Все ответы к экзамену, страница 4

Исходя из этого, при управлении такими объектами в течениевремени запаздывания объекта формировать управляющее воздействиенецелесообразно и неэффективно. В [2] для управления объектами сзапаздыванием предложены алгоритмы динамической частотно–импульсноймодуляции.Стохастическаядинамическаячастотно-импульснаясистемаавтоматического управления (ДЧИСАУ) объектами с запаздыванием состоитиз динамического частотно-импульсного модулятора (ДЧИМ) и приведеннойнепрерывной части (ПНЧМодулятор ДЧИМ представляет собой последовательное соединениефильтра Ф и импульсного устройства ИУ, охваченное параметрическойобратной связью [2]. Единичные –импульсы подаются на вход приведеннойнепрерывной части ПНЧ, включающей в себя наряду с управляющимобъектом и формирующий фильтр.

Входной сигналслучайныйстационарныйхарактеристиками.процесссизвестнымипредставляет собойстатистическимиИМПУЛЬСНЫЕ И ЦИФГОВЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯРНЬМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯА. Классификация импульсных систем автоматического управленияИмпульсные системы - зто системы, в которых имеются сиг-алы, квантованные повремени (см.

§ 11-1). Большинство замк-ых импульсных САУ. можно представить, какпоказано на рис. 12-1. Здесь НП - непрерывная часть системы, а ИЭ - им-ульсный элемент.Импульс-элемент осуществляет антование непрерывного гнала X по времени, преобразуя его,таким образом, в дискретный сигнал Y. На .рис. 12-1 приведен возмож- ный вид сигналовна входе и выходе импульсного элемента. Проходя непрерывную часть, дискретныйсигнал сглаживается и превращается опять в непрерывньш ,сигнал.Возможны и более слож-е импульсные САУ, содер-Рис.

12-1. Замкнутая импульсная система автоматического управления.сащие несколько импульсных элементов, однако мы ограничим свое )ассмотрениесистемами с одним импульсным элементом. Кванто-шние, осуществляемое импульснымэлементом в виде преобразо- ания непрерывного сигнала в последовательностьимпульсов, шзывается импульсной модуляцией. Она заклю-гается в изменении одного изпараметров выходных импульсов (модулируемого параметра) в функции величинывходного сигнала (модулирующего сигнала). Модулируемым параметром дляпоследовательности импульсов на выходе импульсного элементаtможет быть высота или амплитуда импульса, его ширина и период повторенияимпульсов.

Соответственно существуют три вида импульсной модуляции: амплитудноимпульсная модуляция (АИМ), широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и времяимпульсная модуляция (ВИМ). Последняя, в свою очередь, подразделяется на * фазоимпульсную модуляцию (ФИМ) и частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ). Во всехслучаях форма импульсов в процессе Модуляции принимается неизменной.Рис. 12-2 поясняет сущность каждого вида модуляции. При АИМ (рис. 12-2, б)модулируемым параметром, зависящим от значения входного сигнала X в началеочередного периода Тц повторения импульсов, является высота (амплитуда) импульсов.(Заметим, что изображенный на рис. 11-1, в квантованный по времени сигналпредставляет собой тоже амплитудно-модулированный сигнал при ширине импульсов,равной периоду их повторения.) При ШИМ (рис.

12-2, в) модулируемым параметромявляется ширина Ги импульса, а при ФИМ (рис. 12-2, г) - запаздывание Тз импульсаотносительно начала периода. В случае ЧИМ (на рис. 12-2 не показана) модулируемымпараметром, изменяющимся в функции величины X, является частота/п = ИТ следованияимпульсов.По виду модуляции импульсные САУ делятся соответственно на амплитудноимпульсные, широтно-импульсные и т. д.

Основное распространение получилиамплитудно-импульсные, затем широтно-импульсные системы. Поэтому в дальнейшембудем ориентироваться на них.Импульсный элемент может входить в любое функциональное звено управляющегоустройства или принадлежать объекту управления.Основные достоинства импульсных САУ обусловлены прерывистым характером передачисигналов между отдельными частями системы и состоят в возможности многоточечногоуправления, многократного использования линий связи, а также в повышеннойпомехозащищенности.Первое достоинство заключается в том, что с помощью одного управляющего устройстваимпульсного действия можно управлять несколькими объектами путем циклическогоподключения этого управляющего устройства последовательно к каждому иа объектов.Промежуток между двумя очередными импульсами, поступающими на один и тот жеобъект, используется для обмена дискретными сигналами с каждым из остальныхобъектов.

В результате система управления всеми объектами в целом существенноупрощается по сравнению со случаем применения для каждого объекта отдельногоуправляющего устройства. Примером такой системы многоточечного унравленияявляется система регулирования температуры большого числа (де-264Рис. 12-2. Виды импульсной модуляции: а - модулирующий непрерывный сигнал; б амплитудно-импульсная модуляция; в - широтно-им--пульсная; г - фазо-им-пульсная.Нтков) прессов горячей вулканизации с помощью одного регу-IHPopa. Каждый прессснабжен термопарой, выявляющей температуру. и исполнительным реле, контакты которого включены в цепь питанияэлектроподогревателя. С помощью шагового распределителя происходит обеганиерегулятором всех прессов, при подключении к каждому из которых регулятор либовключает, либо выключает нагрев в зависимости от величины температуры.

Возможностьмногократного использования одного канала связи для унравления несколькими объектами, удаленными от места нахождения управляющих устройств вмпульсного действия,основана на том же принципе последовали цельного соединения объектов исоответствующих управляющих Кустройств линий связи с помощью синхрониидействующих на урёоих концах линии шаговых распределителей.

Такое временнберазделение каналов широко используется, в частности, для связи летательными объектамии их управления. Повышенная помехозащищенность импульсных систем обу-овленавозможностью передавать информацию в виде очень ко-ких импульсов, в промежуткемежду которыми система окапается разомкнутой и не реагирует на внешние возмущения.В ряде случаев системы являются импульсными вне зависи-* [ости от указанных ихдостоинств - просто в связи с принципом йствия отдельных частей системы.

Сюдаотносятся САУ, вклю-щие радиолокаторы, высотомеры импульсного действия и т. п.у. Особенности динамики импульсных систем автоматического авленияИмпульсную САУ можно представить как систему непрерывного действия, в которойпроисходит периодическое прерывание кон-тура, осуществляемое импульсным элементом(см. рис. 12-1). Обычно частота работы импульсного элемента выбирается значи-тельновыше полосы пропускания непрерывной части системы.

:,В этом случае импульсная САУоказывается эквивалентной системе непрерывного действия, т. е. наличие квантования новремени не создает никакой принципиальной особенности в новеде-НИИ системы. Этоочевидно и из того, что в пределе при увеличении частоты повторения импульсов, т.е. приТ -►О, импульсная система превращается в систему непрерывного действия.Непрерывная часть импульсной системы играет роль фильтра нижних частот. Она, какпоказано на рис. 12-3 для случая АИМ, реагирует только На низкочастотнуюсоставляющую Уо им-, пульсного сигнала Y на ее входе, несущую всю информацию о непрерывном сигнале на взеоде импульсного элемента.

Дискретность работы импульсногоэлемента вызывает лишь в качестве нобоч- ного явления возникновение на выходенепрерывной части системы высокочастотной составляющей в виде фона (см. кривую Xна рис. 12-3), частотный спектр которой кратен частоте работыимпульсного элемента. Таким образом, в данном случае происходит то же явление, что и врелейных системах с вибрационной ли-Рис. 12-3. Переходный процесс в импульсной САУ с АИМ в случае большой частотыимпульсов.как видно из предыдущей главы, тождественны импульсной системе с ШИМ.Если частота ИТ работы импульсного элемента недостаточно велика по сравнению сполосой пропускания непрерывной части системы, наличие этого элемента в системесущественно изменяет ее динамические свойства по сравнению с системой непрерывногодействия, и, следовательно, при исследовании такой системы необходимо учитыватьдискретный характер сигналов.в отличие от релейных С А У импульсные системы могут быть как нелинейными, так илинейными.

Линейной является импульсная система, у которой линейными уравнениямиописываются как непрерывная часть, так и импульсный элемент.§ 12-2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМАВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯА. Описание линейных систем автоматического управления с АИММатематическое описание импульсной САУ (см. рис. 12-1) состоит из описаниянепрерывной части, методы которого нам уже известны, и описания импульсногоэлемента. Для описания последнего необходимо знать форму выходных импульсов,статическую характеристику элемента и его время запаздывания, если оно существенно.(На рис. 12-2, иллюстрирующем работу импульсного элемента, время запаздывания дляпростоты принято равным нулю.)Статическая характеристика импульсного элемента - это зависимость модулируемогопараметра от входного модулирующего сигнала. При описании импульсного элемента егостатическая характеристика играет ту же роль, что и статические характеристики звеньевнепрерывного действия при описании последних.

В линейном приближении, т. е. дляограниченного диапазона изменения входного сигнала, статическая характеристикаимпульсного элемента может быть заменена прямой линией, и соответственно вместостатическ(Тй характеристики импульсный элемент будстхарактеризоваться козффициентом передачи, определяемым наклоном этой характеристикив точке установившегося режима. Разумеется, как и в случае Ьвена непрерывногодействия, линейности статической характеристики еще недостаточно для того, чтобыимпульсный элемент описывался линейным уравнением, т. е. был линейным. Как будетпоказано далее, при наличии линейной статической характеристики линейным являетсяимпульсный элемент с АИМ, а им(пульсные элементы с ШИМ и ВИМ нелинейны.