1. Информационные основы построения электронных промышленных устройств (эпу)

1.1. Сигналы в электронных промышленных устройствах

1.1.1. Задачи, решаемые в процессе проектирования эпу

На начальной стадии проектирования ЭПУ обычно решаются задачи сбора и первичной обработки информации. Полезная информация об управляемом процессе содержится в первичных сигналах датчиков. Эти сигналы, как правило, искажены помехами и ошибками измерения. Основные задачи первичной обработки сигналов:

1. вычисление и преобразование спектров сигналов, например, для правильного выбора характеристик квантования аналоговых сигналов (частота и число уровней квантования);

2. нормализация, усиление или ослабление сигналов.

3. предварительная цифровая или аналоговая фильтрация сигналов с целью выделения из них полезной составляющей, используемой на последующих этапах обработки;

4. квантование аналоговых сигналов по времени и уровню;

На последующих стадиях проектирования решаются задачи измерения и обработки информации об управляемом процессе. Можно выделить следующие типичные задачи:

1. определение текущих параметров измеряемых процессов (например, скоростей и ускорений их протекания);

2. прогнозирование хода управляемых процессов, кодирование;

3. цифроаналоговые преобразования и т. д.

Таким образом, электронные устройства управления и контроля связаны с преобразованием и обработкой информации.

Информацией называется совокупность каких-либо сведений об изучаемом процессе (объекте), являющаяся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования. Информация в процессе взаимодействия с ЭПУ с целью управления некоторым объектом проходит несколько фаз. Рассмотрим основные из них (рис. 1.1).

Восприятие состоит в том, что формируется образ объекта, производятся его опознание и оценка. При восприятии нужно отделить полезную информацию от шумов, что в некоторых случаях (тонкие биологические, физико-химические эксперименты; сложные производственные условия; радиосвязь, локация, астрономия и др.) связано со значительными трудностями. В результате восприятия получается сигнал в форме, удобной для передачи или обработки. В фазу восприятия могут включаться операции подготовки информации, ее нормализации, квантования, кодирования, модуляции сигналов и построения моделей.

П ередача информации состоит в переносе ее на расстояние посредством сигналов различной физической природы соответственно по механическим, гидравлическим, пневматическим, акустическим, оптическим, электрическим или электромагнитным каналам. Прием информации на другой стороне канала имеет характер вторичного восприятия со свойственными ему операциями борьбы с шумами.

Обработка информации заключается в решении задач, связанных c преобразованием информации, независимо от их функционального назначения. Применение ЭВМ обобщает и централизует функции обработки, имеющие отношение главным образом к моделям ситуации и принятию решений при управлении. Обработка производится при помощи устройств или машин, осуществляющих аналоговые или цифровые преобразования поступающих величин и функций. Промежуточным этапом обработки может быть хранение в запоминающих устройствах. Извлечение информации из запоминающих устройств также имеет характер восприятия и связано с борьбой с помехами.

П редставление (или отображение) информации требуется тогда, когда в цикле обращения информации принимает участие человек. Оно заключается в демонстрации перед человеком условных изображений, содержащих качественные и количественные характеристики выходной информации. Для этого используются устройства, способные воздействовать на органы чувств человека.

Из устройства обработки информация может выводиться не только оператору, но и непосредственно воздействовать на объект управления.

Воздействие состоит в том, что сигналы, несущие информацию, производят регулирующие или защитные действия, вызывая изменения в самом объекте.

Не все информационные системы замкнуты. Существуют и разомкнутые системы, в которых информация передается от источника к приемнику или потребителю. Активное воздействие на отбираемую от источника информацию может оказывать либо сам источник, либо потребитель. Часть системы, оказывающую активное воздействие на ее работу, называют субъектом, а пассивную — объектом.

Как объектом, так и субъектом может быть человек Ч или машина М. Возможные отношения между ними в разомкнутой информационной системе приведены на рис. 1.2.

Объект как источник информации неисчерпаем. Но подавляющая часть потоков отображения его состоянии рассеивается и только небольшая часть, отвечающая потребности и определяемая принятым в информационной системе языком, ответвляется к приемнику в виде параметров наблюдения Х или управления Y.