Цифровые автоматы — это цифровые устройства, которые выполняют заданные функции без прямого участия людей.
Общие сведения о цифровых автоматах
Под цифровым автоматом следует понимать дискретный преобразователь информации, который способен принимать разные состояния, осуществлять переход под влиянием входного сигнала из одного состояния в другое и формировать выходные сигналы. Автомат именуется конечным, когда множество его внутренних состояний, а также множество значений входных и выходных сигналов являются конечными.
Цифровые автоматы могут обладать жесткой (схемной) логикой, а также логикой, которая хранится в памяти. Существуют следующие классы автоматов:
- Синхронные автоматы.
- Асинхронные автоматы.
Синхронным автоматом является автомат, который работает под управлением тактовых, то есть, синхронизирующих, сигналов, имеющих постоянную длительность и постоянную частоту, если квантование времени равномерное. Входные сигналы способны влиять на состояние автомата только при наличии тактового сигнала и не изменяются в течение времени тактового сигнала. Период следования тактовых сигналов обязан быть больше или равен времени, которое требуется конкретному автомату, для того чтобы перейти из одного состояния в другое. При рассмотрении абстрактного автомата, предполагается, что изменение внутренних состояний автомата осуществляется в интервалы времени между смежными тактовыми сигналами, а выходные сигналы должны формироваться по фронту очередного тактового сигнала.
Для асинхронных автоматов длительность интервала времени, в течение которого останется неизменным состояние входных сигналов, считается переменной величиной и может определяться временем, которое требуется автомату, для того чтобы установить соответствующие выходные сигналы и завершить переход в новое состояние. То есть, асинхронный автомат обязан сформировать каким-либо известным методом сигнал об окончании очередного такта, по которому текущие входные сигналы можно снимать, а далее приступить к началу следующего такта, то есть, разрешается поступление новых входных сигналов.
Теория цифровых автоматов
Управление - это такая организация технологического процесса, которая способна гарантировать достижение поставленной цели. Теория цифровых автоматов является разделом современной науки и техники, основой которого выступают как фундаментальные, общенаучные дисциплины, такие как, математика, физика, химия и так далее, так и прикладные дисциплины, такие как, электроника, микропроцессорная техника, программирование и так далее.
Каждый процесс, связанный с управлением, в том числе и автоматическим, должен содержать следующие базовые элементы:
- Получение информации, характеризующей задачу управления.
- Получение информации, характеризующей итоги управления.
- Осуществление анализа поступившей информации.
- Воздействие на управляемый объект, то есть, реализация решения.
Это означает, что для реализации процесса управления, система управления цифрового автомата должна иметь:
- Источники информации о задаче управления.
- Источники информации об итогах управления. То есть, это могут быть различные измерительные устройства, типа датчиков, детекторов и тому подобное.
- Оборудование, которое позволяет выполнить анализ поступающих данных и сформировать решение.
- Исполнительное оборудование, которое способно оказать воздействие на управляемый объект, то есть, обладает различными регуляторами, двигателями, усилителями, преобразователями и тому подобное.
В случае, когда цифровой автомат оснащен всеми указанными выше элементами, то такой автомат представляет собой замкнутую систему управления. Принципом обратной связи считается управление техническим объектом с использованием информации об итогах управления. Структурная организация такого цифрового автомата показана на рисунке ниже.
Рисунок 1. Структурная организация цифрового автомата. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если цифровой автомат имеет структурную организацию, изображенную на рисунке выше, и может функционировать без участия человека, то такой автомат может считаться системой автоматического управления (САУ). А когда цифровой автомат работает при участии человека в качестве оператора, то тогда он может считаться автоматизированной системой управления.
Если управление реализовано по определенному закону изменения объекта во времени и не зависит от результатов управления, то такое управление осуществляется по разомкнутому циклу, а сам процесс управления является программным управлением. К цифровым автоматам, использующим принцип разомкнутого цикла, могут быть отнесены, к примеру, промышленные конвейерные и роторные линии, станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и тому подобное.
Цифровые автоматы, выполняющие функции автоматических систем управления, можно разделить на следующие типы:
- Цифровые автоматы, являющиеся системами автоматического управления (САУ).
- Цифровые автоматы, являющиеся системами автоматического регулирования (САР).
- Цифровые автоматы, являющиеся следящими системами (СС).
Необходимо подчеркнуть, что системы САР и СС по существу могут считаться подмножествами САУ.
Автоматическая система управления, способная обеспечить неизменным, то есть, постоянным, какое-либо значение (или группу значений) в управляемом объекте, называется системой автоматического регулирования (САР). Системы автоматического регулирования могут считаться наиболее применяемым типом автоматических систем управления.
В теории цифровых автоматов, управляющих техническими устройствами, принято разбивать систему на совокупность отдельных звеньев, соединенных в сетевые структуры. В простейшем случае система может состоять из одного звена, на вход которого поступает входной сигнал (вход), а на выходе формируется отклик системы (выход). Такая система представлена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
