Литература:

Микропроцессорные системы автоматического управления – под редакцией Биссергерского В.А.. Москва, Машиностроение, 1980 год.

Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы – под редакцией Солодовников В.В.. Москва, Высшая школа, 1991 год.

Теория и проектирование микропроцессорных устройств – Куо Бенджамин. Москва, Машиностроение, 1987 год.

Особенности микропроцессорных устройств управления

Основные достоинства:

1) гибкость;

2) стоимость;

3) надёжность;

4) масса-габаритные показатели.

Можно выделить как реализация сложных законов управления.

1) оптимальное и адаптивное управление;

2) стабильность параметров;

3) возможность хранения информации с целью анализа поведения системы расчёта параметров и оценки состояния объектов, уменьшение количества датчиков;

4) уменьшение количества линий связи, удобная стыковка цифровых систем;

5) пониженное энергопотребление, самодиагностика и самоналадка.

Любая система включает объект управления. Силовые элементы позволяет направлять энергию. Ест согласующий усилитель и подаётся на исполнительные устройства. Помехи сглаживает фильтр низкой частоты, но его недостаточно. Есть устройство сопряжения с объектами (УСО).

Рисунок 1 – 02.09.2014.

Функции устройства управления:

1) чтение;

2) обработка;

3) выдача управляющих сигналов или воздействий.

Задачи устройств правления выполняются в режиме сканирования и весь процесс устроен по принципу сканирования. Чтение обработкавыдача. Для осуществления процесса управления необходимо обеспечивать работу устройства в реальном масштабе времени. Выдача сигналов должна соответствовать состоянию объекта.

Период сканирования определяется постоянными времени объекта.

Ввод/вывод дискретных сигналов

Прежде всего дискретные датчики. Самый простой – контакт. Есть ещё оптоэлектронные датчики.

Рисунок 2 – 09.09.2014

Дискретные исполнительные устройства: катушки исполнительного механизма.

Защитные цепи (защита по току). Это цепи защиты от перенапряжения (обратные диоды).

Системы аналоговых ввода/вывода

Аналоговые датчики. Это датчики, которые формирую информационный сигнал в виде напряжения, либо тока, изменяющегося в определённых пределах.

Построение цепи или измерительных включает в себя расчёт коэффициента усиления, частотную коррекцию, организацию соответствующего элемента, как правило, на базе операционного усилителя.

Вывод аналоговых сигналов

Достаточно редко используются, чаще всего их заменяют ШИМ-модулированными сигналами. Для вывода непосредственного сигнала используется ЦАП. Подключение внешнего ЦАП осуществляется либо через порты, либо используя внутри платные интерфейсы.

Обработка аналогового сигнала – сложная задача.

1. Программный метод.

2. Система прерываний. Способ программно-аппаратный. Таким устройством является таймер. Один из наиболее эффективных способов.

3. Аппаратный. В основном для вывода используется.

Функции связи с оператором. Индикация. Клавиатура

1. Линейная клавиатура.

Каждая клавиша подаётся на свой вход.

2.Матричная клавиатура.

Обычно делается, если кнопок больше 6.

Отображение информации

Есть несколько способов вывода информации:

1. Использование дискретных светодиодов.

2. Матрица светодиодов. Делают наборы из семи сегментных индикаторов.

Есть статическая и динамическая индикация (в определённое время).

3. Сенсорные панели.

Ёмкостные сенсорные панели.

Резистивные панели. Резистивные плёнки.

Более совершенные ёмкостно-проекционные плёнки.

Особенности МП систем регулирования

Рисунок 3 – 14:27 23.09.2014.

Допустим, у нас есть некий объект управления, который описывается передаточной функцией. Регулятор теперь цифровое корректирующее устройство (ЦКУ).

Период дискретизации процесса – время между открытием и закрытием входа/выхода.

АЦП преобразует сигнал датчика в цифровой код. Экстраполятор нулевого порядка (на рисунке Э).

Цифро-аналоговые системы регулирования

Наличие двух элементов, срабатывающих в определённое время - квантователей. Показывают, что система является импульсной. Имеет ступенчатую функцию. Система считается нелинейной. Наличие экстраполятора говорит о том, что мы выдаём сигнал не на то состояние, которое есть, а на то состояние, которое будет – у нас будет определённая задержка. Система ЦА МП регулирования создаёт задержку, вызванной необходимость производить вычисления выходного управляющего сигнала – вычислительная задержка.

Математическое описание МП систем регулирования.

Функция, определённая только в определённо моментом времени называется решетчатой функцией.

Есть такое понятие как разность:

Вводим дифференциалы более высоких порядков:

Аналогично более высоким порядкам.

Процессы в импульсных системы описываются с помощью разностных уравнений. Преобразование Лапласа выполняется с целью преобразования дифференциальных уравнение в алгебраические с целью описания системы. По сути, при переходе от ДУ в А происходит переход области из временной в частотную.

Вводятся дискретные преобразования Лапласа, либо z-преобразования.

Z-преобразование позволяет преобразовать цифровое корректирующее устройство. Чаще всего по ней строится алгоритм управляющей программы.

Блок-схема алгоритма:

1) чтение ,;

2) чтение в чём-то или где-то;

3) вычисление ;

4) вывод ;

5) Что-то xиyи что-тои;

6) определение .

Как получить передаточную z-функцию.

Задача синтеза – выбор корректирующего устройства.

1. Непрерывный прототип.

2. По псевдо частотным характеристикам.

3. Используя теорию оценки систем управления.

4. Используя теорию пространства состояний.

5. Fuzzy-управление – использование аппарата нечёткой логики.

Выбор частоты дискретизации – теорема Котельникова-Шеннона.

Любой непрерывный сигнал можно восстановить по его отсчётам, взятый с частотой, взятой в 2 раза выше, чем частота граничного сигнала.

Частота дискретизации выбирается из постоянной объекта с учётом времени переходного процесса.

2) необходимо выбирать таким ЦАП и АЦР, чтобы они не влияли на точность регулирования.

Заменяется 33 составляющими:

1. Линейной.

Накладывается пилообразная составляющая и делается ограничение. Характеризуется коэффициентом преобразования – отношение размаха входного напряжения к цифре максимальной:

Пилообразная составляются обычно рассматривается как шум (возмущение). Есть понятие дисперсия шума.

Рисунок 14:44 07.10.2014

Рисунок 14:52 07.10.2014

2. Экстраполятор нулевого порядка. Есть импульсная передаточная функция (реакция звена на единичный импульс, площадь единица).

Экстраполятор - это практически фильтр низких частот.

3. Что-то ещё.

Методика, анализ и синтез по непрерывному прототипу

1. Определяются условия, когда система цифровая может быть рассмотрена как непрерывная (определяется частота дискретизации и разрядность преобразователей ЦАП и АЦП).

2. Определяет передаточная функция регулятора непрерывной системы с учётом передаточной функции экстраполятора. Передаточная функция регулятора преобразуется в передаточную функцию дискретного корректирующего устройства. Для этого параметр заменяется функцией от.

Поэтому чаще всего используются следующие виды замен:

3. По z-передаточной функции строится цифровой фильтр, который реализуется программно в виде алгоритма.

4. Реализуется система с соответствующей аппаратной частью и программным обеспечением.

Цифровые фильтры

Вот такое звено называется цифровым фильтром:

Условие реализуемости – значения на выходе не должны зависеть от будущих значений на входе.

Знаменатель называется характеристическим уравнением цифрового фильтра. Нули этого уравнения определяют статические и динамические свойства.

Цифровые фильтры бывают рекурсивные (зависимость на выходе зависит от сигналов на входе и в предыдущие входы) и не рекурсивные (зависимость на выходе определяется только значениями на входе).

Есть фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ) и с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ).

Прямая форма цифрового фильтра.

Рисунок – 14:54 07.10.2014

Входной сигнал x. Все сигналы суммируются.

Каноническая форма цифрового фильтра.

Рисунок 15:11 07.10.2014

Рисунок 15:11 07.10.2014

Параллельная форма цифрового фильтра.

Аналогичная вводится последовательная форма цифрового фильтра. Отличие в том, что это выражение можно представить в виде произведения.

Совокупность внутренних параметров позволяет прогнозировать изменение выходного сигнала в последеющие моменты времени и образует пространство-состояние.

Можно организовывать системы адаптивного управления с использованием эталонных (программных) моделей.

Модальное управление.

Рисунок 15:54 07.10.2014