Синтез цифровых систем автоматического управления

Цифровые системы автоматического управления

В настоящее время цифровые системы автоматического управления широко используются в самых разных областях техники и науки. Прослеживается тенденция к вытеснению аналоговых систем, в которых используются аналоговые законы управления системами, включающие в себя цифровые вычислительные машины, позволяющие реализовать цифровое управление.

Цифровые системы автоматического управления обладают следующими преимуществами:

1. Точность. Цифровые сигналы представляются в двоичном исчислении единицами и нулями, как правило 12 битами, чтобы представить одно число. Это обуславливает малые ошибки по сравнению с аналоговыми сигналами, искажающиеся помехами и дрейфом напряжения источника питания.
2. Незначительные ошибки реализации. Обработка цифровых сигналов управления связана с операциями сложения и умножения с запоминанием численных значений. В данном случае ошибки являются незначительными.
3. Переналаживаемость. Аналоговые регуляторы трудно модифицируются и перепроектируются. Современные цифровые регуляторы реализуются при помощи программно-аппаратных средств и или компьютерных программ. Структура цифрового регулятора не должна придерживаться одной из простых форм, использующихся в аналоговых устройствах.
4. Быстродействие. Быстродействие компьютерных аппаратных средств постоянно растет, начиная с 1980-х годов. Это делает возможной дискретизацию и обработку сигналов управления с очень высокой скоростью. Таким образом интервал между моментами дискретизации, период дискретизации, может быть выбран малым.
5. Стоимость. В настоящее время наблюдается непрерывное уменьшение стоимости цифровых схем. Прогресс в технологии больших интегральных схем делает возможным изготовление более качественных и дешевых схем, обладающих высоким уровнем надежности и быстродействием.

Аналитические исследования цифровых систем автоматического управления показали, что механический перенос результатов теории непрерывных систем на цифровой случай возможен не всегда, что обусловило необходимость создания теории цифровых систем.

Синтез цифровых систем автоматического управления

Синтез цифровой системы автоматического управления начинается с анализа технического задания. Синтез автоматической системы управления в общем виде имеет бесчисленное количество решений, что обусловлено: многообразием технических решений по объекту управления; разнообразными решениями по автоматической системе управления объектом; многообразием способов реализации системы управления. В общем случае, процесс синтеза цифровой системы управления можно разделить на следующие этапы:

1. Выбор объекта для которого разрабатывается цифровая система автоматического управления.
2. Определение исходных параметров. На данном этапе определяется выходная величина, которая варьируется в результате управления. Например, для бака с жидкость это может быть уровень жидкости, температура жидкости, давление жидкости, концентрация рассола жидкости и т. п. На этом этапе синтеза также определяется входная величина, которая будет воздействовать на выходную. величин, например, напряжение, электрический ток, момент, расход горючего и т. п. После определение данных величин, задаются технические условия или техническое задание качественных показателей на управляемую величину (быстродействие, устойчивость, точность и т. п.).
3. Выбор способа управления. Разработка системы управления осуществляется в соответствии с техническим заданием, выбирается метод управления - под копирку, по программе, по стабилизации, по регулированию, по возмущению, экстремальное, адаптивное, оптимальное и т. п. В соответствии с выбранным методом управления разрабатывается его алгоритм. На основе разработанного алгоритма управления выбирается способ реализации на составляющих системы. После этого определяются тип, количество и установка датчиков, которые необходимы для правильного функционирования системы управления.
4. Разработка устройства логического управления. Данный этап начинается с составления алгебраического описания системы, затем составляется общая монтажная схема соединений и осуществляется ее монтаж.
5. Обеспечение качественных показателей. На данном этапе составляется математическое описание отдельных элементов, уточняется место расположения датчиков, составляется структурная схема, рассчитывается и монтируется корректирующее устройство (в случае необходимости).
6. Экспериментальное исследование.
7. Разработка тест-программы и диагностика.
8. Оценка и увеличение уровня надежности системы.
9. Составление описания работы системы.
10. Составление технической документации.