|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Структура цифровой системы управленияНа рис. 4.21 представлена схема одноканальной цифровой системы управления. Рис. 4.21. Цифровая система управления Так как компьютер оперирует не с аналоговыми сигналами (токами, напряжениями), а с числовыми кодами, в систему вводятся преобразователи аналоговых величин в цифровой код (АЦП). При этом задающее воздействие может вводиться извне или формироваться самим компьютером. Для связи компьютера с аналоговыми исполнительными устройствами вводится преобразователь цифрового кода в аналоговые величины (ЦАП). Функции сравнивающего устройства, как правило, возлагаются на компьютер. Кроме исполнительных устройств в систему могут входить и другие аналоговые устройства, например, усилители. Компьютер (контроллер) представляет собой устройство дискретного действия. Это связано с тем, что решение задач управления осуществляется в нем путем выполнения арифметических (и логических) операций. Поэтому в отличие от непрерывных систем реализация компьютером алгоритма управления происходит не мгновенно, а за конечный промежуток времени t. Иными словами, если информация поступает на вход компьютера в момент времени Таким образом, результаты реализации алгоритма управления компьютер может выдавать лишь дискретно, т. е. в моменты времени t = nT, n = 0, 1, 2,.. причем Т > t. Будем полагать, что компьютер реализует линейный алгоритм управления, а суммарное время запаздывания t отнесем к непрерывной части системы. Процесс преобразования аналоговой входной величины у* (t) (или аналоговой выходной величины у (t)) в цифровой код (или соответственно), осуществляемый АЦП, можно условно представить состоящим из трех операций: квантования по времени, квантования по уровню и кодирования. Квантование по времени возникает из-за того, что информация вводится в АЦП по командам, поступающим от компьютера, лишь в моменты времени t = nT. На рис. 4.20 эту операцию выполняют ключи. В процесcе квантования по уровню весь диапазон изменения непрерывной величины, например у (t), разбивается на m1 равных частей (квантов). Величина d1 = (ymax – ymin)/m1 определяет разрешающую способность АЦП. В результате величина на выходе АЦП может принимать только определенные фиксированные значения, отличающиеся друг от друга на величину d1 (на рис. 4.21 это отражено наличием звена с многоступенчатой релейной характеристикой). В процессе кодирования каждому из интервалов присваивается определенный двоичный код. Чтобы такое присвоение было однозначным, должно выполняться условие m1 = – 1, где a1 — число двоичных разрядов (без учета знакового разряда). Тогда разрешающая способность . В преобразователях АЦП число разрядов обычно велико ЦАП преобразует код u, поступающий с выхода компьютера (контроллера), в аналоговый сигнал u, обычно представляющий собой электрическое напряжение или ток. В процессе преобразования каждому значению кода u ставится в соответствие определенное фиксированное (эталонное) значение непрерывного сигнала u, что означает наличие квантования по уровню и отражено на рис. 4.20 в виде многоступенчатой релейной характеристики. Число отличных от нуля разрешенных уровней m2 = – 1, где a2 — число разрядов ЦАП. В моменты времени t = nT значения полученного непрерывного сигнала u (nT) фиксируются и удерживаются на одном уровне в течение периода дискретности Т (или части периода), что соответствует наличию в ЦАП формирующего устройства с передаточной функцией W ф(p). Число разрядов серийно выпускаемых преобразователей кода в напряжение a2 ³ 10. Поэтому, как и у АЦП, нелинейностью статической характеристики ЦАП можно пренебречь. Коэффициент передачи для линеаризованной характеристики k 2 = d2, где d2 — единица младшего разряда для выходной величины u. Компьютер формирует требуемый алгоритм управления или осуществляет дискретную коррекцию в виде вычислительной процедуры, задаваемой линейным разностным уравнением a 0 u (n+k) + a 1 u (n+k– 1) + …+ aku (n) = b 0 е (n+m) + …+ bmе (n), где переменные u и х представляются в виде цифровых кодов. Это уравнение по существу представляет собой рекуррентную формулу, позволяющую вычислять текущее значение управляющего воздействия u (n) в зависимости текущего значения ошибки е (n), а также предшествующих значений ошибки и управляющего воздействия. В программу вычислений входят операции сложения и умножения на постоянные коэффициенты, а также операции запоминания результатов вычисления и значений ошибки на предшествующих шагах. Применив к левой и правой частям уравнения Z -преобразование при нулевых начальных условиях, получим передаточную функцию
которую будем называть передаточной функцией компьютера. С учетом всех сделанных допущений структурную схему цифровой системы можно представить так, как показано на рис. 4.22. Рис. 4.22. Структура цифровой системы управления Коэффициенты передачи АЦП и ЦАП, а также запаздывание t здесь отнесены к непрерывной части системы. Погрешности, возникающие в результате замены многоступенчатых релейных характеристик линейными, в случае необходимости могут быть учтены в виде шумов. Структурная схема на рис. 4.22 отличается от структурной схемы импульсной системы лишь наличием дополнительного звена с передаточной функцией D (z). В тех случаях, когда запаздывание t значительно меньше периода дискретности Т, для определения W 0(z) можно использовать те же формулы, что для импульсных систем. Передаточная функция разомкнутой цифровой системы G (z) = D (z)× W 0(z), т. к. Y (z)= W 0(z)× U (z), U (z) = D (z)× X (z). Модифицированная передаточная функция разомкнутой системы G (z, e) = D (z)× W 0(z, e). Передаточные функции замкнутой цифровой системы определяются так же, как и в случае импульсных систем, на цифровые системы распространяются все методы исследования устойчивости и качества. Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.005 сек.) |