Канал обратных связей (КОС)

Согласно схеме, приведенной на рис. 3. КОС имеет следующую структуру (рис. 4):

Рис. 4.

Здесь Д— датчик обратной связи. Датчик может быть непрерывным и дискретным. Рассмотрим эти два варианта отдельно.

КОС с непрерывным датчиком

В этом случае датчик может быть представлен в виде усилительного звена с некоторым коэффициентом усиления, которое путем структурных преобразований может быть перенесено в прямую цепь контура САУ. В результате структура КОС оказывается следующей (рис. 5):

Рис. 5.

Здесь — сигнал обратной связи, приходящий с датчика, — данные, передаваемые по шине данных и представленные в числовом виде. Из-за ограниченности разрядной сетки число не может принимать любые значения в диапазоне своего изменения, имеет место квантование по уровню. Следовательно, КОС должен содержать устройство, обеспечивающее квантование сигнала по уровню. Такое устройство называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Блок-схема алгоритма управления для цифровой системы имеет вид (рис. 6):

Рис. 6.

Так как каждый шаг алгоритма состоит из набора команд микропроцессора и выполняется за конечное время, ввод сигнала производится в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга на величину , которая равна общей длительности выполнения одного цикла алгоритма управления. Следовательно, сигнал (см. рис. 5) квантован по времени. Поэтому в математической модели КОС должен присутствовать импульсный элемент, отражающий факт квантования сигнала по времени (рис. 7).

Рис. 7.

Здесь — сигнал, квантованный по уровню, — сигнал, квантованный по времени и уровню. Схема на рис. 7 представляет собой математическую модель канала обратной связи с непрерывным датчиком.

Следует обратить внимание, что физически импульсного элемента не существует. Присутствие его в математической модели лишь отражает факт квантования сигнала по времени. Физически это квантование осуществляет сам микропроцессор, выполняя ввод данных в дискретные моменты времени.

КОС с дискретным датчиком

В дискретном датчике преобразование непрерывного сигнала в дискретный и соответствующее квантование по уровню происходит внутри самого датчика, сигнал на его выходе представляется уже в цифровом виде. Поэтому мы можем рассматривать дискретный датчик как АЦП, понимая под АЦП здесь любое устройство, осуществляющее квантование по уровню. Следовательно, в случае дискретного датчика КОС также описывается схемой, представленной на рис. 7.

АЦП и его характеристики

Обычно АЦП рассматривают как статический элемент, то есть предполагают, что запаздывание сигналов, проходящих через него, очень мало. Однако в высокоскоростных системах приходится учитывать конечность времени преобразования в АЦП непрерывного сигнала в соответствующий цифровой код.

Реальный АЦП имеет следующую характеристику (рис. 8):

Рис. 8.

То есть он является нелинейным элементом. Горизонтальный размер ступеньки на характеристике называется ценой младшего разряда АЦП ( ). Чем меньше цена младшего разряда, тем большее число разрядов двоичного числа необходимо для представления преобразованного значения при одном и том же диапазоне его изменения. На практике цена младшего разряда выбирается исходя из максимально допустимой ошибки (они должны быть примерно равны): .

Наличие нелинейного элемента в цепи обратной связи будет приводить к возникновению автоколебаний, амплитуда которых сравнима с ценой младшего разряда АЦП. Однако колебания могут демпфироваться силами трения в опорах, которые играют роль нелинейного элемента с зоной нечувствительности. На практике, для того, чтобы уйти от эффекта автоколебаний, увеличивают разрядность АЦП на 2-3 разряда по сравнению с той, которая необходима для обеспечения требуемой точности системы. В расчетах часто используется линеаризованную статическую характеристику АЦП, представляя его усилительным звеном с коэффициентом усиления .

Подобная линеаризация оправдана при условии большого количества разрядов АЦП и малого значения .Влияние нелинейных факторов на работу скорректированной системы оценивается отдельно.

Канал входных сигналов

Если сигнал g подается на вход МПСУ в непрерывном (аналоговом) виде, структура канала входных сигналов (КВС) такая же, как и КОС (рис. 7).

Если же входной сигнал передается от другой МПС (ЭВМ), на первый взгляд он является сразу квантованным по уровню, и АЦП в канале не нужен. Но, принимая во внимание, что по своей физической сути сигнал – непрерывная величина (мы рассматриваем цифровой привод), можно сказать, что квантование по уровню все равно имело место (было выполнено в ЭВМ верхнего уровня), а, следовательно, математическая модель КВС должна содержать АЦП (хотя физически — как отдельного устройства — его нет).

Таким образом, КВС описывается следующей схемой (рис. 9):

Рис. 9.

Здесь — непрерывный входной сигнал, — входной сигнал, квантованный по уровню, — входной сигнал, квантованный по уровню и времени.

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: