Управляющее устройство

В управляющем устройстве (УУ, рис. 1.15) на основе информационных сигналов y ^(t) о состоянии объекта управления и априорной информации y *(t) о желаемых свойствах ОУ вырабатываются сигналы управления u (t).

Рис. 1.15. Обозначение управляющего устройства на структурной схеме

Правило (алгоритм) преобразования информационных сигналов в сигналы управления называется законом управления. Одной из главных задач ТАУ как раз и является формирование законов управления. В качестве управляющих устройств используются различные типы ЭВМ, цифровые и аналоговые, микропроцессоры, программируемые контроллеры и т. д. Использование ЭВМ в качестве блока САУ влечет за собой определенные особенности ввода и вывода информации. При вводе текущей информации электрические сигналы от датчика масштабируются с помощью усилителей к требуемому диапазону, затем преобразуются в АЦП в кодированную последовательность импульсов и вводятся в память ЭВМ. Результат обработки информации по соответствующим программам в виде цифрового кода поступает на ЦАП, на выходе которого формируется аналоговый сигнал соответствующего напряжения.

Как правило, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Важными характеристиками АЦП являются разрешение и разрядность. Разрешение АЦП — минимальное изменение величины аналогового сигнала, которое может быть преобразовано данным АЦП. Обычно измеряется в вольтах, поскольку для большинства АЦП входным сигналом является электрическое напряжение. Разрешение напрямую зависит от разрядности АЦП.

Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе; измеряется в битах. Например, АЦП, способный выдать 256 дискретных значений (0…255), имеет разрядность 8 бит, поскольку 2⁸ = 256.

Разрешение по напряжению равно разности напряжений, соответствующих максимальному и минимальному выходному коду, деленной на количество выходных дискретных значений. Например, при диапазоне входных значений от −10 до +10 В и разрядности АЦП 14 бит (2¹⁴ = 16384 уровней квантования) получаем разрешение по напряжению (10-(-10))/16384 = 20/16384 = 0,00122 В = 1,22 мВ.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретной (числовой) информацией и аналоговыми сигналами.

Простейшим типом ЦАП является широтно-импульсный модулятор. Стабильный источник тока или напряжения периодически включается на время, пропорциональное преобразуемому цифровому коду, далее полученная импульсная последовательность фильтруется аналоговым фильтром низких частот. ЦАП находится в начале аналогового тракта любой системы, поэтому параметры ЦАП во многом определяют параметры системы в целом. Наиболее важными характеристиками ЦАП являются разрядность и максимальная частота дискретизации.

Разрядность — количество различных уровней выходного сигнала, которые ЦАП может воспроизвести. Обычно задается в битах; количество бит есть логарифм по основанию 2 от количества уровней. Например, однобитный ЦАП способен воспроизвести два (2¹) уровня, а восьмибитный — 256 (2⁸) уровней.

Максимальная частота дискретизации — максимальная частота работы ЦАП, на которой он выдает корректный результат. В соответствии с теоремой Котельникова, для правильного воспроизведения аналогового сигнала из цифровой формы необходимо, чтобы частота дискретизации была не меньше удвоенной максимальной частоты в спектре сигнала. Например, для воспроизведения всего слышимого человеком звукового диапазона частот, спектр которого простирается до 20 кГц, необходимо, чтобы звуковой сигнал был дискретизован с частотой не менее 40 кГц. Стандарт Audio CD устанавливает частоту дискретизации звукового сигнала 44,1 кГц, в компьютерных звуковых картах частота дискретизации составляет 48 кГц.

Поиск по сайту: