Микропроцессорное управление
Для автоматизации процессов управления и регулирования широко используются микропроцессорные устройства и контроллеры.
Структурная схема системы автоматического управления показана на рис. 3.7. Состояние объекта управления или управляемый процесс характеризуется функцией x(t), которая воспринимается соответствующим датчиком. Управляющий сигнал u(t) = f(x, xc) вырабатывается устройством управления (УУ) на основе сравнения текущего состояния процесса x(t) c желаемым значением xс(t), которое выбирается исходя из цели управления. Обычно мерой ошибки, характеризующей различие между действительным значением процесса и желаемым, служит разность:
(t) = xc(t) x(t) .
Рис. 3.7. Структурная схема системы автоматического управления
Сигнал рассогласования (t) вырабатывается на выходе разностного усилителя. Заметим, что состояние процесса зависит также и от управляющего воздействия, т.е. x(t) = f [t, u(t)].
Система управления представляет замкнутый контур, в котором реализуется отрицательная обратная связь (ООС) по сигналу ошибки (рассогласования). Поэтому, как видно из рис. 8.12, сигнал обратной связи подается через инвертирующий (минусовой) вход разностного усилителя.
На рис.3.8 приведена структурная схема микропроцессорной (цифровой) системы управления соответствующая схеме рис. 3.7. Выходной сигнал датчика оцифровывается с помощью АЦП. Так как управление реальным процессом требует выработки управляющего сигнала в реальном масштабе времени, то в цифровых системах управления важным составным устройством является таймер. Функция таймера состоит в генерации синхронизирующих сигналов в заданные моменты времени для АЦП, микропроцессора, ЦАП и т.д. На рис. 3.8 показан случай выработки аналогового управляющего сигнала u(t) с помощью ЦАП. В общем случае управляющий сигнал может также иметь релейный (дискретный) характер по типу «включить-выключить».
Рис. 3.8. Структурная схема микропроцессорной системы
Для микропроцессорной (цифровой) реализации законов управления прежде всего необходимо знать типовые алгоритмы регулирования. Процесс регулирования состоит в установлении и поддержании на заданном уровне (xc = const) регулируемой величины x(t). Примерами могут служить система автоматической регулировки усиления (АРУ) в радиоприемных устройствах, система регулирования температуры в термостате, система регулирования скорости вращения электродвигателя и т.д.
К основным законам регулирования относятся:
Закон пропорционального управления (П-регулятор).
Закон интегрального управления (И-регулятор).
Закон пропорционально-интегрального управления (ПИ-регулятор).
Закон пропорционального интегро-дифференциального управления (ПИД-регулятор).
Регулирующие микропроцессорные контроллеры
Контроллерами называют программируемые устройства локального управления, работающие в реальном масштабе времени под управлением программ, хранимых обычно в ПЗУ. Различают следующие виды контроллеров:
регулирующие контроллеры (РК), предназначенные для реализации законов автоматического управления;
логические контроллеры (ЛК), предназначенные для реализации логических функций и последовательностей команд;
специализированные контроллеры (СК), предназначенные для управления различными периферийными устройствами (накопителем на магнитном диске, принтером, дисплеем и т.д.), а также для специализированных устройств.
Т
иповая
структурная схема универсального
программируемого контроллера представлена
на рис.3.9. Контроллер содержит микропроцессор
(МП), ПЗУ, ОЗУ, устройства ввода (УВв) и
вывода (УВыв), пульт управления оператора
(ПУ), устройство отображения информации
(УОИ), сетевой контроллер (СК) для
сопряжения с локальной сетью, контроллер
внешнего накопителя информации (КН).
Для автоматизации процессов управления различными фирмами выпускается множество типов контроллеров предназначенных для многоканального регулирования на основе типовых П-, И-, ПИ-, ПИД-законов, а также для дискретного (релейного) управления. Кроме того, контроллеры позволяют реализовывать алгоритмы дифференцирования и интегрирования, нелинейного преобразования (линеаризации), программного управления (выдержки времени, выработка последовательностей управляющих сигналов и т.п.).
Рис.3.9. Структурная схема программируемого контроллера
Список литературы
В.Н. Строителев. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. - М.: «Европейский центр по качеству», 2002.- 152с.
В.И. Нефедов, В.И. Хахин и др. Метрология и радиоизмерения. Учебник для вузов. М.: Высшая школа,2003.-526с.
В.Д.Казаков,Д.В.Лазерев.Основы метрологии,измерений,стандартизации и сертификации в радиоэлектронике..Учебное пособие.Чебоксары.Чувашский ун-т,2006