Суть и характер автоматического управления (стр. 4 )

 

 

Цифровые фильтры высокой частоты:

Пример работы фильтра высокой частоты;

Исходный сигнал

Выделенный высокочастотный сигнал.

Основные действия  первичной обработки измеренной  информации;

  - сохранить исходные данные;

  - проверить соответствие исходных данных параметрам датчика – диапазону выходных значений и диапазону возможных скоростей изменения параметра. Если значение выходит из допустимых границ, данное исключается из дальнейшей обработки и нужно генерировать аварийное сообщение.

  - Вычислить среднее значение данных за тот интевал времени, который используется в задачах конроля и управления, как единичный интевал - За секунду, минуту, час;

- применить цифровую фильтрацию и сохранить отфильтрованные данные;

- принеобходимости выполняется масштабирование, т. е. перевод параметров в одну систему измерения, например, все  расходы приводятся к единице измркния М3/час;

- линеаризация параметра, например, при измерении  температуры термопарой, нелинейная зависимость апроксимируется системой линейных отрезков, совпвдающих с харатеристикой термопары на отдельных участках. Это можно сделать с помощью прстой линейной звисимости:

 

-  вавтоматических системах проволится анализ входных данных для принятия решения о дальнейших действиях, например о генерации управляющих сигналов или срабатывании защиты;

Струкруа данных для обработки измеренмй:

- шкалы параметров;

2.3 Подготовка и оформление алгоритма

Так же как и при разбиении большой системы на меньшие составляющие  подсистемы,  действия в алгоритме можно и нужно детализировать до такой степени, чтобы исключить возможность неоднозначного понимания смысла и обеспечить ясность в способе выполнения действия (т. е. как это сделать практически).  Начинается составление алгоритма с подготовки укрупненного, но цельного и законченного варианта. Из него должно быть понятно, какое действие  является началом процесса и при каких условиях алгоритм считается завершенным. Также должен указываться переход  к следующему алгоритму. Это может быть и возврат на начало данного алгоритма, к началу цикла. Такой  тип алгоритма называется циклическим. По нему программа может работать неопределенно долго. Алгоритм часто оформляют в виде блок - схемы

Пример простого алгоритма управления температуры нагрева пластика. В блок-схеме нет регулирования.

Другой пример показывает использование обратной связи от дискретных датчиков положения. Они срабатывают и меняют ход выполнения программы тогда, когда произошло событие, значимое для  процесса.  Такие алгоритмы постоянно используются в задачах автоматического управления и следующий пример - более близкий к реальности алгоритм управления.

Управление на основании событий - 

Рис 2.6

В этом случае отдельные блоки программы включаются по событиям, произошедшим на объекте управления. Если событие не происходит, то блок программы никогда не включается. Управление по событиям дает большие и гибкие возможности контроля и регулирования.  В этом случае прерывается работа текущей подпрограммы и вызывается новый программный блок. В свою очередь и он может быть прерван и так далее. По мере выполнения задач подпрограмм, нужно аккуратно возвращаться к прерванным задачам и продолжать работу системы. Возврат в прерванные блоки алгоритмов – ответственная и опасная задача. Она требует продумывания на этапе разработки алгоритма. 

Любой реальный алгоритм – это целая система взаимодействующих между собой крупных блоков, решающих каждый свою задачу, но  вызывающих другие блоки или прерывающие работу  уже действующих по сообщениям о событиях технологического процесса. Сколько сделать таких блоков, и какой размерности будет каждый блок – это искусство алгоритмистов и программистов.

Алгоритмы реализуются в управляющих устройствах, контроллерах, управляющих компьютерах. Роль алгоритма легко оценить на примере посещения Луны. Бортовой  управляющий компьютер корабля - ракеты Аполлон 11 (1969 год ) имел 64 КБ памяти и быстродействие в 128 Кбит/сек, но все задачи  полета и посадки на Луну были выполнены своевременно и правильно.  Конечно, гигантские усилия направлялись на оптимизацию программ, что сейчас делается очень мало и слабо. Но представьте себе, как были продуманы и отшлифованы алгоритмы.

Отсутствие алгоритмов не позволяет предсказывать и управлять. Например, правильный прогноз погоды – только на 4 дня, несмотря на гигантские мощности компьютеров.  Вывод - основное значение для управления и регулирования имеют правильные алгоритмы контроля и управления,  а не мощность и производительность вычислительной техники.  Хороший и правильный  алгоритм позволяет качественно решать задачи управления на слабой и плохой технике, лишь бы она была надежной. Алгоритмы составляются до написания программ, и именно здесь закладывается оценка Вашей работы. А создание алгоритма требует изучения и понимания объекта. Обязательно проверяйте Ваши мысли и предположения о работе объекта управления  в ходе создания алгоритма на объекте управления. Основное время разработки системы должно уйти именно на эту стадию работы. Только уверенность, подтвержденная опытами на объекте, дает право на составление алгоритмов, а потом на их программирование.

Всегда оформляйте Ваш алгоритм графически или хотя бы таблично. Лучше готовить  оба варианта описания алгоритма и проверять их взаимно. Никогда не оставляйте усики – ответвления на блок схеме без указания действия при этой ситуации. Даже самые маловероятные события обязательно произойдут. Если не предусмотрены действия для таких ситуаций, программа остановится и произойдёт авария.  В крайнем случае давайте аварийный сигнал и выдавайте информацию оператору процесса.

3 Классические и современные методы управления.

В 1876 году появилась работа, оказавшая большое влияние на науку о регулировании - труд профессора   "Об общей теории регуляторов". В этой работе было выведено условие устойчивости для линейных систем третьего порядка и даны конкретные указания о том, как влияют конструктивные параметры на устойчивость. явился основоположником классической теории регулирования. В 1866 году выходит в свет статья Максвелла "О регуляторах". Швейцарский математик А. Гурвиц в 1895 году ввел алгебраические условия устойчивости для линейных систем любого порядка. Долгое время оставалась неизвестной инженерам аналогичная работа Рауса, выполненная им еще  в 1877 году по просьбе Максвелла.

Основы общей теории устойчивости динамических систем были заложены выдающимся русским учёным . В своей докторской диссертации в 1892 году им впервые были сформулированы условия устойчивости решений обыкновенных дифференциальных уравнений, дано строгое определение понятия устойчивости, разработаны два основных метода исследования устойчивости: первый метод Ляпунова исследования устойчивости в малом и второй, прямой метод исследования устойчивости в большом.

В те годы, по-видимому, еще никто не подозревал о будущей роли теории в общей теории управления. Лишь в 40-50 годах 20 века его  теоремы заработали в полную силу.

                       В 1932 году американец шведского происхождения Гарри

Активно развивалась использование частотного описания технологических процессов, появились десятки  вариаций анализа частотных характеристик. Появились понятия амплитудно-частотных характеристик, фазо-частотных и амплитудно-фазовых характеристик. Строились их годографы (кривые) для визуального определения сколько раз годограф охватывает точку (-1, 0j).  Передаточные функции стали основным инструментом работы инженеров автоматчиков. Разрабатывались методы синтеза многомерных и многосвязных систем регулирования на базе передаточных функций. Анализировалась точность и грубость систем управления. Во всех этих разработках объект рассматривался как черный ящик, описываемый только соотношением входных и выходных сигналов.  Была выявлена дифференциация систем управление по задачам регулирования по отклонению, по возмущению и смешанного управление. В настоящее время все это рассматривается как классические методы управления.