Короткі теоретичні відомості

Значні обчислювальні та логічні можливості ЕОМ визначають їх використання для керування автоматизованими об’єктами. Інтегральні пристрої цифрового опрацювання сигналів мають суттєві переваги над аналоговими пристроями. Основними з яких є: висока стабільність характеристик, можливість легкого переналаштування, висока точність виконуваних операцій, висока швидкодія, малі масогабаритні розміри, відсутність дрейфу характеристик.

Узагальнена структурна схема системи керування побудованої на базі керуючих ЕОМ представлена на рис.1. Вона містить об’єкт управління, який характеризується набором вихідних параметрів, які з допомогою вимірювальних перетворювачів П₁ … П_m та комутатора К₁ подаються на входи ЕОМ. Керування комутатором здійснюється ЕОМ. Вона також забезпечує опрацювання сигналу вимірювального перетворювача та розрахунок значень керуючих дій, які подаються на об’єкт управління з допомогою набору виконавчих механізмів ВМ₁ … ВМ_n. Для подачі сигналу на виконавчі механізми використовується комутатор К₂ та набір запам’ятовуючих пристроїв ЗП₁ … ЗП_n, які забезпечують розв’язку ЕОМ від виконавчих механізмів.

Рис. 1 – Узагальнена структурна схема системи керування на базі ЕОМ

Така система керування може бути зв’язаною багатовимірною для керування складними багатовимірними об’єктами управління та незв’язаною багатовимірною, для керування групою одновимірних об’єктів управління. В цьому випадку система керування зводиться до набору одномірних систем керування.

Структурна схема одномірної системи керування представлена на рис.2. Вона складається з вхідного перетворювача аналогової величини в код – АЦП. Він забезпечує кодування вхідної функції g(t), яка може бути бажаним значенням керованої величини y(t), керована величина, та інша інформація, яка поступає ззовні системи. В результаті кодування на вхід ЕОМ поступають цифрові еквіваленти цих величин: g₀, у₀. Дискретність введення цих величин ілюструється імпульсними елементами – ІЕ, які працюють з періодом Т. Вихідна величина ЕОМ – х₀ – цифрове представлення сигналу керування, яка з допомогою перетворювача коду в аналогову величину ЦАП перетворюється в неперервний сигнал х(t), який, в більшості випадків є електричною напругою. Цей сигнал поступає на аналогову частину системи керування, яка містить підсилювачі, виконавчі механізми та об’єкт управління.

Рис.2 – Структурна схема одномірної системи керування

Цифрові системи керування побудовані на базі дискретних компонентів можуть використовуватися для керування одновимірними або багатовимірними об’єктами управління. Узагальнена структурна схема таких систем відповідає структурі представленій на рис. 2 і містить основні елементи: перетворювачів АЦП, ЦАП які забезпечують кодування та декодування сигналів та процесора, який забезпечує виконання обчислювальних операцій. Процесори таких систем керування можуть бути значно простішими та надійнішими за ЕОМ, що дозволяє їх ширше використовувати та розміщувати безпосередньо біля каналів керування, що веде до спрощення комутаторів та монтажної схеми. Робота систем керування кожна з яких базується на власному процесорному елементі дозволяє зменшити вимоги до їхньої швидкодії.

Найчастіше ЕОМ систем керування забезпечують розрахунок керуючої дії, для цього вона перетворюється в пристрій порівняння заданої та вихідної величин замкнутої системи керування. Однак для підвищення точності роботи системи керування функціональна залежність керуючої дії від параметрів об’єкту управління – закон регулювання – суттєво ускладнюється, що веде до зростання об’єму обчислень, а період дискретизації – зменшується. Найширше в технічних системах регулювання регуляторами реалізується пропорційно-інтегрально-диференціальний (ПІД) закон регулювання. Він може бути оптимальним для об’єктів управління, які описуються лінійними або диференціальними рівняннями першого порядку.