31

2. Цифровые системы управления.

В настоящее время практически все разрабатываемые САУ используют в качестве счетно-решающего прибора управляющие цифровые вычислительные машины (УЦВМ) или микропроцессоры. Их широкое применение связано с рядом больших преимуществ перед аналоговыми вычислительными машинами. Это обусловлено следующим:

1. УЦВМ позволяет очень быстро изменять алгоритмы управления путём их перепрограммирования в УЦВМ.

2. УЦВМ позволяет решать очень сложные алгоритмы управления в малых объёмах вычислительной машины.

3. УЦВМ позволяет одновременно управлять несколькими каналами.

4. УЦВМ помимо расчётов по алгоритмам управления позволяет осуществить проверку всей системы управления и самопроверку, по результатам которых могут осуществить замену вышедших из строя блоков и приборов на резервные блоки и приборы.

5. С помощью УЦВМ оператор может легко вносить изменения в технологический процесс и работу системы управления с пульта.

6. УЦВМ позволяет анализировать производительность технологической системы и учитывать количество выпускаемой продукции.

7. Стабильность коэффициентов системы управления.

К недостаткам относится дискретизация процесса управления, которая приводит к некоторому ухудшению показателей качества САУ.

2.1 Функциональная схема сау и её циклограмма работы.

Функциональную схема САУ представлена на рис. 2.1.1.

Рисунок 2.1.1. Функциональная схема САУ с УЦВМ

ПНК₂ — преобразователь напряжения в код машины;

ПК₁К₂ — преобразователь кода датчиков в код машины;

УЦВМ — управляющая цифровая вычислительная машина;

ПК₂Н — преобразователь кода машины в напряжение исполнительных органов;

ПК₂К₃ — преобразователь кода машины в код исполнительных органов.

ЦВМ является устройством дискретного действия. Все результаты в ней представляются в виде цифровых кодов. Процесс реализации алгоритмов в ЦВМ состоит из последовательно выполняемых алгоритмов и логических операций по заданной программе. Каждая такая операция выполняется за конечное, хотя и маленькое, время, но поскольку операции выполняются последовательно, то время расчёта по заданному алгоритму находится суммированием отрезков времени на проведение каждой операции.

Преобразование сигналов ПНК и ПКН также требует определённого времени. Таким образом, возвращение к выполнению одной и той же операции в алгоритме управления происходит через вполне заметный промежуток времени. Простейшая циклограмма работы представлена на рис. 2.1.2.

Рисунок 2.1.2 Циклограма работы САУ с ЦВМ

А₁,А₂,…,А_r — номера алгоритмов;

₁,₂,…,_r — отрезки времени просчёта по соответствующему алгоритму;

Т_о — такт счёта, это тот промежуток времени, через который повторяется одна и та же операция.

2.2 Преобразователи пкн и пнк.

В САУ с ЦВМ, как правило, входят ПНК и ПКН. Процесс преобразования непрерывного сигнала в дискретный состоит из трёх этапов:

1. квантование по времени;

2. квантование по уровню;

3. кодирование.

Квантование по времени связано с последовательностью (очередностью) выполнения математических операций.

Квантование по уровню необходимо для представления информации в цифровом виде. Квантование производится следующим образом: весь диапазон изменения непрерывной величины x(t) разбивается на N равных частей.

где  — шаг квантования по уровню (цена младшего разряда). В результате сигнал приобретает ступенчатый вид, показанный на рис. 2.2.1.

Рисунок 2.2.1.

Рассмотрим функциональную схему преобразователя напряжения в код.

Кодирование представляет собой преобразование входного сигнала в двоичный параллельный код УЦВМ. Это преобразование осуществляется с помощью триггеров, механическая модель которых показана на рис. 2.2.2а. Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми положениями равновесия. Одному положению присваивается значение 0, другому – значение 1. Каждому разряду соответствует свой триггер. При перебрасывании триггера из положения «1» в «0» в старший разряд посылается сигнал на переключение соответствующего ему триггера и т.д. На рис. 2.2.2б представлена функциональная схема ПНК.

а)

б)

Рисунок 2.2.2. Функциональная схема преобразователя ПНК.

На рис. 2.2.2 u_x — непрерывный сигнал, который надо преобразовать в двоичный параллельный код,

& — элемент «И», который срабатывает только тогда, когда на все его входы подаются отличные от 0 сигналы,

ГПИ - генератор последовательности импульсов,

В ПНК составной частью входит ПКН,

–сигнал обратной связи.

u_э- эталонное напряжение,

- количество разрядов,

u₁,u₂,…,u_ — сигналы соответствующих разрядов,

2⁰,2¹,…,2^-1 — весовые коэффициенты разрядов.

Для многих цифровых систем шаг квантования сигнала по уровню, является настолько малым, что эффект квантования по уровню вызывает несущественное влияние и им часто пренебрегают, однако в высокоточных системах их приходится учитывать.