Вводные понятия

Синтез дискретного устройства управления напряжением в электротяговой сети

Методические указания к курсовому проекту

Санкт-Петербург

УДК

ББК

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Теория дискретных устройств (автоматики и телемеханики)» составлены в соответствии с программой курса, утвержденной в 2013 году проректором университета путей сообщения.

В курсовом проекте выполняется проектирование дискретного устройства управления, обеспечивающего контроль напряжения в электротяговой сети в процессе движения высокоскоростных электропоездов и формирование управляющих воздействий на устройства поддержания заданного уровня напряжения.

Приведены варианты заданий на курсовой проект, а также сведения по теоретическим основам курса, данных по объему, содержанию и выполнению проекта, рекомендации по использованию электронных средств обработки информации.

Предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности 190901.65 «Система обеспечения движения поездов», специализации «Электроснабжение железных дорог».

Составили: А.Т. Бурков, А.И. Бурьяноватый,

М.А. Шарпилова, С.А. Бурков

Цель, задание и содержание курсового проекта

Вводные понятия

В технологических процессах любой природы обязательно проявляется взаимодействие между человеком и машиной, или машинами. Это взаимодействие основано на передаче сигналов от субъекта к объекту, восприятием данных сигналов, выполнением их содержания и на обратной передаче сигналов о полноте исполнения задаваемого состояния объекта.

В такой взаимосвязанной структуре отношений в процессе производства любой природы имеет место целенаправленное воздействие на объект с контролем степени достижения желаемого результата. Всякое изменение состояния объекта, системы или процесса, ведущее к достижению поставленной цели называется управлением. Совокупность объектов и отношений между ними, образующих единое целое, составляет систему управления, которая включает объекты управления, управляющую систему, каналы прямой и обратной связи (рис.1).

Рис.1. Модель системы управления:

ОУ – объекты управления; УУ – устройство управления; x(t) – управляющее воздействие, передаваемое по каналу прямой связи; y(t) – состояние объекта, характеризуемое определенными параметрами; x₀(t) – информации о состоянии объекта управления, передаваемая по каналу обратной связи; х _п – программное содержание к устройству управления; А - автоматы

Система управления выполняет три основные задачи: сбор информации; передачу сообщений в виде сигналов; обработку информации и выдачу управляющих воздействий. Информация, содержащая сведения о некотором объекте или явлении, как правило, в форме электрических сигналов с определенными характеристиками (амплитуда, частота импульсов и т.д.), измеряется в битах[1]. Для записи информации используется двоичная система исчисления, алфавит которой содержит два символа 0 (ноль) и 1 (единица).

Сигналы в системе управления могут быть аналоговыми и дискретными (импульсными и цифровыми). Для преобразования, передачи, обработки сигналов служат электронные средства, которые представляют законченные технические устройства, имеющие определенное функциональное назначение.

Аналоговые (непрерывные) устройства служат для обработки непрерывных сигналов. Наиболее характерными среди них – усилители электрических сигналов. Дискретные устройства (импульсные и цифровые) обеспечивают формирование или преобразование импульсных сигналов. Простейшим дискретным устройством является транзисторный ключ. Преобразование непрерывных сигналов в дискретные называется квантованием. Квантование может осуществляться по уровню с определенным шагом или по времени. Для такого преобразования используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Обратные преобразования цифровых сигналов в аналоговые достигаются цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).

В цифровой технике широкое применение получила двоичная система исчисления, обеспечивающая удобство ее использования, поскольку в ней имеется всего два символа «1» и «0», которые составляют алфавит. Каждому из этих символов ставится в соответствие высокий или низкий уровень сигнала, длинный или короткий импульс. Используя двоичную систему, можно путем чередования в виде прямоугольных импульсов и пауз задать любое число, т. е. получить закодированные сообщения. Комбинация символов «1» и «0» определяется правилом (законом) расшифровывания, или языком сообщения, кодом. В цифровых устройствах широко используются позиционный двоичный код (ПДК), основанный на двоичном алфавите.

Устройство управления (см. рис. 1), на основе заложенной в него программы х _п и сигнала обратной связи x ₀(t), обеспечивает некоторую последовательность действий, в результате которых сведения, полученные на входе, преобразуются в новые сведения, сформированные на выходе x (t).В устройстве управления, в его логической части, совершается некоторое логическое действие по выработке управляющего воздействия. Схемы логической части устройства управления, как правило, сложны. Для их разработки целесообразно применять математический аппарат алгебры логики.

В алгебре логики применима двухзначная логика. Переменные в этой алгебре могут принимать лишь два значения (да – нет), условно обозначаемые LOG1(или просто «1») и LOG0 (или просто «0»). Значит «1» и «0» соответствуют двум символам двоичного алфавита, положенные в основу двоичной системы исчисления. Их обычно называют двоичными переменными.

Переключательные дискретные электронные схемы переходят из одного состояния в другое в зависимости от комбинации входных сигналов. Эта зависимость является логической и описывается логической функций. Такие переключательные схемы принято называть логическими схемами (ЛС). Логическая схема в общем случае имеет n -входов и m -выходов и служит для преобразования входной дискретной информации в выходную дискретную информацию, как правило, в двоичной форме ее представления.

Более сложные ЛС состоят из простейших ЛС, называемых логическими элементами (ЛЭ). Различают простые логические элементы и логические элементы с запоминанием (памятью). ЛЭ выполняют простейшие логические операции И (логическое умножение), ИЛИ (логическое сложение) и НЕ (логическое отрицание), см. рис. 2. Соответственно ЛЭ получили названия: конъюнктор (И), дизъюнктор (ИЛИ) и инвертор (НЕ).

Рис.2. Три элементарные операции алгебры логики, графическое изображение операции и соответствующих логических элементов (а); алгебраическая запись (б) и таблица переключений (в)

Набор ЛЭ, включающий элементы И, ИЛИ, НЕ называется функционально полным, так как обеспечивает реализацию всех элементарных операций алгебры логики. Этот набор является основным (базисом). Имеются другие функционально полные наборы (см. Приложение 1).

По заданной логической функции, получаемой по словесному описанию функционирования проектируемого дискретного устройства, осуществляется переход к логической схеме в заданном базисе логических элементов.

Таким образом решается задача синтеза дискретного устройства управления объектом.