ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА

Цифровыми являются системы, все или
часть блоков которых (дискриминаторы,
фильтры, генераторы опорного сигнала)
построены на базе ЦВМ

(цифровая
вычислительная машина) или в виде
отдельных цифровых устройств, использующих
элементы импульсной цифровой техники
(триггеры, логические элементы, счетчики
и т. д.).

Общие сведения

Цифровой системой называется система
автоматического управления, в состав
управляющего устройства которой включена
цифровая вычислительная машина или
специализированное цифровое вычислительное
устройство. В дальнейшем будем сокращенно
обозначать их как ЦВМ.

Непосредственно в целях управления ЦВМ
используется для формирования программ
управления и цифровой реализации
алгоритмов управления или корректирующих
средств.

Как правило, целесообразно вводить ЦВМ
в систему управления в тех случаях,
когда для решения указанных задач
требуется сложная обработка информации
или выполнение таких операций, которые
не могут быть осуществлены с требуемой
точностью при помощи аналоговых средств
(умножение, деление, преобразование
координат и т.п.).

Помимо непосредственного участия в
управлении объектом ЦВМ может выполнять
такие операции, как контроль состояния
элементов и устройств системы, самоконтроль
и др.

В общем случае на ЦВМ может возлагаться
решение задач с обслуживанием нескольких
зависимых или независимых каналов
управления с разделением функций
управления между ними по времени или
по приоритету.

Один из вариантов функциональной схемы
цифровой САУ при наличии двух каналов
показан на рис. 13.1. Управляемые величины

и
на выходе объекта управления ОУ измеряются
соответственно аналоговым датчиком Д
и цифровым датчиком ЦД. Так как ЦВМ
оперирует не с аналоговыми величинами
(токами, напряжениями), а с числовыми
(цифровыми) кодами, в систему вводится
преобразователь аналоговой величины
в цифровой код АЦП. Для связи ЦВМ с
аналоговыми исполнительными устройствами
ИУ используются преобразователи
цифрового кода в аналоговые величины
ЦАП. Задающие воздействия
и
формируются самой ЦВМ в виде программы
управления или вводятся в нее извне. В
последнем случае преобразования этих
воздействий в цифровые коды осуществляется
преобразователями АЦП. Функции
сравнивающего устройства, как правило,
возлагаются на ЦВМ. Кроме исполнительных
устройств в систему могут входить и
другие аналоговые устройства, например,
усилители.

ЦВМ
представляет собой устройство дискретного
действия. Это связано с тем, что решение
задач управления осуществляется в ней
путем выполнения арифметических
операций. Если информация поступает на
вход ЦВМ в момент времени
то результат вычислений может быть
получен лишь за конечный промежуток
времени 
, т.е.
при
Величина 
зависит
от сложности алгоритма и быстродействия
ЦВМ. К ней добавляется еще и время,
затрачиваемое на преобразование в ЦАП
и АЦП.

Таким образом, результаты реализации
алгоритма управления ЦВМ может выдавать
лишь дискретно, т.е. в моменты времени


,
причем
.
Значения T
и 


могут быть различными для каждого
из каналов.

На рис. 13.2 представлена структурная
схема одного из каналов цифровой системы
(при условии независимости этого канала
от других). При этом полагается, что ЦВМ
реализует линейный алгоритм управления,
а суммарное время запаздывания 
отнесено к непрерывной части системы.

Процесс
преобразования аналоговой величины
или
в цифровой код
или
,
осуществляемый АЦП, можно условно
представить состоящим из трех операций:
квантования по времени, квантования по
уровню и кодирования.

Квантование по времени возникает из-за
того, что информация вводится в АЦП по
командам, поступающим от ЦВМ, лишь в
моменты времени

.
На рис. 13.2 эту операцию выполняют ключи.

В процессе квантования по уровню весь
диапазон изменения непрерывной величины,
например

разбивают на
равных частей (квантов). Величина

определяет разрешающую способность
АЦП. В результате величина на выходе
АЦП может принимать только определенные
фиксированные значения, отличающиеся
друг от друга на величину

На рис. 13.2 это отражено наличием звена
с многоступенчатой релейной характеристикой.
Количество частей
,
на которые разбивают интервал
зависит от числа двоичных разрядов АЦП
и связано с ним условием

где

– число двоичных разрядов (без учета
знакового разряда).

Например, при числе двоичных разрядов
АЦП

получим число ступеней нелинейной
характеристики
Таким образом, число дискретных уровней
изменения цифрового кода
будет равно 15. При симметричной
характеристике
эти уровни пронумеруем от –7 до 7.

Дискретная величина

связанаcнепрерывной
величиной
формулой

где знак

означает операцию округления числа

В процессе кодирования каждому из

интервалов присваивается двоичный код.
Число разрядов определяет длину слова
данных, которыми оперирует АЦП или ЦВМ.
Мера цифровой информации, занимающей
один разряд (двоичное число 1 или 0),
называется бит. Четырехразрядный АЦП
оперирует словами длиной 4 бит.
Восьмибитовое слово получило специальное
название байт. Каждому слову в памяти
присваивается номер его местоположения
– так называемый адрес. 4 бит позволяют
получить доступ к 16 различным словам
памяти.

В преобразователях АЦП число разрядов
обычно велико

при
число ступеней нелинейной характеристики
Если, например, АЦП преобразует напряжение
в код, а напряжение изменяется в пределах
,
то разрешающая способность такого
преобразователя согласно (13.3)
Это означает, что нелинейностью АЦП
можно пренебречь, заменяя нелинейную
характеристику (13.4) линейной

где

– коэффициент передачи АЦП для
линеаризованной характеристики.

ЦАП преобразует код

,
поступающий с выхода ЦВМ, в аналоговый
сигнал
обычно представляющий собой электрическое
напряжение или ток. В процессе
преобразования каждому значению кода
ставится в соответствие определенное
фиксированное (эталонное) значение
непрерывного сигнала u
,
что означает наличие квантования по
уровню и отражено на рис. 13.2 в виде
многоступенчатой релейной характеристики.
Число отличных от нуля разрешенных
уровней сигнала

где

– число разрядов ЦАП.

Сигнал u
(напряжение
или ток) изменяется в некотором заданном
диапазоне
который в соответствии с (13.6) имеет
значений, отстоящих друг от друга на
величину

которая определяет разрешающую
способность ЦАП.

В моменты времени

значения полученного непрерывного
сигнала
фиксируются и удерживаются на одном
уровне в течение периода дискретности T
, что соответствует
наличию в ЦАП формирующего устройства
с передаточной функцией
имеющей вид (9.13):

Число разрядов серийно выпускаемых
преобразователей кода в напряжение

Поэтому, как и у АЦП, нелинейностью
статической характеристики ЦАП можно
пренебречь. Уравнение линеаризованной
характеристики
имеет вид

ЦВМ формирует требуемый алгоритм
управления или осуществляет дискретную
коррекцию в виде вычислительной
процедуры, задаваемой линейным разностным
уравнением

где переменные u
и x
представляются в виде цифровых кодов.

Это уравнение представляет собой
рекуррентную формулу, позволяющую
вычислять текущее значение управляющего
воздействия u
( i
)
в зависимости от текущего значения
ошибки и управляющего воздействия:

Из (13.10) видно, что в программу вычислений
входят операции сложения и умножения
на постоянные коэффициенты, а также
операции запоминания результатов
вычисления и значений ошибки на
предшествующих шагах.

Применив к левой и правой частям уравнения
(13.9) z
 ‑ преобразование
при нулевых начальных условиях, получим
передаточную функцию

которую в дальнейшем будем называть
передаточной функцией ЦВМ.

С учетом всех сделанных выше допущений
структурную схему цифровой системы
(рис. 13.2) можно представить так, как
показано на рис. 13.3.

Коэффициенты передачи АЦП и ЦАП, а также
запаздывание 
здесь отнесены к непрерывной части
системы.

Структурная схема (рис. 13.3) отличается
от структурной схемы импульсной системы
(рис. 11.1) лишь наличием дополнительного
звена с передаточной функцией

Передаточная функция
в импульсных системах обозначалась
,
так как она представляла собой передаточную
функцию разомкнутой импульсной системы.

Передаточная функция разомкнутой
цифровой системы ( рис. 13.3)

С учетом (13.12) передаточные функции
замкнутой цифровой системы определяются
из выражений (11.23) и (11.24). Таким образом,
на цифровые системы распространяются
все методы исследования устойчивости
и качества, рассмотрение для импульсных
систем.

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА
ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

Цифровым называют
устройство, которое в соответствии с
заданным алгоритмом обрабатывает
данные, т.е. последовательности чисел,
представленных преимущественно в
позиционной двузначной (бинарной)
системе счисления, алфавит которой
содержит два символа 0

и

1 .

Работу
цифрового преобразователя описывают
логической функцией двоичных переменных.

Элементы цифрового
преобразователя, служащие основой
построения устройств, представляют
собой простую функционально завершенную
его часть. Двоичный элемент обладает
двумя различающимися признаками сигнала,
которые кодируются цифрами 0 и 1. В
качестве базовых признаков двоичных
сигналов используют:

• наличие или
  отсутствие импульсов напряжения
  (импульсное представление),

• значение фазы 0
  или 
  синусоидального напряжения (фазовая
  манипуляция),

• низкий или высокий
  уровни напряжения (потенциальное
  представление).

Преимущественное
распространение получили потенциальные
логические элементы (ЛЭ), наиболее просто
реализуемые с использованием приемов
интегральной технологии благодаря
непосредственной связи элементов без
конденсаторов. Потенциальные элементы
не требуют применения специальных
преобразователей формы импульсов для
кодирования выходных уровней, что
снижает аппаратные затраты при построении
сложных цифровых устройств.

Выбор полного и
минимального логического базиса
(разновидностей ЛЭ для реализации любой
логической функции) связан с возможностями
представления и преобразования логических
функций. Из множества форм описания
распространены следующие основные виды
представления логических функций:

• формульное
  в виде алгебраического выражения, в
  котором переменные подвергаются
  операциям инверсии (логического
  отрицания), сложения и умножения;

• табличное
  в форме совокупности значений функции
  при каждом наборе переменных.

Полная совокупность
логических функций двух переменных ( n

= 2), образующих М

= 2 ²
=
4 различных набора, представлена N
= 2 ⁴

= 16 функциями, наиболее распространенными
которых являются следующие восемь
(табл.5.1).

Таблица 5.1. Основные функции двух
переменных

Алгебра логики в
качестве базиса рассматривает три
функции И, ИЛИ, НЕ. Сложные логические
функции можно реализовать с помощью
базиса, включающего функции одной и
двух переменных. Для реализации сложных
логических функций, как правило,
используют небольшой набор логических
элементов. Элементный базис формируется
на основе схем реализующих основные
функции одной и двух переменных
(табл.5.2).

Элемент буфер
реализует операцию повторения y

=
x
,
не изменяющую
логическое состояние входного сигнала,
и применяется для формирования логических
уровней и повышения нагрузочной
способности. Инвертор
выполняет операцию отрицания

логического сигнала и позволяет получить
его дополнение (инверсию). Вентиль
ИЛИ обеспечивает
высокий уровень сигнала на выходе, если
хотя бы на одном из его входов присутствует
высокий уровень напряжения. Вентиль
И имеет высокий
уровень сигнала на выходе только при
наличии высокого уровня напряжения на
всех его входах. Вентили
И –НЕ, ИЛИ – НЕ
совмещают инвертирование с операциями
И, ИЛИ. Элемент
“исключающее ИЛИ”
(сумма по модулю два) имеет низкий уровень
сигнала на выходе при одинаковом
логическом состоянии входов (его таблица
истинности соответствует суммированию
двух одноразрядных двоичных чисел).

Таблица 5.2. Основные типы логических
элементов

Возможно множество
вариантов построения устройств,
реализующих заданную логическую функцию.
Их преобразование базируется на основных
законах булевой алгебры:

2) нулевого множества


;

3) универсального
множества

;

4) двойной инверсии


;

5) повторения
(тавтологии)

;

8) инверсии (де
Моргана)

Взаимное
преобразование функций позволяет
построить минимальные элементные
базисы, содержащие единственный ЛЭ,
реализующий функцию Шеффера или стрелку
Пирса. Например,сиспользованием
элементаИ –
НЕнесложно
образовать элементы полного логического
базиса НЕ (рис.5.1, а
),
И (рис.5.1, б
),
ИЛИ
(рис.5.1, в
).

Рис.5.1.
Реализация ЛЭ НЕ
( а
) ,

И ( б
) ,
ИЛИ ( в
) на основе
элемента И – НЕ

Реальные ЛЭ, как
правило, имеют большее число входов,
т.е. могут одновременно реализовать
логические функции многих переменных,
что следует учитывать при проектировании
устройств на выбранном элементном
базисе.

Сигналы между
логическими элементами, узлами и блоками
передаются по линиям связи, объединенным
в шины, к которым могут быть подключены
входы и выходы нескольких элементов,
осуществляющих прием и передачу данных. Для обеспечения
разделения во времени сигналов от разных
устройств используют тристабильные
элементы, обладающие наряду с высоким
и низким логическими уровнями выходного
сигнала третьим состоянием, характеризуемым
весьма высоким выходным сопротивлением. Это обеспечивает
разрыв выходной цепи ЛЭ и отключение
его выхода от линии. Такой режим,
называемый z
состоянием, реализуется при установке
единичного уровня напряжения (рис.5.2, а
)
на специальном входе ЛЭ O
utput
E
nable
(рис.5.2, б
).

Рис.5.2.
Логический элемент с тремя
состояниями ( а
) и его обозначение
( б
)

Правильное
(безошибочное) функционирование цифровых
устройств возможно при соблюдении
условий совместимости их элементов, в
том числе по электрическим характеристикам
и параметрам.

Электрические
характеристики ЛЭ делят на статические
(входные, выходные, проходные) и
динамические. Характеристики ЛЭ
экспериментально получают при его
работе в составе цепочки идентичных
логических элементов. При этом входная
и выходная характеристики получают
изменением числа элементов (рис.5.3, а
).

Статическая
проходная (передаточная) характеристика
ЛЭ (рис.5.3, б
)
представляет собой зависимость выходного
напряжения от входного U
_вых
( U
_вх
)

при медленном
изменении напряжения на одном входе
(на остальных входах должны быть
установлены рабочие режимы). На
характеристике, обеспечивающей разделение
(квантование) логических уровней U ⁰

и U ¹

выделяют три области, соответствующие
следующим состояниям ЛЭ: I

– U
_вых

= U ⁰

; II

– U
_вых

= U ¹

; III
–
промежуточному
(зоне неопределенности). Значения
напряжения U
_вх

, соответствующие
границам участков называют порогами
переключения V
_п
⁰

и V
_п
¹
.

Рис.5.3.
Схема экспериментального
определения ( а
), проходная статическая
( б
) и динамическая ( в
) характеристики
ЛЭ

В качестве основных
параметров элемента приняты логический
перепад ΔU =U ¹

–
U ⁰

и ширина
зоны неопределенности Δ V
_п

= V
_п
⁰

– V
_п
¹
,
с которыми связана статическая
помехоустойчивость, определяемая как
максимальное значение помехи, при
которой не происходят ложные срабатывания.
Очевидно, что ЛЭ останется в состоянии
U
_вых




=
U ¹
,
если положительное напряжение помехи
U _п
⁺

< V
_п
⁰

– U ⁰

и останется
в состоянии U
_вых




=
U ⁰

при U _п

< U ¹

– V
_п
¹

.

Для оценки степени
симметрии характеристики используют
понятие напряжения переключения U _п
,
к которому стремятся пороги переключения
в длинной цепочке элементов.

Входная и выходная
характеристики описывают соотношения
токов и напряжений: I
_вх
( U
_вх
) ,



U
_вых
( I
_вых
),
причем значения втекающего и вытекающего
токов зависят от числа элементов на его
входе и выходе. В качестве параметра
ЛЭ, определяющего его нагрузочную
способность вводят коэффициент
разветвления по выходу К
_раз

, как число
однотипных элементов , включенных на
выходе и задающих такое значение тока,
которое не приводит к нарушению нормальной
работы. Аналогично вводят коэффициент
объединения по входу К
_об

как

число
однотипных ЛЭ, которое можно присоединить
к входу без нарушения функционирования.

Динамическая
характеристика

потенциального
ЛЭ (рис.5.3, в
)
определяет быстродействие элемента и
снимается при задании сигнала с помощью
идентичного элемента. При этом реальные
зависимости, описываемые сложными
временными функциями, для наглядности
аппроксимируют отрезками прямых линий,
в результате чего получаются трапецеидальные
импульсы.

С динамической
характеристикой ЛЭ связан ряд параметров:

• среднее время
  задержки распространения сигнала:
  
  
  t
  _{зр
  ср}
  =
  ( t
  _зр
  
  
  
  ⁰¹
  
  
  
  + t
  _зр
  
  
  
  ¹⁰
  )
  ⁄
  2,

• средняя мощность,
  потребляемая элементом в статическом
  режиме:
  
  ,
  где V
  
  –
  напряжение
  электропитания,
  
  –

  потребляемые токи в разных состояниях.

Для сравнительной
оценки логических элементов часто
используют параметр, называемый энергией
переключения:

.

Параметры ЛЭ имеют
технологический разброс и в справочных
данных приводят их максимальное и
минимальное значения.

Соседние файлы в папке элтехЛекции

• #
• #
• #
• #

Текст работы размещён без изображений и формул.

Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF

Формирование основ теории автоматического управления началось во второй половине XIX в. К концу первой половины ХХ века формирование классической теории автоматического управления, посвященной изучению линейных непрерывных систем, в значительной степени было завершено. Во второй половине ХХ века производство выдвинуло ряд задач по оптимизации и адаптации процессов управления, первоначально при рассмотрении их в небольшом объеме. В будущем возникла необходимость в управлении процессами в рамках крупномасштабной оптимизации. Совершенствование промышленного производства требует постоянного повышения производительности машин и агрегатов, улучшения качества продукции, снижения затрат и, особенно в атомной энергетике, резкого повышения безопасности эксплуатации атомных электростанций и ядерных установок. Реализация поставленных целей невозможна без внедрения систем управления, включающих как автоматизированные (с участием человека-оператора), так и автоматические (без участия человека-оператора) системы управления.

Интенсивное развитие средств вычислительной техники привело к широкому распространению цифровых систем управления, которые в настоящее время используются в различных отраслях промышленности. Внедрению цифровых систем управления в значительной степени способствовало создание в последней четверти прошлого века микропроцессоров и построенных на их основе микро-ЭВМ, создающих благоприятные условия для реализации оптимального и адаптивного управления в режиме реального времени. Методы проектирования подобных систем существенно отличаются от классических методов, применяемых при анализе и расчёте систем непрерывного типа. Во-первых, это связано с тем, что основой математического аппарата проектирования цифровых систем являются разностные схемы, которые заменяют дифференциальные уравнения, описывающие непрерывные системы. Соответственно методы, связанные с использованием обычного преобразования Лаплас заменяются различными формами -преобразования. Во-вторых, алгоритмы, применяемые при расчёте цифровых систем, в частности построения дискретных моделей, зачастую могут быть реализованы только с помощью ЭВМ.

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения доли цифровых методов управления во всех сферах человеческой деятельности, происходит смена поколений технических средств обработки информации и информационного обмена. Эти инструменты могут напрямую не влиять на традиционные области автоматизации: датчики, исполнительные механизмы, регуляторы, но они изменяют среду автоматизации в целом. В этом заключается актуальность темы, раскрываемой в реферате. Целью реферата является подробный аналитический обзор цифровых систем и приложений цифрового управления.

Достижение этой цели осуществляется путем решения следующих задач:

-раскрытие понятия цифровой системы

-изучение особенностей построения цифровых систем и принципов их работы

-анализ типичных приложений цифрового управления.

1. Понятие цифровой системы.

Система – это совокупность объектов, взаимодействующих между собой. Любая система управления включает в себя:

Отличительной особенностью цифровых систем является цифровой регулятор, обеспечивающий оптимальную производительность переходных процессов в системах управления. ( Рисунок 1)

Рисунок 1- цифровая система управления

Достоинства цифровых регуляторов:

-Высокая точность измерения регулируемой величины, которая зависит от числа разряда, используемого цифрового кода.

-Возможность использовать в качестве регулирующего устройства универсальные вычислительные машины(УВМ) и ЭВМ.

-Возможность использования любого закона регулирования.

-Способность автоматически обнаруживать и исправлять ошибки и искажения, возникающие в результате обработки сигнала.

Цифровые системы представляют собой особый класс систем управления. Наличие разнородных элементов вызывает значительные сложности при математическом описании процессов. Анализ и синтез цифровых систем с помощью классических методов, разработанных для непрерывных или дискретных систем, дает, как правило, только приближенные решения.

1.1 Классификация цифровых систем

Цифровые системы управления можно разделить на два класса: разомкнутые и замкнутые. Цель управления в обоих случаях – обеспечить требуемые значения управляемых величин (это может быть курс судна, глубина погружения подводного аппарата, скорость вращения турбины и т.п.).

В разомкнутой системе (Рисунок 2) компьютер получает только командные сигналы (задающие воздействия), на основе которых вырабатываются сигналы управления, поступающие на объект.

Рисунок 2 – разомкнутая цифровая система

Использование такого (программного) управления возможно только в том случае, если модель процесса известна точно, а значения управляемых величин полностью определяются сигналами управления. При этом невозможно учесть влияние внешних возмущений и определить, достигнута ли цель управления.

В замкнутых системах (Рисунок 3) используется обратная связь, с помощью которой управляющий компьютер получает информацию о состоянии объекта управления.

Рисунок 3 –замкнутая цифровая система

Это позволяет учитывать неизвестные заранее факторы: неточность знаний о модели процесса и влияние внешних возмущений (помех измерений, нагрузки двигателя, сил и моментов, вызванные морским волнением и ветром). Поэтому в большинстве технических систем управления используется обратная связь. В компьютер может также поступать информация об измеряемых возмущениях, что позволяет улучшить качество управления.

Компьютеры, управляющие процессами, имеют другие задачи, нежели компьютеры, используемые для “классической” обработки информации. Основная разница состоит в том, что управляющий компьютер должен работать со скоростью, соответствующей скорости процесса. Само понятие “реальное время” указывает на то, что в реакции компьютерной системы на внешние события не должно быть заметного запаздывания.

1.2 АЦП и ЦАП в цифровой системе.

Рассмотрим подробно компьютер, входящий в состав замкнутой цифровой системы управления.

Очевидно, что основные характерные черты цифровых систем управления связаны с наличием компьютера (цифрового устройства) в составе системы. Главные преимущества цифровой управляющей техники сводятся к следующему:

• используется стандартная аппаратура;

• нет дрейфа параметров, характерного для аналоговых элементов;

• повышается надежность и отказоустойчивость;

• существует возможность реализации сложных законов управления, в том числе логических и адаптивных;

• гибкость, простота перестройки алгоритма управления.

Как обычно, за достоинства приходится расплачиваться. В результате квантования по времени компьютер получает только значения входных сигналов в моменты квантования, игнорируя все остальные. Кроме того, АЦП и ЦАП имеют ограниченное число разрядов, поэтому при измерении входного сигнала и выдаче сигнала управления происходит округление значения к ближайшему, которое сможет обработать АЦП (или ЦАП).

2. Типичные приложения цифрового управления.

Примеры цифрового управления можно найти повсюду, от потребительских товаров до высокотехнологичных продуктов. Сегодня в большинстве автомобилей используются компьютеры для контроля зажигания, состава бензиновой смеси и температуры в салоне. Даже настройка ресивера водителю не доверяется, а управляется микропроцессором, что иногда не упрощает, а наоборот усложняет жизнь.

2.1 Пресс для пластика.

Управление прессом для пластика — это пример типичной задачи компьютерного управления процессом.

Компьютер должен одновременно регулировать температуру (поддерживать ее постоянной) и координировать последовательность технологических операций. Если применять обычные методы программирования, то задача структурирования программы становится неразрешимой. Поэтому требуется другой подход.

Рисунок 3 –пресс для пластика

Нижняя часть пресса состоит из поршня, выталкивающего определенное количество расплавленного пластика через насадку. Когда поршень находится в крайнем правом положении, цилиндр заполняется пластиком. Затем поршень быстро перемещается влево, выдавливая требуемое количество пластика. Положение поршня контролирует импульсный датчик, генерирующий определенное число импульсов на каждый миллиметр перемещения, а объем выдавливаемого пластического материала определяется числом импульсов за время перемещения. Движение поршня прекращается при достижении заданного числа импульсов.

Чтобы обеспечить приемлемую производительность, температура пластика должна иметь заданное значение к тому моменту, когда поршень при движении вправо минует выходное отверстие контейнера.

Компьютерная система должна регулировать температуру и движение поршня одновременно. Значение температуры поступает в виде непрерывного сигнала от датчика. Положение поршня рассчитывается исходя из числа импульсов. Кроме того, еще два датчика генерируют двоичные сигналы при достижении поршнем крайнего положения. Компьютер не содержит отдельного внутреннего интервального таймера и поэтому должен отсчитывать время с помощью счетчика сигналов от внешнего источника времени.

2.2 Цифровой контроллер турбины и генератора.

Рисунок 4 –цифровое управление блоком турбина-генератор

Некоторые из этих параметров могут быть измерены цифровыми преобразователями и введены в ЭВМ через цифровой мультиплексор. Сигналы, измеренные аналоговыми преобразователями, поступают в аналоговый мультиплексор, где на обработку каждого сигнала уходит определенное время. Устройства, подключенные после мультиплексора, используются в режиме разделения времени. ( Рисунок 5)

Рисунок 5 – Подсистема получения цифровых данных

Выход аналогового мультиплексора соединен со входом квантователя. Фиксатор сохраняет значение сигнала на выходе до конца преобразования этого сигнала аналого-цифровым преобразователем в цифровой код.

2.3 Шаговые двигатели в устройстве дисковода.

Они преобразуют управляющий сигнал в линейное или угловое перемещение ротора, фиксируя его в заданном положении, без устройств обратной связи.

Рисунок 6 –биполярный двигатель

Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер (Рисунок 7) или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и соответственно четыре вывода. Момент, создаваемый шаговым двигателем, пропорционален величине магнитного поля создаваемого обмотками статора.

Рисунок 7 – микросхема L298N

Чаще всего двигатель соединяется с держателем головок специальной лентой, намотанной по спирали, она преобразует вращательное движение в поступательное.

2.4 Металлорежущие станки

Рисунок 8 – Запись символов на перфоленте

Цифровое вычислительное устройство, формирующее необходимые команды движения режущего инструмента и деталей, которые с помощью систем слежения воздействует на силовые агрегаты станка. Замена дорогих копировальных аппаратов перфолентой снижает затраты на подготовительные работы. Цифровое устройство обеспечивает автоматический контроль не только перемещением инструмента, но и последовательностью операций станка; оператор полностью исключен из процесса управления. Особенностью системы является возможность непрерывной работы без остановок для набора и ввода новых программ в счетное устройство. Исходная информация, вводимая в цифровое устройство, представляет собой список последовательных элементарных прямолинейных приращений пути, пройденного режущим инструментом. Каждое приращение определяется указанием трех координат, а также времени, в течение которого это приращение должно выполняться. Цифровое устройство, которое управляет станком, выполняет большой объем вычислительной работы, сравнивая текущие данные с предыдущей информацией и генерируя команды для управления машиной.

В наиболее простом случае цифровое устройство определяет промежуточные положения инструмента путем линейной интерполяции или интерполяции более высокого порядка, что, естественно, увеличивает объем вычислительной работы.

В данном реферате были рассмотрены цифровые системы управления и регулирования. Проведен аналитический обзор компьютерных систем управления, особенности их работы показаны на практических примерах существующих схем управления. Выявлены преимущества цифровой управляющей системы, главное это реализация сложных законов управления, в том числе логических и адаптивных, удовлетворяющих различных потребителей. Проведен анализ применения вычислительной техники на примерах цифрового управления технологическими процессами производства, как потребительских товаров, так и высокотехнологичных продуктов. Выявленные достоинства компьютерных систем управления показали важность внедрения цифровых систем и дальнейшего развития цифровизации экономики.

Емельянов А. В. Шаговые двигатели / А. В. Емельянов, А. Н. Шилин — Волгоград, 2006 — 46 с

Иванов В. И. Цифровые и аналоговые системы передачи / В. И. Иванов В. Н. Гордиенко, Г. Н. Попов — Москва, 2003 — 232 с

Изерман Р. Цифровые системы управления / Пер. с английского — Москва, 1984 — 541 с

Китов А. И. Электронные вычислительные машины / А. И. Китов — Москва, 1958 — 32 с

Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления / Б. Куо — Москва, 1986. — 448 с

Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления / Г. Олссон, Д. Пиани — Санкт-Петербург, 2001 — 557 с

Поляков К. Ю. Основы теории цифровых систем управления / К. Ю. Поляков — Санкт-Петербург, 2006 — 162 с

Цифровая система

цифровая система

Тематики

• электросвязь, основные понятия

Справочник технического переводчика. – Интент
.
.

Смотреть что такое “цифровая система” в других словарях:

СИСТЕМА ЦИФРОВАЯ

СИСТЕМА ЦИФРОВАЯ

СИСТЕМА ЦИФРОВАЯ —
система, в которой информация представляется в виде последовательности чисел, принимающих только конечное множество значений; используется в ЭВМ, в телевизионных системах, системах связи и др.

Большая политехническая энциклопедия. – М.: Мир и образование
.
.
.

Смотреть что такое “СИСТЕМА ЦИФРОВАЯ” в других словарях:

Дискретные системы

Элементом прерывания в дискретной
системе является реальный дискретный
элемент

( РДЭ
). Он преобразует
непрерывную функцию


в последовательность импульсов
определенной формы протяженностью τ _и
,
следующих с периодом T
₀
.
Его математическая модель представляется
в виде последовательного соединения
идеального дискретного элемента (ИДЭ)
и формирующего элемента (ФЭ) (рис. 1.11).

Идеальный дискретный элемент

( ИДЭ
)

формирует последовательность идеальных
импульсов, модулируемых величинами
,
представляющими собой выборочные
значения функции



для дискретных моментов времени
.
Если в качестве модели идеальных
импульсов используются дельта-функции,
то выходной функцией идеального
дискретного элемента является идеальная
решетчатая функция



которая будет подробно описана ниже в
разделе 3.1.

Формирующим элементом

является аналоговый элемент

с передаточной
функцией W
_фэ
( s
),
определяющий форму импульсов

.
Если на вход этого элемента подать
идеальный импульс с единичным
коэффициентом, то функция g
_фэ
( t
)
на его выходе является импульсной
переходной характеристикой этого
элемента. Его передаточная функция
определяется в результате применения
обратного преобразования Лапласа к
функции g
_фэ
( t
):

Когда длительность импульсов невелика,
значение имеет не столько форма,
сколько площадь импульсов

. Поэтому
удобно считать, что импульсы имеют
прямоугольную форму, так как в этом
случае передаточная функция (1.19) легче
всего определяется. В рассматриваемом
случае функция g
_фэ
( t
)
представляется разностью двух единичных
скачков (рис. 1.12)

Применяя обратное преобразование
Лапласа к обеим частям уравнения (1.20),
получим

Если непрерывная часть системы инерционна,
то экспоненту раскладывают в ряд с
учетом двух его членов. Тогда приближенно
передаточная функция

представляется идеальным усилительным
звеном с коэффициентом усиления, равным
τ _и
.

На рис. 1.13 представлена структурная
схема линейной дискретной системы (с
линеаризованной дискриминационной
характеристикой).

В зависимости от свойств системы (и
прежде всего от инерционности её
непрерывной части) процесс на выходе
y
( t
)
может быть как непрерывным, так и
дискретным. Но в любом случае, если это
необходимо, можно рассматривать значения
функции y
( t
)
только для дискретных моментов времени t
_i




=
iT
₀
(т. е. производить искусственную
дискретизацию).

Соседние файлы в папке Радиоавтоматика

Цифровая система

Цифровая система

        управления, автоматическая система управления, в которой осуществляется квантование сигналов (См. Квантование сигнала
) по уровню и по времени. Непрерывные сигналы (воздействия), возникающие в аналоговой части системы (в которую входят обычно объект управления, исполнительные механизмы и измерительные преобразователи), подвергаются преобразованию в аналого-цифровых преобразователях, откуда в цифровой форме поступают для обработки в ЦВМ. Результаты обработки данных подвергаются обратному преобразованию и в виде непрерывных сигналов (воздействий) подаются на исполнительные механизмы объекта управления. Использование ЦВМ позволяет значительно улучшить качество управления, оптимизировать управление сложными промышленными объектами. Примером Ц. с. может служить автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП).

Лит.:
Бесекерский В. А., Попов Е. П., Теория систем автоматического регулирования, 3 изд., М., 1975.

А. В. Кочеров.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия
.
.

Смотреть что такое “Цифровая система” в других словарях:

Достоинства цифровых систем

1. Существенное упрощение настройки и
   регулировки.

3. Стабильность характеристик и параметров.

5. Удобство изменения параметров в процессе
   работы.

6. Возможности применения цифровых систем
   связаны с развитием элементной базы:
   интегральных микросхем, микропроцессоров,
   мини-ЦВМ. Эти системы успешно конкурируют
   
   с аналоговыми по габаритам, массе,
   стоимости.
   

Недостатки цифровых систем

Осуществляемая в таких системах
дискретизация по времени и квантование
по уровню приводят к увеличению ошибок
слежения. Точность

,
которая
может быть достигнута в прерывистой
системе всегда хуже


той,
которую можно получить для аналогичной аналоговой


системы.

На рис. 1.10, б) представлена функциональная
схема наиболее простой цифроаналоговой
системы, в которой ЦВМ вводится в
одиночный контур управления и играет
роль корректирующего устройства, каким
является цифровой фильтр. Ц ВМ кроме
корректирующего может выполнять функции
задающего, сравнивающего устройства,
устройства ввода и вывода данных (рис.
1.10, а). Существуют и цифровые системы

,
в которых полностью отсутствуют
аналоговые элементы.

4. Математические методы описания дискретных и цифровых систем