1.10. Мп в контуре управления.
Обобщенный состав системы управления.
Как известно, любая система управления включает в себя четыре основных компонента: решающее устройство (РУ), датчики (Д), исполнительные устройства (ИУ) и технологический объект управления (ТОУ), соединенные между собой в соответствии с принципом обратной связи (см. рис.50). Функция U0 = f(хэ,Y), реализуемая РУ для оптимального (в некотором смысле) поддержания состояния Х (управляемые параметры) ТОУ в соответствии с уставкой Y (целью), называется законом управления, а функция х = φ(U,V), связывающая отклик ТОУ на управляющее воздействие (управляющие параметры) U - моделью ТОУ. Датчики регистрируют и преобразуют управляемые параметры X в сигналы Хэ, воспринимаемые РУ, где D(x) - калибровочная функция (модель датчика). ИУ выполняют "обратные" по отношению к датчикам действия, т.е. преобразуют управляющие сигналы U0 РУ во входные воздействия U на ТОУ, изменяющие его состояние.
|
|
|
|
Рис.50 |
Рис.51 |
Установлено, что в большинстве практических случаев в качестве f(x) может быть выбрана аддитивная пропорционально-интегрально-дифференциальная функция (ПИД-закон)
,
(3)
где d = Y - хэ - отклонение от уставки Y (ошибка); ki – коэффициенты пропорциональности. Значения коэффициентов определяются методом оптимизации из целевой функции и уравнения, описывающего контур управления.
Таким образом, для построения МПС управления ТОУ необходимо определить математическую модель ТОУ, целевую функцию управления, выбрать датчик и ИУ с подходящими функциями преобразования, построить закон управления и реализовать его в программе МПС.
Подключение технологического объекта управления к базовой МПС.
Если функция решающего устройства реализует ПИД-закон по формуле (3), тогда система управления представима в виде, показанном на рисунке 51, где - оператор суммирования, а закрашенный сектор - вычитание. В этом случае функции решающего устройства могут быть возложены на МПС. Учитывая, что входы-выходы ИУ и датчиков имеют аналоговую природу и для их сопряжения с МПС требуются АЦП и ЦАП, можно включить МП в контур управления так, как показано на рисунке 52 (однопараметрический случай, то есть с одним управляющим и одним управляемым параметрами).
Для случая многопараметрического ТОУ существует два пути реализации контура управления на основе МПС.
На каждый контролируемый (управляемый) и управляющий параметры использовать свой контур, состоящий из датчика, АЦП, ЦАП и исполнительного устройства. Этот вариант характеризуется значительными аппаратными затратами, но, соответственно, и быстрой реакцией на изменения состояния объекта управления.
Мультиплексирование управляемых и управляющих параметров одним контуром "АЦП-МПС-ЦАП". В этом случае аппаратные затраты минимизируются, однако при этом увеличивается время реакции системы на меняющееся поведение объекта управления. Этот вариант подключения приведен на рисунке 53.
|
|
|
Рис.52 |
|
|
|
Рис.53 |
Режимы работы системы управления.
Любая система автоматического управления имеет несколько режимов работы:
запуск – перевод системы в нормальный режим при включении системы;
нормальные режимы – реализация системой управления штатных задач своего функционирования;
аварийный режим – поведение системы управления в аварийных ситуациях;
выключение - перевод системы из нормального режима в состояние, при котором возможно ее отключение;
переход из режима в режим - перевод системы из одного нормального режима в другой.
Поэтому разработка МПС должна включать создание соответствующих программных и аппаратных средств для каждого из этих режимов. Так как авария наносит серьезный (и даже недопустимый) ущерб, большое внимание должно уделяться разработке методов обнаружения предаварийного состояния и алгоритмов вывода системы из него. Управление ТОУ обычно осуществляется в реальном масштабе времени, поэтому необходимо серьезно отнестись к анализу быстродействия МПС.