Солодовников (950639), страница 69
Текст из файла (страница 69)
14.3. 1 Рис. 14.2. Функциональная схема МП-системы с аналоговым входит В технике ЭВМ используют в двух основных случаях. 1. ЭВМ применяют для моделирования и расчета динамики систем Ма~1 тематические модели реальных систем описывают нелинейными уравишк.яыз, высокого порядка, что существенно затрудняет использование впадишатка"~1 методов. поэтому удобяо проводить анализ н синтез сложных синея::; управления на ЭВМ. К моделированию на ЭВМ обрагцаются также проверки результатов, полученных аиалвтнческнми методами. 2. ЭВМ используют в системах управления в качестве встроеннь» роллеров нлп проггессоров (микроконтроллеров и микропроцессоров гоо ',...'„, ветствгнио).
для инженеров — специалистов по системам управления мяб , роконтроллер представляет собой устройство, предвазначеняое для про" разовання входного сигнала в выходной согласно векоторому ал,"ориггку,; управления н программе, легко соггавлясмой на языке высокого ур"'" Таь как управляемые процессы имеют в основном аналоговый хзракм р, ~~11 то ' в больпшнствс цифровых систем управленвя циркулируют как знало~гам ',; тан н цнфровыс сигналы. Следовательно, необгоднмо такое преобразш агп за!,'; ьт,.:г сигналов, которое обеспечивало бы взаимодействие цифровых и впало:оа элементов. Папрнмер, аналоговые сигналы должны быть подвсргнуты Рис 14.З. Общая архитектура микропроцессора ";:::.::-Преимущества дискретных (цифровых) систем н современтехнике управления и обработки информации следующие: ;~-.":,а) повышенная чувствительность, высокая надежность, от.Тствие дрейфа, высокая помехоустойчивость, небольшпс габа","ты и масса, низкая стоимость, удобство при программировай; б) высокая гибкость по сравнспию с аналоговыми рсгуля.:ами, заключающаяся в измспсиии программы цифрового ре-'Фятора (в соответствии с требованиями разработчика) или ,,оптации к характеристикам объекта бсз каких-либо измене:н аппаратных средствах; в) возможность работы в режиме .ййделення врсмсни и др.
:.:Однако цифровым системам управления (ЦСУ), и в особсни микропроцсссорным (МСУ), присущи следующие огра- а..явния: а) частоты квантования сигналов по времсни, что сии' скорость выполнения программы вычисления в системе; .:,у.:: разрядной сетки или числа бит в разрядом слове управля- 407 ,Фгмтлл лтделглмзг лйа прокатным 408 ющей ЭВМ (например, разрядная сетка управля микроЭВМ составляет 8 или ! б бит). щн»,с При проектировании микроЭВМ следует предусмотреть в задачи, необходимые для логики ее функционирования; кро,„..:::.' того, требуется спроектировать модули памяти, а также сост ветствующий интерфейс для обмена информацией между Э()А( '.~ и измерительными, усилительно-преобразующими устройствами '.",,' системы, Рассмотрим некогорые примеры цифровых систем управления тсхш;ч скими объектами.
На рис. 14.4,а представлена функциоиальнаи схема аналоговой сиота,,.'.'', Ф Рнс. 14.4. Функциональная схема системы управления угловым дивжением самолета: а — с саахогоэмм сстсцалатом; 6 — с цифровым мы управлеиая угловым движением самолета для одной управляемой перс мениой (угол тангажа, рыскания илв крена) Цель управления состоит отслеживании угла ориентации объекта за командным сигналом. Для ул)чшенвя устойчввости системы введена обратная связь по угловой скорое|я объекта. Аналоговый автопилот (управляющая кодсистема) может быть заменсп на цифровой; при этом в систему должны быть вклгочеиы аналогово-цифра вой и цвфроаналоговый преобразователн.
Заметим, что, поскольку все ою тальные элементы системы, кроме цифрового кгпгроллера, остались знало. говыми, использование этих яреобразовател 1 является обязательным (рис. 14.4, б). Ъ'*;, ' »ление рялом производственных процессов осуществляют на осно "пения ЭВМ (например, в современном прокатном произволстве). ~~:14.6 воказана функциональная схема упранлеиия прокатным с~ином Лмылсмкее се ма Таам за звн цдп лязгу '-":.14.6. Функциональная схема системы упрвления ь * станом '""' дственной фуикцвей цифровых ЭВМ является реалиаацня управГйдгоритмов, сформулврованиьж рааработчиком илв пользователем, вх перифераи †сб н регистрация исходных дааиых (значений управляемого процесса), а также их обработка.
"Гтву~от следугощие режимы работы управляющей ЭВМ: диалого"'"'' ой обработки и реального времени. Расчеты экономического н ического характера выполняют в оснонном в диалоговом и па'"жимах, когда и емя выполнения расчетов нс оказывает влияния '"' й результат. Снстеьгу обработка данных в режиме реального «)Можно определить как систему, получаюпгую исхолиые данные и результаты с такой скоростью, которая обеспечввает своевремен' '"вю системы на изменении, происходящие во внешней среде.
Вре"'"..Тс управляющей ЭВМ должно соответствовать времени регулпро'~х(роде оса: 1 ...а;р -2У,р „' 'Частота среза системы, Гц '":,."-'.Эффекты квантования по уровню. Аналоговый вход ~Как погрешность из-за квантования по уровню столь :ею можно пренебречь, иногда при исследовании циф''стем управления сигналы считают практически пспре„:,.",Это вполне оправдано, если сигналы изменяютгя в .М)диапазоне и их обработка ведется на ЭВМ, обладаюм.щей разрядной сеткой. Если отклонения сигналов не- ".а ЭВМ оперирует со словами малой разрядности, как ,, М, то возникают существенные погрешности, которые „,"учитываться при анализе цифровых систем.
ванне по уровню (амплитуде). В цифровых системах .ухй импульсов может иметь лишь определенные зпачей импульс, значение которого находится между двумя анями уровнями, преобразуется в импульс с уровнем, ко=:,,Фйболее близок к действительному значению сигнала. ; х(ные уровни квантованного сигнала затем преобра,,Вкцодовые группы, каждая из которых состоит из не.,'",.:'нмпульсов. Кодовая группа передается для каждого ных значений сигнала, определение которых с по- 409 Длина слова, бит 7 Количество чисел !27 Раареюаюспая, 0,787 способность, ч! 255 0,392 !О !023 !2 4095 0,024 0,098 округлении с, т7 !сир ,, ечении "<,.(5,~ <1 мощью числового кода, например двоичного, называетс я к! рованием.
Аналоговые входные сигналы квантуются по у в АЦП и переводятся в цифровые коды. ура Шаг квантования т7 задается разрядностью преобразова (т. е. длиной его слова, за исключением знакового раз рял' ' Максимальное число А! уровней, представимых двоичны ым дом разрядности с, определяется с помощью формулы А!=2с 1 где с — длина слова в битах, Отсюда можно найти относительный шаг квантования,:,-': уровню (1 ' Шаг квантования с7 и разрешающая способность АЦП в!' висимости от зарядности слова следующие: Разрешающей способностью АЦП (с), о!о) назывзют меньшее значение переменной на его входе (уюсн, !)со), к,' символ младшего разряда числа на выходе Я) изменяет ' Она 1.
Статическая характеристика АЦП Я=ср(д) является мн,' ступенчатой релейной, имеющей по оси ординат т!7 уровней („ =О, 1, 2,..., 2' — 1 — порядковый номер уровня квантова', рис. !4.6, а). Шаг квантования в соответствии с выраже'' (14.1) — это такое приращение значения д на входе АЦП.:ь торос приводит к изменению переменной на выходе !га единицу (бит). Если бит старшего разряда числа у отнести к знаку з „ числа, то модуль у уменьшается вдвое, что соответствует носу осей ординат и абсцисс статической характеристики 0,6(2с — 1) вправо и на 0,5д(йс — 1) вверх (рис. 14.6, б). ! .:.;- образом, АЦП является нелинейным знспом с нечетной ми ° СтУПЕНЧатОй РЕЛЕ!!пей ХаРаКтЕРИСтИКОЙ Ь7=мй(У), СНММСтРН"й относительно начала координат.
Согласно статической характеристике, на выходе АЦП ,а. мнрустся цифровое значение, равное целому числу 1 и!--' квантования !7, содержац[ихся в аналоговом сигнале у: ра ';1.,' где 1=-0, 1, 2,..., А!. Остаток бе либо округляют, в результате чего получи!От ." жайшее снизу или сверху к значению у целое число, либо д сто усекают. При усечснии все биты, меньшие, чем самый Ы,,'т ший значащий бит, отбрасывают, '" оих случаях справедливо соотношение ""уе+6„ (14.2) относительная ошибка квантования (шум квантова'!',:,'вьаключенная в следующих пределах (см.
рис. 14.6, б): ьч' . Ф тес бб .. Рис, 44.5. Статическая характеристика 7ьс1П а — неснммстричнеи, б — снмметри нми опюситесьно точки ° есФровые коды с выхода АЦП пересылаются в центральный теор, где обычно преобразуются в слона большей размер- ,,З!и. е. в двоичные коды с . хтс 4!1 Вычисления, связанные с реализацией линейных алгорнт,„а'-',, управления (см. рис. 14.5): при отклонении регулируемых переменных вч=фч(Ь) — ач(Ь); (1 4 з),'. в случае управляющей переменной и,(Ь) = — Ь„иа(Ь вЂ” 1) —...---Ь и„(Ь вЂ” )з)+ +аааа«(Ь)+... +ать (144)"'. Здесь еа — отклонение регулируемой переменной; уа(Ь) — оцр,' деляется согласно уравнению (14.2); иа(Ь), иа(Ь вЂ” 1) ., ич(Ь вЂ” )и) — управляющая переменная при Ь, Ь вЂ” 1, .,Ь аач... а,„; Ь,, Ь,„— коэффициенты системы Ошибки квантования по уровню.
В управляющих ЗВЬ1 цифровых регуляторах сигналы подвергаются квантованию уровню на нескольких этапах. Если в системе управления япй, пользуются цифровые датчики, то их выходные сигналы мог",,) принимать только определенные квантоваиные дискретные зн'и чепия. Квантование по уровню происходит также в централ: ном процессоре (ЦП). Наконец, в ЦАП сигналы также ква""' туются. Этапы квантования по амплитуде можно выделить ц, тех системах, где используются датчики с аналоговым выигда ' (АЦП). Ошибки квантования по уровню в общем виде описывают уравнением (14.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
