Цифровые системы автоматического

Управления

 

Цифровыми системами называют дискретные системы, в которых происходит квантование сигналов как по времени, так и по уровню. Другими словами, в них существуют дискретные сигналы в виде цифрового кода. Цифровые САУ – это наиболее совершенные по своим алгоритмическим возможностям дискретные САУ. В них в состав управляющего устройства входит цифровая вычислительная машина.

Преобразование непрерывной величины в цифровую заключается в квантовании ее по времени, по уровню и представлении полученных дискретных значений в виде чисел, то есть в цифровом коде. Это преобразование может осуществляться либо путем последовательного выполнения перечисленных выше этапов, либо сразу в виде одной операции, называемой кодо-импульсной модуляцией. Поэтому цифровые системы иногда называют кодо-импульсными системами. В них каждое значение преобразуемой входной величины представляется определенной комбинацией дискретных значений.

Существуют различные цифровые коды. В случае десятичного кода дискретная величина выражается в виде десятичного числа и представляется серией импульсов, количество которых равно числу разрядов этого числа. Каждый импульс несет информацию о цифре определенного разряда. Для этого модулируемый параметр импульса принимает одно из десяти дискретных значений.

Наибольшее распространение получил двоичный код, соответствующий системе счисления с основанием 2. Каждый разряд двоичного числа может иметь только одно из двух значений: 0 или 1.

Преобразование непрерывной величины в цифровой код принципиально содержит погрешность из-за квантования по уровню, то есть округления численного значения преобразуемой величины до целого числа, соответствующего номеру уровня квантования. Абсолютное значение погрешности квантования определяется величиной шага квантования – интервалом между двумя соседними уровнями квантования. Во всех цифровых САУ преобразование непрерывной величины в цифровую осуществляется путем квантования с округлением до ближайшего уровня.

Основные достоинства цифровых САУ определяются теми возможностями, которые возникают в результате применения цифровой техники. Это, прежде всего, высокая точность, помехозащищенность и возможность реализации очень сложных алгоритмов управления, какие только доступны современным ЦВМ. Применение вычислительных машин позволяет, варьируя передаточные функции корректирующих звеньев и значения их параметров в широких пределах, быстро получить большое количество соответствующих кривых переходных процессов. Поэтому выбор коррекции и значений варьируемых параметров может быть выполнен простым перебором возможных вариантов. Полученная картина позволяет выбрать оптимальный способ коррекции.

Все эти достоинства цифровых систем достигаются ценой значительно большей их сложности и стоимости. Поэтому, как правило, цифровые САУ применяются в тех случаях, когда иными, более простыми средствами задача решена быть не может. Например, существуют цифровые системы программного регулирования с цифровым задатчиком программы, цифровые следящие системы с цифровыми измерителями рассогласования и шаговыми исполнительными двигателями. Широко применяются цифровые регуляторы, особенно интегрального типа, в которых цифровое представление регулируемой величины позволяет осуществлять интегрирование с любой степенью точности.

Однако основная область применения цифровых систем – это системы со сложным алгоритмом преобразования информации в управляющем устройстве, требующим применения ЦВМ. Примерами таких цифровых САУ являются системы управления судами, самолетами и ракетами с помощью малогабаритных бортовых ЦВМ, системы централизованного автоматического управления производством. В таких системах количество входных и выходных величин объекта управления может измеряться сотнями, а расстояния, на которые передаются эти величины, – тысячами километров.

Цифровая система управления схематично изображена на рисун-ке 5.1.

Рисунок 5.1 – Принципиальная схема цифровой системы управления

Объект управления имеет на выходе непрерывный сигнал , который преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Преобразование осуществляется в моменты квантования . Преобразованный сигнал  интерпретируется вычислительной машиной как последовательность чисел; она производит преобразования по некоторому алгоритму и вырабатывает новую последовательность чисел . Полученная последовательность преобразуется в непрерывный сигнал цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).

Работа синхронизируется в компьютере таймером реального времени. ЦВМ функционирует последовательно. Каждая операция занимает определенное время, но на выходе ЦАП должен иметь непрерывный по времени сигнал.

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться: