66. Цифровые системы управления
аналоговые системы управления обладают рядом недостатков. Отметим основные из них.
1. Нестабильность параметров.
2. Сложность централизованного управления несколькими объектами.
3. Сложность серийного производства аналоговых систем управления.
Названные и ряд других причин обусловили широкое распространение цифровых систем управления. В цифровых системах информация заключена не в таких параметрах сигналов, как величина напряжения или тока, а в числах, представленных обычно в двоичном коде. Для формирования, передачи и преобразования двоичных сигналов в цифровых системах управления используются отдельные элементы цифровой техники, т.е. регистры, счетчики, логические элементы, а также микропроцессорные комплекты, специализированные или универсальные цифровые вычислительные машины.
Применение цифровых систем позволяет устранить основные недостатки аналоговых систем управления. Вместе с тем, следует отметить, что широкое использование цифровых систем управления пока еще сдерживается их большой стоимостью и ограниченным быстродействием.
Очень важным является то, что математическое описание и анализ большинства современных цифровых систем управления базируются на методах анализа аналоговых систем. Поэтому остановимся лишь на тех особенностях, которые возникают при проектировании и расчете характеристик цифровых систем управления.
Структурная схема цифровой системы управления
Структурная схема аналоговой следящей системы имеет следующий вид (рис.41).
Основная
задача такой САУ – обеспечить минимальное
рассогласование
между
выходным сигналом системы x(t).
Преобразование
аналоговых сигналов g(t) и x(t) в цифровые
и
осуществляется
с помощью аналого–цифровых преобразователей
АЦП. В цифровом фильтре реализуются те
же операции, что и в аналоговом, например,
интегрирование или коррекция. Обычно
такой фильтр реализуется в виде
специализированной цифровой вычислительной
машины. В цифроаналоговом преобразователе
числа на выходе цифрового фильтра
превращаются в напряжение, поступающее
на усилитель мощности.
В рассматриваемом случае систему можно было бы сделать полностью цифровой. Но это приведет к значительному повышению стоимости такой системы при небольшом улучшении характеристик. Поэтому реальные цифровые системы управления, как правило, включают в себя аналоговые исполнительные устройства, а все схемы фильтрации и коррекции выполняются в цифровом виде.
Амплитудное квантование сигналов
Квантование по уровню заключается в округлении значений процесса g(t) до величин , представленных конечным числом разрядов. Процесс с непрерывными значениями сравнивается по величине с расположенными через интервал D амплитудного квантования уровнями. При этом вместо g(t) выбирается номер ближайшего уровня квантования.
Временное квантование сигналов
Как мы хорошо знаем, вся цифровая техника работает в дискретном времени, т.е. с определенной тактовой частотой. Процесс преобразования непрерывного по времени сигнала g(t) в последовательность g(ti) называется временным квантованием (рис. 48).
Итак, в современных цифровых сиcтемах управления обычно выбирается достаточно малый интервал амплитудного квантования. При этом дополнительные погрешности системы, вызванные амплитудной дискретизацией, оказываются малыми. Во многих случаях ими пренебрегают. Вместе с тем выбор интервала временного квантования в соответствии с теоремой Котельникова часто приводит к неоправданному повышению тактовой частоты вычислительной машины. Поэтому для анализа систем управления, работающих в дискретном времени, применяют специальные методы анализа, которые мы рассмотрим на следующих занятиях.