Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Зависимость становится более сложной, если хаеристики датчика имеют зону нечувствительности или гистерезис; в после- Рвктеристи щвем сл чае вучае должно быть известно направление изменения сигнала — возрастание взвубывание, Р леле з.2.2 обсуждалось, как использовать весь диапазон АЦП для сохране- в"Я "Рнемлемо" Р 'млемой точности. Если измерительный сигнал превышает диапазон АЦП, то необходимо димо проверить, что выход преобразователя не "провернулся" и не начал '"оза отсчет с н т с нуля — величина 10.1 В может, например, быть представлена как 0.1 В, ов" ПРедел лиан лиапазона АЦП равен 10 В.
Эта возможность уже предусмотрена в каче- 'ве стандартной ' г ной процедуры во многих системах и устройствах сбора данных; однако вовкой конт нтроль поморгает защититься от неожиданностей. 55,3 ус Другие операции обработки данных рад пение ияние ошибок Вл бок измерений можно уменьшить с помощью простого усреднения. РШ ч Ц 1 может оыть запРогРаммиРован длЯ выбоРки сигнала в 10 Раз быствв ' ем "еобходимо, рв д мо, и тогда грубое значение можно получить как среднее за 10 инва 'чов выбо ки.
ввввал Рвви. Ловволнительно можно отбросить одно-два значения, не уклал в об ыомщую тенденцшо изменения данных за период усреднения, т. е. 214 Глава 5. Обработка си„ Гнл лючение 55 За« слишком больших или слишком маленьких. Это полезно в тех случаях, когда а вть, ной сигнал остается постоянным в течение периода усреднения, а его колебани Ия ац, ваны шумом с нулевым средним значением.
Калибровка и компенсация дрейфа Значения входного измерительного сигнала часто нуждаются в компев, ссацн дрейфа или погрешностей калибровки датчиков или электронных устройств й ' этой цели входные усилители и АПП должны тестироваться и, при ссеобхоссии„„ мосс проходить калибровку с помощью известного и точного эталона напряжения, В вс всс торых случаях вся процедура калибровки может проводиться автоматически пол, равлением программного обеспечения. Построение графиков Построение графика изменения сипсала во времени или как функции друтлс, сигнала позволяют выявить некоторые интересные детали: исключительные или необычные возмущения; потерю значений; — периодические колебания. Поэтому средства построения графиков являются важной частью любых комп ьн терных систем управления.
Программное обеспечение для анализа данных Коммерческих программ для анализа и фильтрации данных очень много. Одшп из наиболее широко используемых в академической и научной среде пакетов явлл" ся МАТЮКАВ. МАТВА — это инженерный пакет для обработки и визуального пр'с ставления, который объединяет в общую среду процедуры численного анализа, ""' ричных вычислений, обработки сигналов и графического представления даня" МАТ1 АВ можно расширить дополнительными инструментальными средствамс' " конкретных приложений, например для фильтрации.
Средства обработки сися" включают в себя цифровую обработку, анализ временных рядов и функции дл"" струирования и анализа цифровых фильтров. Средства системной идентифн фи«а~ я сисс обеспечивают возможность параметрического моделирования и описания с" Среди многих стандартных структур, представленных в МАТЮКАВ, есть н ь ' н мол. авторегрессионного фильтра скользящего среднего. 5.5.4.
Структура данных для обработки измерений ом п«1сс Каждый входной измерительный сигнал связан с определенным набор змерен« метров; эти параметры используются программами ввода н обработки нз Р Структура хранения этих параметров должна Гсьсть организована таким обра.
зон чт ко «л"' бы рвали,*сны е процедуры (подпрограммы или отдельные модули) могли лег обращаться. Наиболее важные параметры, используемые в обработке изм Р е ел«ь включают в себя: — указатели па данные измерений; ходпого порта измерительной информации; адрес вх С интеР .вал выборки; фицненты пересчета сигнала; коэч'ч'и пар алсетры датчика; говые значения для физического процесса (полоса гистерезиса с первьсм и порогов вторы рым сигнальными пределами); допус пустимая скорость изменения; параметры фильтРа аю Ьр ся ез) льтат измерений до и после обрабоззси логические пеРеменные, управляющие подключением тех или иных процедур например линеаризации, пересчета входных данных, фильтрации, обработки нештатных ситуаций.
Вышеперечисленные параметры имеют разные форматы: одним соответствуют целые числа, дру~им — вещественные, третьилс — логические переменные или символьные строки. Конкретное представление зависит от используемой вычислительной платформы н языка программирования. Некоторые принципы организации баз данных для хранения и обработки измерительной информации изложены в разделе 12Д. 5.6. Заключение Частота выборки аналоговых сигналов является фундаментальным параметром обработки измерений в цифровой системе управления.
В идеале эта частота должна цмть по крайней мере вдвое болыпе самой высокой частотной составляющей исходлцго сигнала; на практике она должна бьшь еще выше для правильного восстановлецил сигнала за конечное время. К тому же если частота выборки мала и на исходный с""пал наложен высокочастотный шум, то и дискретном сигнале появляются псевдо- часто ' стотные искажения — ложные частоты. После дискретизации уже невозможно отлвп ложную информацию от исходной, "правильной '.
делить с(ля преобразования аналогового сигнала в цифровой необходимо убедиться «том,ч и что преобразователи обладают достаточным быстродействием, их точность со'тветств тствует приложению и диапазон преобразования используется полностью. Высок 'сокочастотные компоненты сигнала, обычно появляющиеся из-за шумов и на'цлок, должны быть устранены либо подавлены до выборки. Чтобы исключить все составл ~лтся анало лясощие с частотами, превышающими полонину частоты выборки, применяналоговые фильтры низкой частоты (противопсевдочастотные). Аналог л потовый фильтр можно сконструировать для подавления либо низких, либо 'ЦСОК Их *са "" елей, поэ частот.
Очень часто эти фильтры реализуются на основе операционных уси~~этому их надо применять с осторожностью, так как операционные уснли"" Имеют "тотм м 'от ограниченный частотный диапазон и не реагируют на очень высокие час(иф ов фровая Фильтрация — хороший метод извлечения полезной информации из 'с'вала, В ,ь этои главе было рассмотрено, как реализовать ФНЧ и ФВЧ низких поряд,ф практике широко используются простые фильтры скользящего среднего и ' Вал " Ровы "се экспоненциальные фильтры низкой часлоты первого порядка. Фильтры Глава 5. Обработка сягв „ ПППБ 216 более высокого порядка можно легко реализовать программным способом.
Нак „ а сигнал должен пройти несколько проверок перед тем, как он поступит на вход ритма управления. Наиболее важные из них обсуждены в этой главе. Рекомендации ло дальнейшему чтению Аналоговые фильтры детально рассмотрены в [С!аз1огг], 1986], [1гч(пе, 1994] я [] „ 1986], [Оегепхо, 1990] описывает многие практические аспекты мультиплекся ния, аналого-цифрового преобразования и фильтрации. Более подробно АНП н 1(д( рассмотрены в [ЯЬе1пйо1г], 1986]. Теорема дискретизации объяснена в [Азггош/%'1ггепшаг]с, 1990].
Эта книга так, детально описывает дискРетные динамические системы, длЯ котоРых цифрп„п фильтры являются частным случаем. Углубленное рассмотрение цифровой фиды рации приведено в [Яеагпз/1)ачЫ, 1988]. Аналитическое описание шума и наведгя ных помех рассмотрено в двух работах [Вепс[аг/Р(егзо1, 1986, 1993], а также [1]пп1 1987] и [Войегзггош/Ясо(са, 1989]. Основные структуры аналоговых и цифровых регуляторов. Про- граммная реализации регуляторов рбэор Ватой главе рассматриваются регуляторы, основанные как на непрерывной (ана- п ювон), так и на дискретной модели (далее — аналоговые и дискретные регуляторы).
держание построено таким образом, чтобы в результате читатель получил, по-первых, целостное представление о предмете главы, а во-вторых, был в состоянии оценить свойства, производительность тех или иных структур управления, а также ре- зультаты, которые можно получить с их помощью. Детали анализа и проектирования геудяторов, а также различные методы их настройки выходят за рамки настоящей книги. Читатель должен быть знаком с основами теории управления и понимать, как регуляторы влияют на те или иные свойства системы, например на ее устойчивость. Кдзссяческие учебники по теории управления детально рассматривают математические методы анализа схем управления, однако, как правило, они уделяют меньше внимания практическим задачам разработки и реализации регуляторов. В этой главе рассмотре- па пе только теория, но и практика проектирования структуры регуляторов и нх ком- ""теРная реализация, обеспечивающая решение поставленных задач управления.
Регуляторы создаются на базе либо непрерывной, либо дискретной модели про- и"са Принципы проектирования регуляторов описаны в разделе 6.1. двухпозици- пиные— е — Релейные, бинарные — регуляторы, часто применяющиеся в промышленно- ои,к ат "Растко обсуждаются в разделе 6.2. В разделе 6.3 рассматриваются аналоговые Регулято ь ° "торы с упреждением и обратной связью и примеры их применения.
В опо Р поРционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор относитсякваиболе подробно а ' ' нболее распространенным в промышленности регуляторам. Поэтому он будет о Рассматриваться в нескольких разделах настоящей главы. Гго основные ппйства обс обсуждаются в разделе 6Л. дискретной модели ПИд-регулятора и соответвумщнм п программным алгоритмам посвящен раздел 6.5. Различные структуры прпвлени я на базе ПИД-регулятора описываются в разделе 6.6.
Несмотря на боль- пптп гюпулярность, ПИд-регуляторы годятся не для всех типов задач управления, РвмеР онн п пп„р онн плохо подходят для процессов, имеющих время запаздывания. Ограепня на п Рименение ПИД-регуляторов обсуждаются в разделе 6.7. ный дискретныи линейный регулятор обсуждается в разделе 6.8. 3начео щенный пем, Р "Улятора определяется, во-первых, тем, что его можно непосредственно этого Р, П повять и ог . чп,г ь прогРаммными сРедствами, а во-втоРых, многие типы РегУлЯтоРов— и частнь гпра б ые случаи, например ПИД-регулятор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
