники, использовать АИМ-сигнал с коэффициентом заполнения γ=1 (сигнал ступенчатой модуляции).
Рассмотрим
особенности цифрового представления
АИМ-сигналов в виде двоичных кодов.
Цифровые двоичные коды изменяются
дискретно и, поэтому, они в принципе не
могут точно передать амплитуду импульса
АИМ. Так, например, при разрядности кода,
равной 4,
число кодовых комбинаций составляет
24=16,
и при минимальном шаге изменения кода,
равном единице младшего разряда кода,
максимальная погрешность кодового
представления составляет
.
Это довольно большая погрешность.
Уменьшить погрешность можно путем
увеличения разрядности кода. Например,
при восьмиразрядном коде количество
кодов равно 28=256,
а максимальная погрешность составляет
.
Достоинства импульсных САУ на базе микропроцессоров:
1. Высокая точность обработки информации, так как обработка ведется по программе. Программа нечувствительна к дестабилизирующим факторам.
2. Возможна реализация алгоритмов обработки высокой сложности, что трудно реализуемо в САУ не импульсного типа.
3. Возможно управление одним микропроцессорным устройством большим числом (десятки-сотни) объектов, которое реализуется в режиме разделения времени, когда объекты обслуживаются микропроцессорным устройством последовательно и при большой тактовой частоте процессора создается иллюзия того, что все объекты будто бы обслуживаются одновременно.