Использование микропрцесссоров и микро-эвм в СУ

С развитием микроэлектроники цена одноплатной ЭВМ с возможностями мини-компьютера резко упала, и вычислительные мощности стало возможно наращивать модулями [32]. Микро-ЭВМ дали толчок совершенствованию управляющего оборудования, они заменяют аналоговые регуляторы даже в одноконтурных системах управления. Сконструированы иерархические системы управления с большим количеством микропроцессоров и спроектированы регуляторы специального назначения на базе микро-ЭВМ. В настоящее время во всём мире выпускается огромная номенклатура микро-ЭВМ, предназначенных для задач управления и являющихся, по существу, техническими средствами автоматизации. Однако необходимо всё же разделить множество таких управляющих микро-ЭВМ на две группы:

- микро-ЭВМ, наследующие архитектуру персональных компьютеров и совместимых с ними не только через интерфейсы, но и на уровне архитектуры и программного обеспечения;

- микроконтроллеры, которые берут своё начало от узкоспециализированных микропроцессорных платформ (PIC- контроллеров, процессоров цифровой обработки сигналов и др.).

Роль микро-ЭВМ в задачах автоматизации процессов повышается в связи с тем, что управление процессами требует не столько вычислений, сколько логической увязки разнообразной информации. В микро-ЭВМ значительно легче, чем в универсальных ЭВМ, осуществляется связь с измерительными и исполнительными органами управляемого процесса.

В САУ обычно имеется большое количество разнообразных датчиков и преобразователей информации физических величин, таких, как температура, давление, расход жидкостей, скорость и т.п. Датчики преобразуют исходную физическую величину в некоторую стандартную величину, например, напряжение. При использовании в САУ ЭВМ встаёт задача преобразования этой промежуточной величины в цифровую форму, появилось и стремительно развивается новое поколение датчиков, в которых имеются встроенные контроллеры, осуществляющие такое преобразование. Такой интеллектуальный датчик сам становится элементом вычислительной сети, поддерживающим сетевой протокол и передающим данные в цифровой форме. Часто в контроллере такого датчика производится предварительная цифровая обработка сигнала, например, коррекция систематической погрешности преобразователя, предварительная фильтрация случайных помех, а также контроль работоспособности. Всё больше технических средств САУ становятся чисто цифровыми, в которых преобразование физических данных происходит непосредственно в цифровую форму, подготовленную к передаче по каналу связи.

Цифровыми и интеллектуальными (со встроенными микроконтроллерами) в САУ могут быть и другие составные части: исполнительные устройства, каналы связи, задатчики воздействий, фильтры и т.п. Кроме перепрограммируемости, это даёт повышение надёжности за счёт гибкости конфигурации. Количество компьютеров, используемых для управления процессами производства и в задачах управления, нарастает практически экспоненциально.

Функциональная схема системы с цифровыми управляющими машинами (УВМ) приведена [33] на рис. 15.7.

Рис. 15.7

Необходимыми устройствами системы с УВМ являются аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи. АЦП осуществляет преобразование непрерывных переменных , в последовательность цифровых кодов , поступающих затем в УВМ. С другой стороны, последовательность кодов управляющего воздействия , вычисленных УВМ, преобразуется ЦАП в кусочно-постоянное (импульсное) управляющее воздействие , которое через исполнительные устройства поступает на объект управления.

АЦП, кроме квантования по времени, осуществляет и квантование по уровню. Величина кванта по уровню определяется числом разрядов АЦП. В настоящее время АЦП имеют 8 – 10 разрядов и выше, поэтому на первой стадии анализа цифровых систем квантованием по уровню обычно пренебрегают и считают, что их выходные сигналы точно соответсвуют дискретным значениям соответствующих величин, т.е. , . Кроме того, и АЦП, и ЦАП, и УВМ требуют некоторого времени для обработки поступающих переменных, поэтому цифровые элементы всегда вносят некоторое запаздывание по времени. Если запаздывание мало по сравнению с периодом следования импульсов (менее 0,1 Т), то им обычно пренебрегают. Если же запаздывание соизмеримо с периодом Т, то его необходимо учитывать при исследовании цифровых систем.

Структурная схема цифровой системы также может быть представлена, как показано на рис.15.2 [60].

Рис.15.2

Если выделить ЦВМ, т.е. АЦП и ЦАП отнести непрерывной части, то получим схему, показанную на 15.3 [60].

Рис.15.3

Анализ цифровых систем показывает (рис.15.3), что передаточная функция такой системы по структуре аналогична функциям импульсной системы

W(z) = D(z)· W₀(z),

поэтому на них могут распространяться все методы исследования устойчивости и качества названных систем.