Лабораторная работа №8
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАМКНУТЫХ
ЦИФРОВЫХ САУ
Один из возможных вариантов структурной схемы замкнутой цифровой САУ показан на рис. 10. Здесь сигнал ошибки вырабатывается в аналоговой форме. Основной частью системы является микроЭВМ, реализующая алгоритм выработки управляющего воздействия (корректирующий фильтр). Техническая реализация предполагает использование микроконтроллера с встроенными периферийными устройствами (многоканальный АЦП, ЦАП, таймеры).
|
Рис. 10. Схема цифровой САУ |
Операцию сравнения задающего воздействия и выходной величины можно производить над их цифровыми эквивалентами после аналого-цифрового преобразования.
В лабораторной работе исследуются замкнутые системы автоматического управления с корректирующим фильтром, реализованным в виде набора подпрограмм.
При моделировании
принята последовательная структура
САУ с цифровым сравнивающим устройством.
Сигнал ошибки в канале управления
вычисляется с привязкой по времени к
частоте дискретизации, задаваемой
таймером
.
Величина периода дискретизации составляет
мкс.
Значение N должно быть
записано в ячейку внутреннего ОЗУ микро
ЭВМ с адресом 32h.
Системная функция
замкнутой САУ при отсутствии местных
обратных связей имеет вид:
,
причем
определяется набором звеньев разомкнутой
системы. Можно считать, что на входе
каждого звена действует собственный
импульсный элемент, поэтому соответствующие
системные функции записывают в виде
произведения, в отличие от непрерывной
части САУ, для которой необходимо
находить
преобразование от весовой функции
последовательно включенных непрерывных
звеньев.
Для устойчивости
САУ полюсы системной функции должны
лежать внутри круга единичного радиуса.
Частотные характеристики с использованием
абсолютной псевдочастоты
могут быть получены подстановкой в
системную функцию
.
Следует отметить, что передаточную
функцию цифроаналогового преобразователя
,
исполняющего роль экстраполятора
нулевого порядка, включают последовательно
в передаточную функцию непрерывной
части системы.
Временное запаздывание,
вносимое в канал управления программой
моделирования
должно быть меньше интервала дискретизации
.
Учет этой задержки производят включением
в приведенную передаточную функцию
непрерывной части САУ звена "чистого"
запаздывания с передаточной функцией
.
На практике в цифровых системах часто
принимают
.
Оценку качества
цифровой САУ выполняют непосредственным
построением переходного процесса с
использованием
преобразования. Точность работы САУ в
установившемся режиме можно оценить
по коэффициентам ошибок, разложив в ряд
Маклорена функцию
.
Здесь
– системная функция разомкнутой САУ.
Значения соответствующих
коэффициентов при
дают ошибки по положению, скорости и
т.д. Например, для
получим
,
откуда следует, что ошибка по положению
равна нулю.
Для наблюдения динамической ошибки в лабораторной работе используется задающее воздействие синусоидального вида, что обеспечивает наличие составляющих по скорости и ускорению.
Моделирование замкнутой цифровой САУ.
Модели типовых звеньев представлены подпрограммами: APZ1, INTР, INTТ, INTРI, FRZ.
Модель замкнутой
САУ главная обратная связь реализуется
подпрограммой EPS, в
которой осуществляется сравнение
задающего воздействия с выходной
координатой последнего из каскадно-включенных
звеньев ЦФ. Вычисленная ошибка подается
на вход САУ в качестве
входного сигнала.
Синхронизацию процесса определения сигнала ошибки САУ обеспечивает подпрограмма OUTDAC, которая выполняет задержку до начала следующего интервала дискретизации.
Описание управляющей программы.
Замкнутая САУ, состоящая из дискретизатора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), элемента сравнения, нескольких каскадно-соединенных ЦФ и выходного экстраполятора (ЦАП) реализуется путем последовательного выполнения соответствующих подпрограмм.
Для упрощения аппаратной части АЦП в данной работе не используется. Коды входного синусоидального воздействия записаны в постоянной памяти микроЭВМ. Входное воздействие и вычисленные коды выходной величины подаются на цифровой элемент сравнения программным путем.
Для выполнения лабораторной работы следует набрать и оттранслировать управляющую программу:
ORG 4000h
JMP START
ORG 400Bh
JMP TMSAU ;обработка прерывания таймера Т0
START: CALL INITT0 ;настройка прерываний от таймера Т0
M: CALL NUST ;вывод в ЦАП2 кодов 128,0,255,128,(40h)
L: MOV R2,#0
;MOV B,31h ;ступенчатое входное воздействие*
;CALL FSIN ;синусоидальное входное воздействие*
CALL EPS
CALL ХХХ ;ХХХ – имя подпрограммы включаемого звена
CALL YYY ;YYY – имя подпрограммы включаемого звена
CALL ZZZ ;ZZZ – имя подпрограммы включаемого звена
;количество звеньев ограничено частотой дискретизации
CALL OUTDAC ;вывод результата работы САУ в ЦАП2
DJNZ 33h,L
JMP M
END
* – для получения желаемого входного воздействия следует удалить в управляющей программе символ ";" перед командой MOV B,31h или перед командой CALL FSIN.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с описанием.
2. Исследовать отклик
замкнутой САУ на ступенчатое воздействие
при постоянном интервале дискретизации
мкc
изменяя коэффициенты ЦФ для случаев:
– два апериодических звена;
– инерционный интегратор (интегратор и апериодическое звено);
– астатическая САУ с "желаемой" ЛАЧХ (инерционный интегратор и форсирующее звено);
– астатическая САУ с "желаемой" ЛАЧХ (интегратор по методу трапеций, пропорционально интегрирующее звено и апериодическое звено).
3. Исследовать отклик САУ на синусоидальное воздействие. Для этого в управляющей программе разрешить вызов подпрограммы FSIN. Множитель частоты в ячейке с адресом 34h изменять в пределах 1…8.
Анализировать перечисленные в п.2 структуры САУ. Использовать интеграторы разных видов – INTP, INTT, INTPI.
Содержание отчета
Осциллограммы откликов на ступенчатое воздействие. Указать значения коэффициентов ЦФ. Оценить запас по фазе для полученных типов переходного процесса.
Осциллограммы откликов на синусоидальное воздействие. Указать соотношения между постоянными времени звеньев.
Результаты оценки точности воспроизведения задающих воздействий различных типов.