Принцип работы системы
На рисунке 1 изображена структурная схема рассматриваемой цифровой системы.
Центральным элементом приведенной схемы является вычислительное устройство, которое реализует цифровой эквивалент передаточной функции. В состав этого вычислительного устройства входит микропроцессор и АЦП с аналоговым мультиплексором на входе. Как показано на схеме, на вход устройства поступает три аналоговых сигнала с трех датчиков, подключенных к объекту управления. Использование трех датчиков позволяет повысить надежность системы, так как вычислительное устройство, сравнивая сигналы с датчиков, может определить, какие из датчиков в данный момент исправны.
После аналого-цифрового преобразования и усреднения сигналов с трех датчиков вычислитель производит расчет следующего значения выходного сигнала, используя полученное значение входа и предыдущее значение выхода (т.е. последовательно решает разностное уравнение, соответствующее заданной передаточной функции). Как только получено новое значение выхода, оно выводится во внешний ЦАП, выход которого соединен с объектом управления через усилитель мощности. После того как новое значение было записано в ЦАП, на выходе устройства появляется напряжение, соответствующее этому числу. Это напряжение по цепи обратной связи поступает на вход вычислительного устройства и осуществляется аналого-цифровое преобразование этого сигнала. Таким образом, вычислительное устройство имеет информацию не только об ожидаемом (выведенном в ЦАП) значении выходного напряжения, но и о реальном (измеренном) выходном сигнале.
Сигнал “Авария” появляется в том случае, если вычислительное устройство, в силу неисправности либо входных, либо выходных аналоговых цепей, не может реализовать нужную зависимость между входом и выходом. Неисправность входных цепей определяется по превышению допустимой разности между показаниями датчиков. В этом случае выводится сигнал об аварии, и вычислительное устройство приостанавливает свою работу.
Блок-схема алгоритма работы системы приведена на рисунке 6.
К1, К2, К3 – сигналы с 1-го, 2-го и 3-го датчика соответственно.
Рисунок
6 – Блок-схема алгоритма работы системы
5. Схемы согласования
5.1. Расчет входных усилителей.
Для
преобразования входного диапазона
напряжений
,
поступающего с трех датчиков, в диапазон
от 0 до 5 В для встроенного АЦП
микроконтроллера используются
дифференциальные усилители.
Выберем входные усилители 152УД6 (DA1, DA2,DA3). Таким образом, входному напряжению минус 10В соответствует напряжение 0В на выходе, а входному напряжению плюс 10 В – выходное напряжении 5 В.
Рисунок 7 – Входной усилитель напряжения
Запишем систему уравнений для расчета дифференциального усилителя:
Выражение для выходного напряжения усилителя:
Рассчитаем сопротивления R1, R2, R3, R4:
Зададим R1=1 кОм и найдем значения остальных сопротивлений:
R2=500 Ом
R3=1.25 кОм
R4=250 Ом
5.2. Расчет усилителя обратной связи.
Для того, чтобы сигнал, идущий по ОС, удовлетворял требования АЦП к диапазону входного сигнала (0…5)В, построим усилитель обратной связи на основе операционного усилителя 153УД6(DA4).
Рисунок 8 – Усилитель обратной связи
Зададим R1=1 кОм и, аналогично предыдущему случаю, найдем значения остальных сопротивлений:
R2=500 Ом
R3=1.25 кОм
R4=250 Ом