Введение. Недостающую глубину мысли обычно компенсируют ее длиной

ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ

Тема 5. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Недостающую глубину мысли обычно компенсируют ее длиной.

Шарль Луи Монтескье. Французский философ. XVIII в.

Идеальная система автоматического управления производством – кнопка включения в кабинете директора фирмы. В сопроводительной документации на систему достаточно одной фразы "Не выключать до полного банкротства". Коротко и элегантно.

Эдуард Астафьев. Уральский геофизик, ХХ в.

Содержание

Введение.

1. Дискретные системы автоматического управления. Особенности дискретного управления. Решетчатая функция. Импульсная модуляция. Параметры импульсных элементов. Функциональные схемы цифровых систем. Преобразователи АЦП. Преобразователи ЦАП. Управление системами на базе ЭВМ.

2. Цифровые средства обработки информации в системах. Аналоговые электронно-вычислительные машины. Цифровые электронно-вычислительные машины. Микро-ЭВМ и микроконтроллеры.

3. Сетевые компоненты систем. Архитектура открытых информационных систем. Локальные управляющие вычислительные сети. Топологии локальных сетей. Топология «шина». Топология «звезда». Топология «кольцо».

Дискретные системы отличаются от непрерывных тем, что среди сигналов, действующих в системе, имеются дискретные сигналы. Дискретные сигналы получаются из непрерывных квантованием по уровню, по времени или одновременно и по уровню, и по времени. Системы, в структуре которых используются цифровые устройства, контроллеры, микропроцессоры, ЭВМ, являются дискретными.

Дискретные системы (ДС) находят широкое применение в управлении разнообразными техническими устройствами. Область применения ДС - управление различными электромеханическими и электромагнитными устройствами, системами телеизмерения и телеуправления, многоканальными системами связи, системами радиоуправления и т. д.

В современных условиях сохраняется устойчивая тенденция увеличения доли цифровых методов преобразования, обработки, передачи и хранения информации во всех сферах деятельности человека, идёт смена поколений технических средств обработки информации и информационного обмена. Эти средства могут непосредственно не затрагивать традиционные области автоматизации: датчики, приводы, регуляторы, однако меняют среду существования средств автоматизации в целом.

В период бурного развития микропроцессорной техники (80-е годы 20-го века) было разработано и внедрено огромное количество технических устройств для систем автоматического управления с жёсткой логической структурой, обладавших вполне удовлетворительными характеристиками. Вместе с тем становилось ясно, что только использование перепрограммируемых и универсальных устройств обеспечит будущее технических средств автоматики. На этом этапе произошло разделение путей развития систем управления на две линии: на основе универсальных ЭВМ, и на основе контроллеров и более простых ЭВМ, но зато оптимизированных для требуемой задачи. Оба подхода получили право на жизнь, а их разумное сочетание обеспечивает высокое качество систем автоматического управления (САУ).

Современные проекты объединяет широкое использование готовых аппаратных и программных технологий открытого типа, апробированных и стандартизованных на рынке общепромышленных гражданских приложений, наряду с развитием и совершенствованием традиционных средств автоматизации. Контроллеры средств автоматизации обычно вынуждены работать в жёстких условиях эксплуатации, а цена сбоя в системе автоматического управления также может быть гораздо выше, чем в других информационных системах, так как объект управления нуждается в управлении постоянно и в реальном времени.

В САУ обычно имеется большое количество разнообразных датчиков и преобразователей информации физических величин, таких, как температура, давление, расход жидкостей, скорость и т.п. Датчики преобразуют исходную физическую величину в некоторую стандартную величину, например, напряжение. При использовании в САУ ЭВМ встаёт задача преобразования этой промежуточной величины в цифровую форму, появилось и стремительно развивается новое поколение датчиков, в которых имеются встроенные контроллеры, осуществляющие такое преобразование. Такой интеллектуальный датчик сам становится элементом вычислительной сети, поддерживающим сетевой протокол и передающим данные в цифровой форме. Часто в контроллере такого датчика производится предварительная цифровая обработка сигнала, например, коррекция систематической погрешности преобразователя, предварительная фильтрация случайных помех, а также контроль работоспособности. Всё больше технических средств САУ становятся чисто цифровыми, в которых преобразование физических данных происходит непосредственно в цифровую форму, подготовленную к передаче по каналу связи.

Цифровыми и интеллектуальными (со встроенными микроконтроллерами) в САУ могут быть и другие составные части: исполнительные устройства, каналы связи, задатчики воздействий, фильтры и т.п. Кроме перепрограммируемости, это даёт повышение надёжности за счёт гибкости конфигурации. Количество компьютеров, используемых для управления процессами производства и в задачах управления, нарастает практически экспоненциально.