Этапы проектирования микропроцессорной системы управления

Микропроцессорная система управления является разновидностью системы автоматического управления.

Проектирование любой системы автоматического управления (САУ) состоит из нескольких этапов:

1. Составление математической модели САУ.
2. Анализ математической модели методами ТАУ: определение характера переходного процесса, оценка точности и устойчивости и т.п.
3. Синтез корректирующих устройств (в случае МПСУ — алгоритмов управления) в соответствии с требованиями, предъявляемыми к системе.
4. Моделирование синтезированной (скорректированной) системы и анализ ее параметров.
5. Реализация корректирующие устройства.

Следовательно, прежде всего, необходимо уметь составлять математическую модель микропроцессорной системы управления.

Математическая модель микропроцессорной системы управления

Система автоматического управления, блок управления которой выполнен в виде микропроцессорной системы, является дискретной САУ. Из курса ТАУ известно, что математическая модель дискретной САУ выглядит следующим образом (рис. 1):

Рис. 1.

Однако корректное использование математической модели цифровой системы невозможно, если неизвестно точное соответствие частей модели структурным единицам и блокам МПС. Обобщенная структурная схема МПС представлена на рис. 2.

Рис. 2.

На первый взгляд, соответствие структурной схемы (рис. 2) и математической модели (рис. 1) не просматривается. Попробуем его найти.

Рассмотрим частный случай цифровой САУ — цифровой электропривод (рис. 3):

Рис. 3.

Как видно, САУ состоит из микропроцессорной системы (микропроцессор, запоминающее устройство и 3-х УВВ) и непрерывной неизменяемой части (усилитель мощности, исполнительный двигатель, редуктор, нагрузка и датчик обратной связи). Выделим в этой системе четыре элемента:

1. Канал обратной связи (УВВ 1, ДОС и линии связи);
2. Канал управляющих сигналов (УВВ 2 и линии связи);
3. Канал входных сигналов (УВВ 3 и линии связи);
4. Цифровой фильтр (микропроцессор и запоминающее устройство).

Таким образом, МПСУ состоит из цифрового фильтра, трех каналов связи и непрерывной неизменяемой части.

Почему микропроцессор и запоминающее устройство названы цифровым фильтром? В технике принято называть фильтром любое устройство, если при прохождении через него синусоидального сигнала амплитуда этого сигнала меняется. Любое корректирующее устройство представляет собой фильтр. В запоминающем устройстве хранится программа, реализующая алгоритм управления, а следовательно – осуществляющая фильтрацию сигналов, проходящих через МПС. Эта фильтрация называется цифровой, поскольку микропроцессор выполняет команды за конечное время и работает с дискретными величинами. Имеет место квантование по времени и по уровню. Следовательно, микропроцессор работает как цифровой фильтр.

Рассмотрим более подробно структуру трех перечисленных каналов связи и попытаемся получить их математическое описание.

Канал обратных связей (КОС)

Согласно схеме, приведенной на рис. 3. КОС имеет следующую структуру (рис. 4):

Рис. 4.

Здесь Д— датчик обратной связи. Датчик может быть непрерывным и дискретным. Рассмотрим эти два варианта отдельно.