Структурная схема цифровой следящей системы
Структура дискретной системы автоматического управления Использование цифровых методов обработки информации в системах автоматического управления позволяет реализовывать сложные алгоритмы управления и обеспечивать их быструю сменяемость. Кроме того, цифровые устройства, как правило, более надежны в работе и имеют меньшие габариты и массу. Автоматические системы, полностью построенные на цифровых элементах, называются цифровыми САУ (ЦСАУ). Особенно широкое распространение ЦСАУ получили в радиотехнических системах для обработки информации о параметрах радиосигналов. Например, в радиолокационных системах эти параметры (амплитуда, частота, фаза и др.) несут информацию о координатах объектов, поэтому в них используют ЦСАУ для слежения за угловыми координатами, дальностью и скоростью перемещения целей. В радиотехнических следящих системах входная информация передается с помощью радиосигналов, а выходная, как правило, в виде электрических сигналов, что дает возможность выполнить систему только из электронных элементов и устройств. В том случае, когда выходная информация должна выдаваться в виде линейных или угловых перемещений, используют электрические и электромеханические цифровые элементы. Сигналы в ЦСАУ формируются в виде последовательности импульсов, образующих некоторый код, с помощью которого записываются мгновенные значения процессов, подлежащих обработке. Кодовая модуляция сигналов приводит к тому, что информация в системе квантуется как по времени, так и по уровню. Квантование по времени происходит из-за импульсного "характера сигналов, в результате чего полезная информация выдается в виде дискретной функции x(iTn). Квантование по уровню происходит за счет конечного числа импульсов в коде, называемого числом разрядов. При конечном числе разрядов можно отобразить лишь конечное число дискретных значений передаваемого процесса. Например, в случае двоичного кода при числе разрядов q максимальное число дискретных значений процесса N = 2q - 1. Так, если код имеет 8 разрядов, то N = 225; если q = 12, то N = 4095. При заданном числе разрядов передаваемый процесс x(iTn) может отображаться не более чем N дискретными значениями. Рис. 1.19. Два способа квантования по уровню Если максимальное значение процесса равно xmах, а минимальное xmin, то шаг квантования по уровню
В результате квантования по уровню получается процесс (iTn), который будет лишь приближенно отражать характер изменения процесса x(iTn). Ошибка приближения (округления) будет зависеть от шага квантования и способа квантования по уровню, два из которых показаны на рис. 1.19. В первом случае квантование по уровню происходит по правилу: принимается значение (iTn), ближайшее к x(iTn) (рис. 1.19, а). Во втором принимается значение (iTn), ближайшее к x(iTn) снизу для x(iTn) > 0 и сверху для x(iTn) < 0 (рис. 1.19,б). Квантование по уровню является безынерционным нелинейным преобразованием типа многоступенчатой релейной характеристики, показанной на рис. 1.19, и обозначается в виде функции Статическая характеристика квантователя для первого способа квантования показана на рис. 1.20, а, а для второго - на рис. 1.20, б. Прямые, проходящие через начало координат, соответствуют случаю линейного преобразования. Из характеристик на рис. 1.20 видно, что ошибка округления при первом способе квантования равна 0.5Δ, а при втором - Δ. Хотя первый способ квантования обладает более высокой точностью, однако его техническая реализация сложнее второго. Ошибка округления является инструментальной погрешностью ЦСАУ, определяющей точность работы в статике, и большей точности в цифровых системах достигнуть невозможно. Величину ошибок округления можно уменьшить путем увеличения числа разрядов кода, однако это приводит к усложнению конструкции цифровых элементов. В динамических условиях работы ошибки могут быть значительно выше ошибок округления и играют определяющую роль, поэтому методике их расчета в дальнейшем уделяется особое внимание. Наличие квантования по уровню может приводить к появлению автоколебаний, амплитуда и частота которых зависят от шага квантования Δ. Рис. 1.20. Статические характеристики квантователей Таким образом, цифровая обработка информации имеет ряд специфических особенностей, которые надо учитывать в процессе исследования ЦСАУ.
Рис. 1. 23. Функциональная схема ЦВМ Цифровое представление информации в ЦСАУ можно отобразить с помощью двух последовательно выполняемых операций: квантования по времени и квантования по уровню. Квантование по времени является операцией линейной, а по уровню - нелинейной, в результате чего ЦСАУ относятся к классу нелинейных систем. На структурных схемах операцию квантования по уровню отображают нелинейным звеном с характеристикой (рис. 1.21). Наиболее широкое распространение получили электронные цифровые следящие системы на базе цифровых вычислительных машин (ЦВМ), функциональная схема которых изображена на рис. 1.22. В цифровом измерителе рассогласования (ЦИР) формируется в цифровой форме рассогласование , которое поступает и обрабатывается на ЦВМ. На рисунке 1.23 изображена упрощенная функциональная схема машины, где ВВ и ВЫВ - устройства ввода и вывода; ПР - процессор; ОП - оперативная память; ВП - внешняя память. ПР предназначен для проведения операций над числами, ОП - для хранения промежуточных результатов и команд, ВП - для хранения алгоритмов обработки информации и исходных данных. Главной особенностью ЦВМ является работа в реальном масштабе времени. Это значит, что вся обработка поступающей информации должна заканчиваться за время ТП (период квантования процессов по времени), и это накладывает жесткие требования на быстродействие машины, а оно, в свою очередь, часто определяет минимальное значение Тn. Так как частота квантования
должна удовлетворять теореме Котельникова (п.1.2), то быстродействие ЦВМ может существенно влиять на качество работы системы. Время обработки информации машиной Т0 складывается из времени ввода и вывода данных, времени обращения к памяти и времени проведения операций в процессоре. При работе в реальном масштабе времени T0 = α Tn, где коэффициент 0 < α ≤ 1. Таким образом, выдача данных из ЦВМ будет происходить с запаздыванием на время αTn относительно момента их поступления, поэтому машина в составе ЦСАУ может рассматриваться как запаздывающее звено с передаточной функцией Kцвм(p) = e-p α Tn. Так как в теории z-преобразования e-p Tn = z-1, то передаточная функция ЦВМ как дискретного звена равна K*цвм(p) = z-α где 0 ≤ α ≤ 1. За время T0 = α Tn информация обрабатывается в соответствии с заложенными в машину алгоритмами, которые задаются в виде разностных уравнений. Если эти уравнения линейные, например вида (1.5) или (1.8), то алгоритму будет соответствовать передаточная функция K*α(z), которая в виде дискретного звена должна отображаться на структурной схеме. Рис. 1. 24. Структурная схема цифровой следящей системы Подводя итоги всему сказанному выше, можно представить структурную схему ЦСАУ в виде рис. 1.24, где суммирующими и нелинейными звеньями обозначен цифровой измеритель рассогласования, запаздывающим звеном z-α - цифровая вычислительная машина, а дискретным звеном K*α(z) - линейный алгоритм обработки информации. Последовательное соединение запаздывающего и алгоритмического звеньев образует передаточную функцию линейной части ЦСАУ K*(z) = z-α K*α(z). В том случае, когда период квантования Tn определяется только быстродействием ЦВМ, можно полагать α = 1, а если время обработки T0 << Tn, то α = 0. Выбором достаточно большого числа разрядов цифрового кода можно сделать шаг квантования Δ и ошибку округления настолько малыми, что влиянием нелинейного звена можно пренебречь и считать ЦСАУ линейной дискретной системой.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1330)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |