78.Цифровые вычислительные устройства в контуре управления
Электронные системы автоматического управления изначально создавались на основе аналоговых устройств непрерывного действия. Однако, по мере увеличения числа функций, выполняемых автоматически, смежность сепаратных средств электронных устройств редко возрастает. Применения ЦВМ в системах управления станков с ЧПУ редко расширяют возможности автоматизированных систем, повысило их надежность, гибкость и производительность.
Структурная схема системы автоматического управления с ЦВМ показана на рис.1. Согласно схемы исполнительный орган ИО, объект регулирования OR, чувствительный элемент ЧЭ, вычислительное устройство ВУ, ПАК и ПКА – преобразователи сигналов аналог – код, код-аналог образует замкнутую систему автоматизированного управления.
Рис.1. Структурная схема замкнутой системы автоматического управления с цифровым вычислительным устройством
При
передачи информации в структурной схеме
различают:
–регулируемые
и измерительные сигнал;
–
управляющий сигнал;
–управляющее
воздействие;
–решетчатая
функция, соответствующая непрерывной
функции
;
–решетчатая
управляющая функция, которой соответствует
управляющий сигнал
.
Цифровые вычислительные устройства работают с сигналами дискретными по времени и по уровню. В связи с этим управляющие вычислительные устройства легко представить в виде последовательного соединения преобразователей аналог-код (АЦП – аналого-цифровой преобразователь), вычислительного устройства и преобразуется → код аналог (ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь).
АЦП
преобразует непрерывный сигнал
в
последовательность импульсов, отстоящих
друг от друга на величину квантования
непрерывной величины по времени Т.
Квантование непрерывной величины
(сигнала) по уровню при малом шаге
квантования по времени незначительно
влияет на характер динамического
процесса в замкнутой системе. В этом
случае наиболее существенно квантование
по времени. По этому АЦП (ПАК) осуществляет
преобразование непрерывной функции
в решетчатую функцию
,
при том амплитуда импульса в момент
времени
совпадает
с амплитудой непрерывной функции
в этот момент времени. Вычислительное
устройство формирует решетчатую
управляющую функцию
,
которая поступает на вход преобразователя
код-аналог ЦАП, в непрерывную функцию
управления
.
Преобразователь код-аналог нулевого
порядка преобразует мгновенный импульс
амплитуды
в прямоугольный импульс той же амплитуды,
которая остается постоянно в течении
периода квантования Т,
т.е. до прихода на вход ЦАП следующего
мгновенного импульса, рис. 2.
Рис.2. Схема работы ПКА(ЦАП)
Определим
передаточную функцию ЦАП. Импульсная
переходная функция преобразователя
может быть представлена прямоугольным
импульсом, который получается как
результат суммирование двух ступенчатых
функций, сдвинутых по времени на величину
Т
и имеющие разные полярности. Так как
амплитуды входного и выходного сигналов
одинаковы, то импульсная переходная
функция
может быть представлена суммой двух
единичных ступенчатых функций
(1)
Применив
к обеим частям (1) прямое преобразование
Лапласа, изображение
(2)
Формула (2) определяет передаточную функцию преобразователя код-аналог ЦАП.