Класифікація дискретних систем керування

Крім систем керування неперервної дії, до яких відносяться розглянуті лінійні й нелінійні САК, широке практичне застосування мають САК дискретної дії. Прикладами таких САК є побутовий холодильник, електричний утюг, найрізноманітніші системи релейного керування, верстати станки програмного керування, системи з цифровим керуванням. Ці системи працюють, як і САК неперервної дії, але мають свої особливості.

Дискретною системою автоматичного керування є система, до її складу якої входить хоча б одна ланка дискретної дії.

Ланка дискретної дії (дискретний елемент) - це ланка, вихідна величина якої змінюється дискретно, тобто стрибками, навіть при плавній зміні вхідної величини.

Дискретними елементами є, наприклад, різноманітні реле, перемикачі, тригери та інші нелінійні елементи з характеристикою, що має різкі переломи, або розриви. Приклади деяких з них ми розглядали в попередньому розділі. Структурна схема дискретних систем може бути представлена аналогічно нелінійній системі у вигляді лінійної частини та ланки дискретної дії, як показано на рис.8.9.

Рис.8.9 – Спрощене представлення дискретної САК.

Для забезпечення роботи багатьох дискретних систем неперервні сигнали подвоюються в дискретні. Для забезпечення роботи елементів безперервної дії в імпульсних системах керування застосовують також зворотне перетворення дискретних сигналів у неперервні. Перетворення сигналів здійснюється за рахунок квантування. Розрізняють такі види квантування сигналів:

Квантування за рівнем полягає у перетворенні безперервного сигналу Х_ВХ, на ступінчастий сигнал Х_ВИХ з дискретними рівнями Х₀, Х₁, Х₂,..., Х_п (рис.8.10 1 а). У найпростішому випадку квантування за рівнем здійснюється релейним елементом, вихідна величина якого може набувати скінченну кількість фіксованих рівнів.

Квантування за часом – це перетворенням безперервного вхідного сигналу Х_ВХ на ступінчастий Х_ВИХ за рахунок фіксації рівнів вхідного сигналу в дискретні моменти часу t₀, t₁, t₂,..., t.

Квантування за рівнем і часом – це одночасне квантування за рівнем і часом, при якому вихідний сигнал приймає дискретні значення у фіксовані моменти часу t₀, t₁, t₂,..., t. Період дискретності То може бути сталим або змінним.

Типи імпульсних систем. Залежно від виду квантування дискретні системи бувають трьох типів: релейні (квантування за рівнем), імпульсні (квантування за часом), цифрові (квантування за рівнем і часом).

Релейні системи інколи не виділяють як окремий тип дискретних систем, а розглядають як нелінійні безперервні САК. Приклади нелінійності релейних елементів показано на рис. 8.2. Імпульсні й цифрові САК виділяють в окрему групу і вивчають їх роботу методами, дещо відмінними ніж для лінійних САК.

Керування імпульсними системами, як і САК неперервної дії, здійснюється за допомогою сигналів, що передаються від одного елементу до іншого. Імпульсні сигнали, як і безперервні сигнали, повинні передавати певну інформацію. Якщо в безперервних сигналах інформація передається зміною рівня сигналу, то в імпульсних САК інформація між елементами передається послідовністю модульованих імпульсів.

Модуляція – це накладання на сигнал певної інформації, що передається цим сигналом.

Модуляція імпульсів здійснюється, як правило, у процесі квантування за часом, або функцію модуляції виконують окремі елементи, що мають назву модулятори.

Квантування за часом може здійснюватись по різному, залежно від чого розрізняють види модуляції сигналів, а саме:

Амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ) – це послідовність імпульсів, основними параметрами яких є амплітуда А (див. рис. 8.10а). Під час квантування за часом виділяють імпульси, амплітуда яких пропорційна де це амплітуді вхідного сигналу.

Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) – це послідовність імпульсів, основними параметрами яких є тривалість імпульсу в часі (ширина імпульсу) А (див. рис. 8.10б). Під час квантування за часом, або у процесі модуляції виділяються імпульси, тривалість в часі яких пропорційна амплітуді вхідного сигналу.

Часово-імпульсна модуляція (ЧАІМ) має декілька різновидів, а саме фазово-імпульсну (ФІМ) і частотно-імпульсну (ЧІМ).

Фазово-імпульсна модуляція (ФІМ) – це модуляція, під час якої змінюється зсув імпульсу відносно моментів квантування, (див рис. 8.10в).

Частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ) – це модуляція, під час якої змінюється частота імпульсів (див рис. 8.10г).

а – амплітудно-імпульсна І роду, б – широтно-імпульсна, в – фазово-імпульсна, г – частотно-імпульсна, д – амплітудноімпульсна П роду.

Крім того, розрізняють два роди модуляції залежно від того, чи змінюється модульований параметр протягом часу t існування імпульсу. Модуляція І роду, якщо імпульс незмінний, і П, якщо він змінний (див. рис.8.10, а та 8.10 д).

Залежно від виду і роду модуляції імпульсні САК бувають трьох типів:

Імпульсні САК різних типів, особливо амплітудно-імпульсні та широтно-імпульсні, набули досить значного поширення в автоматизованих електроприводах, різних системах керування електроустановками.

Особливістю роботи імпульсних систем є те, що інформація про вхідний сигнал з виходу імпульсного елемента надходить тільки в дискретні моменти часу. Тому в імпульсних САК відбувається деяка втрата інформації і їх точність у загальному випадку нижча порівняно з точністю безперервних систем. Проте перервний характер передачі сигналів між зумовлює і ряд переваг імпульсних САЛ:

1. Можливість використання однієї імпульсної САК для керування процесами в кількох однотипних об'єктах. Це зумовлено тим, що система керування працює з одним об'єктом лише незначну частину періоду квантування. Об'єкти по черзі підключаються до одного керуючого пристрою. Таке керування називають багатоточковим керуванням.

2. Можливість використання одного каналу зв'язку для керування декількома віддаленими об'єктами.

З. Підвищена захищеність від перешкод. Вона зумовлена тим, що інформація передається у вигляді коротких імпульсів. САК більшу частину періоду квантування розімкнута і не сприймає можливих перешкод. Крім цього канал зв’язку може використовуватись для контрольної перевірки інформації шляхом подачі надлишкової контрольної інформації, чи за як канал зворотного зв’язку.

Робота імпульсних систем і їх методи аналізу пов’язані з співвідношенням між частотою квантування і смугою пропускання безперервних частин системи. Якщо частота квантування досить висока порівняно із смугою пропускання безперервної частини системи, то система не встигає реагувати на кожний окремий імпульс і працює аналогічно як і система неперервної дії. Для дослідження таких імпульсних САК можна користуватися методами аналізу і синтезу безперервних систем. Наприклад, у системах керування електроприводами для живлення силових кіл електродвигунів широко застосовують напівпровідникові перетворювачі. За принципом дії ці перетворювачі є імпульсними (використовуються фазово-імпульсна і широтно-імпульсна модуляція), але частота квантування настільки висока, що в цілому такі системи електропривода розглядаються як безперервні.

Якщо частота квантування не достатньо висока порівняно зі смугою пропускання безперервної частини системи, то система встигає реагувати на кожний окремий імпульс і наявність квантування істотно впливає на динаміку системи. Для дослідження таких систем не можна використовувати методи, розроблені для безперервних систем, а потрібно застосовувати інші методи аналізу. Для цього існує спеціальний математичний апарат.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: