Глава II Законы и алгоритмы цифрового регулирования

II.1. Обзор законов локального цифрового управления

Исполнительными устройствами

Локальные цифровые регуляторы непосредственно управляют исполнительными устройствами. Из всех видов таких устройств наиболее распространенными являются электродвигатели. Поэтому в дальнейших примерах анализа и синтеза цифровых систем будут рассматриваться системы управления электродвигателей. Для станков с ЧПУ и для промышленных роботов в настоящее время применяются в основном локальные регуляторы, построенные по принципу подчиненного (каскадного) регулирования. Широкое применение таких регуляторов обусловлено простотой расче­та отдельных контуров, последовательным решением задач ограниче­ния координат, облегчением процесса отладки, унификации отдельных узлов управления. Именно развитие аналоговой техники и особен­но появление интегральных операционных усилителей способствовало быстрому внедрению систем управления электроприводами с подчинен­ным регулированием.

При прямом цифровом управлении на базе микропроцессорной техники законы регулирования реализуются в виде цифровых алгоритмов. Это позволяет повысить точность управления, обеспечить стабильность параметров настраиваемых контуров, упростить средства сопряжения локальных регуляторов с цифровой системой управления верхнего уров­ня, улучшить эксплуатационные характеристики, например, за счет ав­томатического самоконтроля и контроля ЭВМ верхнего уровня за рабо­той регуляторов.

При создании цифровых регуляторов в основном копировались за­коны управления, разработанные для аналоговых систем. Это создает преемственность, возможность использовать опыт анализа, синтеза и настройки аналоговых регуляторов при разработке цифровых. Однако цифровые алгоритмы при таком прямом копировании не улучшили дина­мику электроприводов. Это связано с тем, что цифровые регуляторы из-за квантования по времени имеют худшие динамические характерис­тики, чем непрерывные (аналоговые) регуляторы, реализующие те же самые законы управления. В то же время цифровые системы имеют большие потенциальные возможности для реализации слож­ных законов управления (оптимальных, адаптивных и т.д.), которые позволяют получить статические и динамические характеристики управления, практически недостижимые при использовании ана­логовых регуляторов.

Применение микропроцессорных (цифровых) систем управления предоставляет разработчику более широкие возможности в выборе ти­пов регуляторов. Технически цифровые регуляторы будут одинаковыми. Отличие заключается лишь в программах управления. Т.е. сложность законов управления не влечет за собой усложнение технической реа­лизации.

По способу синтеза цифровые регуляторы можно разделить на две основные группы: параметрически оптимизируемые и структур­но оптимизируемые. В параметрически оптимизируемых регуляторах структура (программа управления) задана, и задача синтеза сводит­ся к определению параметров (коэффициентов), при которых обеспечи­вается заданное качество управления. К таким регуляторам относят­ся типовые регуляторы: интегральный, пропорционально-интегральный, пропорционально-интегрально-дифференциальный.

В структурно оптимизируемых регуляторах структура и парамет­ры являются изменяемыми в зависимости от вида объекта и требований к качеству управления. Такие регуляторы можно условно разделить на три группы: компенсационные, апериодические с конечным временем установления и регуляторы состояния. Выбор типа регуляторов зави­сит от требований к статическим и динамическим характеристикам процесса управления и от технических возможностей микропроцессор­ной системы, с помощью которой реализуется регулятор.