Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Реализация обобщенного регуля- п 'сужав . пп ' „дается в разделе 6.9. Модель в пространстве состояний полезна для описа- ' „л""ейны ььжп нь'х систем, имеющих несколько входов и выходов. Для таких моделей и ясп,л 'пп льзовать структуру регулятора на основе обратной связи по переменным пвя Э ' Эта структура кратко рассмотрена в разделе 6.10. 218 Глава 6.
Структуры управле„ ее~ 6.1. Аналоговые (непрерывные) и дискретные регуляторы Регуляторы можно строить на основе как аналоговой, так и цифровой техники Св. ответственно, для анализа и проектирования аналогового и цифрового регула той требуются разные математические методы. Хотя цифровая технология позволя рошо моделировать работу аналоговой системы управления, т. е. реализовать анв„ Злв. говые понятия цифровыми средствами, ее возможности гораздо шире. Напрнч,в можно построить нелинейные и самонастраивающиеся регуляторы, которые нел, лвц создать на основе только аналоговых средств. Главная проблема цифрового упрв,„, пия — найти соответствующую структуру регулятора и его параметры.
После оц деления этих параметров реализация алгоритмов управления обычно представл„ собой простую задачу. Помимо этого, каждый регулятор должен включать средсгв, защиты, предотвращающие опасное развитие процесса под действием регулягеО, в нештатных ситуациях. Многие производственные процессы характеризуются несколькими входным, и выходными параметрами (раздел 2.2.7). В болыпинстве случаев внутренние свявв и взаимодействие соответствующих сигналов пе имеют принципиального значении и процессом можно управлять с помощью набора простых регуляторов, прн этом вхм дый контур управления обрабатывает одну пару вход/выход. Такой подход исполыг ется в системах прямого цифрового управления. 6.1.1.
Квантование сигналов При цифровом управлении си~пал аналогового датчика должен быть представлн в цифровом виде с помощью процедуры квантования и А1[-преобразования — зтж процесс называется оцифровкой. На основании входных данных цифровой рег)лв тор вырабатывает соответствующее управляющее значение, поступавощее ва влв' ПАП, выходной сигнал которого, т. е. управляющий сигнал и(Г), посылается неве'' нительному механизму (эта процедура подробно описывается в главах 4 н 5). Уцрв! ляюший сигнал и(г) обычно сохраняет постоянное значение в течение интервала в ' а вь! борки (разделы 5.1 и 5.2).
В некоторых случаях выход цифрового регулятор цпы представляет собой не аналоговый сигнал, а последовательность импульсов црз аговвв назначенных для конкретного исполнительного механизма, например для шаго двигателя (разделы 4.7.2 и 4.73). в ьютавгв Моменты активизации алгоритма управления обычно задаются с помоцсью нх Оввок Ра, т. е. Ревулятор включается периодически.
Такая схема отличается от асннхр 7 Гслв"' исполнения при последовательностном управлении, описанном в главе 7. -' ВМ, овв"' сколько управляющих алгоритмов (регуляторов) исполняются на одной - Б и ав.зс"' могут работать абсолютно одновременно, поскольку программы получают упр поочередно. Этот факт важно учитывать, если выход одного регулятора яв ляется св дом для других. В распределенных системах с несколькими процессорами ' сипхрон знровать различные задачи управления обычно не требуется. б.1.2. Проектирование аналоговых и дискретных регуляторов Регулятор в составе цифровой системы управления по определению явлю дискретным.
Однако традиционно большинство динамических систем описи"' аг. е релейное УпРавление 219 чительнои частью таких си ' е . м. ' ~елей р иное управление 1 ел '"«в нложениях „, „т Рименяемые в нестем и зытовых ся о быкновепными дифференциальными уравнениям, ями, которые выводятся из фи зич вских законов, например сохранения массы и энерги гу. лятор можно спроектировать на основе описания неп е ь Рерывнои системы с помо- ью передаточной функции или в пространстве состояний.
соответс ~ вуюгцие яет шо известны нз теории управления, Для т я того что ы аналоговый рес б н овать компьютерными средствами, его мо . б: гмодель необходимо подвергроцедуре квантования. 11рн цифровом управлен енин можно идти другим пунно; использовать в качестве исходной ди к дискретную динамическую ' „„процесса (раздел 3А), а затем спроектировать р вать ревулятор непосредственно „в основе этой модели. В общем случае если регулятор сначала пРоектиРуется т з уется как аналоговый, а затем преуется в дискретную форму, то интервал выборки обычн ычно меньше, чем в случае, если е„улятор спроектирован па основе дискретной модели; э " .
одели; это означает более высокую за- срузку процессора. Поэтому квантование аналоговых ре овых регуляторов обычно не рекоменесся, однако, поскольку большинство ПИД-регулятор -регуляторов проектируется таким спосо- оои, он также будет рассмотрен в этой главе. Уравнения цифровых регуляторов, спроектированных непосредственно на осно- ведискретной модели процесса, похожи на уравн авнения аналоговых ре)уляторов после процедуры квантования, хотя и имеют другие зн фф, Э еп что соответствующие п ие значения коэ ициентов, Э , Это озиача- восоздатьп о амм об б рограммы мало отличаются друг от друга. Б .
га. олее того, мож- стройкой характе истик.- р грамму о общенного регулятора с последующей па а. " параметрической нар теристик. Этот подход рассмотрен в разделах 6.8 и 6.9. Анализ непрерывных и дискретных линей ь ейных систем выполняется сходным об м, ногие принципы являкжся общими ка к к для непрерывного, так и для диск- веговых, а затем одхода, ростые структ ы ег тру ур р уляторов рассмотрены ниже вначале с анавх, а затем — с дискретных позиций. В этой главе и предполагается, что все линейн и, .
йные регуляторы с одним входом и о— дом можно п редставить в обобщенном виде д и(пй) = - г, имад -1)А] - ... — .. и((й - и) Ц + з Гв.ис(тсд) з Г1 ив1И вЂ” 1)П)+-+Г, ис1(Š— п)Ч— во ' у(7сп) в1 ' у1И 1)п) - вп ' у(И п)п) зто выход регулято а ( п и, — опорное зн °, у Оецесса), р (управляющая переменная физическ вляе . наченне,ау — выхо ной ескогоутехнического выйП меннаЯ).
ПаРамет п п е ст. у д он сигналфизическогопроцесса(упр представляет собой порядок регулятора. Обычлятор может рассматриваться как г ля го . частнын случай обобщенногодиск- ' ' орекоа при п = 2. В этой главе мы не б оэффициентов гз г. удем подробно останавливаться на Оегулят нтов гог ил. Основное внимание б св„'ора н его п о е будет уделено применению этопрограммной реализации. Хо о,, тя большинство процессов в дей: инеины (раздел 3,3), тем не менее о успешн о управлять зн ее с помоп1ью линейных регулято- Глава 6. Структу УИРпп 220 холодильников.
Эти регуляторы используются также в простых про„ оизнод, процессах, например в системах управления уровнем или простец„, даз Релейное управление иногда называют двухпозиционным (1тво.„~ 1. и! Реп)!Оп „, бапб-Ьапб гоп !го 1). Выход идеального реле (рис. 6.1 а) имеет лишь два возможных зна, ' начекип и!пах если е > 0 и=-и,„,„, если е<0 где е — это ошибка выходной величины (оигри1 еп.ог) ео -ео Рис.
6.1. Применение релейного регулятора (а); выход Релейного регулятора г кп' вой зоной (б) Реле резко реагируют на возмущения выходного сигна!!а процесса. В са. В част! ото ОШПОС если сигнал колеблется с небольшой амплитудой относительно пекот р можно уиез" ного уровня. Чувствительность реле к такому типу возмущений мож У.
если для входного сигнала ввести мертвую зону (рис. 6.1 б) и = иыа„, если е > ео и=и ,.„, если е( — ео межд -ео и ао , внж где е — ширина мертвой зоны. Бели в находится в пределах ме ду о о сигнал и не изменяется. и зна'!г™ Реле вызывает колебания относительно постоянного Р опорного з!' сколькУ УпРавлЯемаЯ пеРеменнаЯ изменЯетсЯ скачком межЛУ У,ж .
е двумя фикс' ми значениями. Это может вызвать чрезмерный износ кон онечпого элемен ' управления, механический клапан может быстро выйти . ' р выключателеи под исполнительных механизмов, например соленоидных выкл блемы не возникает. игател ' ей (1 Более сложный тип релейного управления используетс д тся для двиг' лы 4.7.1 и 4.7.2). Здесь применяются различные типы моду ляпин, напр по-импульсная модуляция, для преобразования релейного р управлякив в величину мощности питания двигателя. е(Г) = иа(1) — у(1) т. е. разность между опорным значением иа(1) и выходным сигналом и „„„, есе К 221 6.3,1 Ростые регуляторы бн "по гопы н Ре Р 'Улятор можно описать передаточной функцией того же типа, что ИЗКЧЕСКий П ОцЕСс.
пкпбк „ Р ц сс. В пРостейшем случае входной сигнал регулятора — зто перед „ины физического процесса [уравнение(6.1)1. Для работы пб чзыми функциями Рпзопап„„' ц ми используется преобразование Лапласа. Применяя проке, апласа лля о л я ошибки 1уравнение (6.1)), получим 1ере Е(з) ~ с(з) 1 (х) (6.2) Лдточкая "плк "функция ег л ичпиы Р 'гулятора СддС(э) определяется как отношение выходРегулято а Ра (у(х) и входнои ошибки й(э) т, „, ® СдбС(з) Е(з) = СЛВС(з) ((уп(з) — У(')1 три У р аления с обратной связью Цее!Йаг7! соплн1) кото чеет тся блок-схе„о. дпе п„й', изоораженной на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
