Структура и характеристики цифровой системы управления.

Перспективным направлением в технике автоматического управления является использование цифровой вычислительной техники. При осуществлении этого режима цифровые вычислительные средства включаются непосредственно в контур автоматической системы управления. Цифровая система автоматического управления функционирует в реальном масштабе времени и в темпе хода технологического процесса. ЦВМ вырабатывает управляющие воздействия, которые через исполнительные устройства передаются на управляемый объект. Одновременно ЦВМ выполняет функции задающего и сравнивающего устройства.

Рассмотрим типовую функциональную одноконтурной цифровой системы управления (РИС1).

(РИС1).

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) квантует непрерывный сигнал ε по уровню и по времени и представляет его в цифровом коде. При этом образуется последовательность чисел ε_ц, записанная в определенной (обычно двоичной) системе счисления. Цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) в соответствии с заложенным в него алгоритмом выполняет над числами арифметические и логические операции и с периодом повторения выдает в виде числа управляющий сигнал . Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) состоит из декодирующего и фиксирующего устройства, которые из выходной последовательности чисел формируют непрерывное управляющее воздействие

Если непрерывная часть системы и алгоритм работы ЦВУ линейны, то рассматриваемую цифровую систему можно исследовать как амплитудно-импульсную. Тогда систему с ЦВУ (РИС1) можно представить эквивалентной импульсной системой (РИС2).

(РИС2).

При этом АЦП условно представляют в виде идеального импульсного элемента, в сигналы ε_ц и , которые в действительности являются последовательностями чисел, заменяют соответствующими решетчатыми функциями ε^* и . Квантование по уровню при этом не учитывается (так как шаг квантования обычно достаточно мал).

Период повторения условного импульсного элемента определяется периодичностью опроса датчиков измеряемых величин, с темпом ввода входных сигналов и выводом выходных сигналов, который задается от специального таймера.

Реализуемый в ЦВУ алгоритм преобразования входной последовательности чисел ε_ц в выходную последовательность на эквивалентнойсхеме представляют в виде соответствующей дискретной передаточной функции , которая связывает между собой дискретные значения сигналов ε^* и . Звено с регулятором.

Преобразователю ЦАП в эквивалентной системе соответствует фиксирующий элемент , который в течении одного такта сохраняет мгновенное значение .

Дискретная передаточная функция цифровой системы, представленной в виде эквивалентной импульсной системы, определяется следующим образом:

(3.105)

где - дискретная передаточная функция цифрового регулятора;

- дискретная передаточная функция приведенной непрерывной части, включающей объект управления и фиксирующий элемент.

Тогда выражение (3.105) можно переписать:

(3.106)

Уравнение

Благодаря большим вычислительным возможностям вычислительной техники в ЦСАУ можно реализовать сложные алгоритмы управления и обеспечить такие переходные процессы, которые недостижимы в непрерывных системах.

Рассмотрим два из возможных подходов к синтезу цифровых систем автоматического управления:

· ЦСАУ оптимальные по быстродействию;

· метод переменного коэффициента усиления.