Техника и теория цифрового управления (краткий обзор)

1. Введение

2. Вычислительная техника

   1. Первая компьютерная система управления технологическими процессами

   2. Этапы развития управляющих ЭВМ

   3. Перспективы развития

3. Теория цифрового управления

1. Системы с квантованием

2. Этапы развития теории

1. Введение

Если для реализации системы управления (СУ) используется цифровая ЭВМ, то такая СУ

называется цифровой (ЦСУ). ЦСУ можно рассматривать как аппроксимацию непрерывных систем. Такая точка зрения сужает возможности ЦСУ, т.к. предполагается, что качество управления цифровых систем, в лучшем случае, может быть не хуже управления непрерывных систем. Однако это не совсем так. Глубокое изучение ЦСУ позволит, полностью используя их возможности, проектировать системы не только уступающие, но и превосходящие по качеству управления непрерывные системы.

Схема ЦСУ изображена на рис. 1. Объект управления имеет на выходе непрерывный

сигнал У(t), который преобразуется в цифровую форму АЦП. Преобразование осуществляется в моменты квантованияt_k. Преобразованный сигнал интерпретируется ЭВМ как последовательность чисел, которая преобразуется машиной по некоторому алгоритму в новую последовательность чисел . Полученная последовательность преобразуется ЦАП в непрерывный сигналU(t), который рассматривается как сигнал управления объектом.

Рис.1. Схема цифровой системы управления.

Заметим, что в данном случае система ЦАП и АЦП разомкнута. Работа ЦСУ синхронизируется таймером. В системе циркулируют как непрерывные, так и квантованные, или дискретные во времени сигналы. Такие системы традиционно называют дискретными системами, и этот термин можно рассматривать как синоним ЦСУ. При наличии сигналов различного типа описание поведения системы может вызывать затруднения. Чтобы избежать этих затруднений часто ограничиваются рассмотрением всех сигналов в дискретные моменты времени. Поэтому такие системы называют ещё системами дискретного времени.

2. Вычислительная техника

2.1. Первые попытки использования ЭВМ для управления были предприняты в начале 50–х годов в ракетной и авиационной промышленности. Однако ЭВМ общего назначения того времени оказались для этих целей непригодными (громоздкими, энергоемкими, ненадежными). Идея использования ЭВМ для управления технологическими процессами возникла в середине 50–х годов, а первая серьезная работа в этой области относится к марту 1956г., когда аэрокосмическая компания Thomson Ramo Woolridge и фирмаTexaco приняли решение об автоматизации полимеризационного агрегата нефтеперегонного завода. В результате была разработана АСУТП, которая контролировала:

• 26 материальных потоков;

• 73 температурные точки;

• 3 точки давления;

• химический состав 3 –х смесей.

Основные функции системы:

• минимизация давления в реакторе,

• установление оптимального режима на выходе пяти реакторов,

• управление подачей горячей воды и поддержание оптимальной циркуляции.

Эта работа стимулировала многочисленные исследования возможностей использования ЭВМ в процессах управления.

2.2.Процесс внедрения ЭВМ в системы управления условно можно разбить на 4 этапа:

• начальный этап (около 1955г);

• этап прямого цифрового управления (1962г);

• Этап мини - ЭВМ (1967)

• Этап микро – ЭВМ(1972)