Лекція 23. Цифроаналогові і цифрові системи керування положенням

високих вимогах до позиціювання використовуються цифро-аналогові СК положенням. Оскільки система

позиціювання не вимагає високої точності до регулювання швидкості й струму ЕП, то система виконується з аналоговими контурами струму і швидкості та цифровим контуром положення.

Схема містить аналогову частину системи в силовій частині з перетворювачем і двигуном та в системі керування з контурами струму й швидкості з аналоговими регуляторами АА та АR і датчиками струму і швидкості UA й BR.
Регулятор положення виконаний як цифроаналоговий з аналоговою частиною AQ. В цифрову частину контуру положення входять: арифметичний пристрій AW, цифроаналоговий перетворювач (ЦАП) UZV.

Принцип роботи
Арифметичний пристрій отримує на вхід цифровий сигнал задання положення NΘз із цифрового пристрою вводу задання SZ і цифровий сигнал NΘп, відповідний реальному положенню Θвих. Цей сигнал подається від датчика положення BQ та перетворюється в цифровий сигнал перетворювачем коду UZ. Числа NΘз і NΘп надходять в арифметичний пристрій AW в двійково-паралельному коді.

сигнал керування, який дорівнює різниці ΔN = NΔΘ

= NΘз – NΘп.
Це число за допомогою цифроаналового перетворювача UZV перетворюється в аналоговий сигнал задання положення Uзп, який надходить на аналогову частину РП.
Сигнал задання положення Uзп надходить на регулятор положення AQ, на який також із датчика положення BQ подається сигнал ЗЗ за положенням Uп. В якості датчиків переміщення звичайно використовуються датчики кутового переміщення (мельсини, обертові трансформатори та ін.).
Задання положення забезпечується сельсином-задатчиком.
Задача СК, що розглядається, – це точне зупинення двигуна (механізму) в заданому положенні.
Це буде, коли двигун або ВОРМ відпрацює заданий кут Θз і кут сельсина-приймача стане дорівнювати куту задання (Θп = Θз), а розузгодження буде дорівнювати нулеві (Θз – Θп = ΔΘ = 0).
Для забезпечення точного зупинення в заданому положенні необхідно оптимізувати контур регулювання положення методом послідовної корекції та знайти передавальну функцію РП.

Для аналізу роботи схеми складається структурна схема ЦА СК (рис.3.7)

налагоджені на технічний оптимум, то, як і в попередній аналоговій

системі,
ці контури зображені однією ланкою з передавальною функцією

(3.4)

позиціювання забезпечується з більшою точністю. Для цього вибирають необхідні параметри

цифрового контуру:
Цифровий сигнал задання положення

NΘз = кдп·Θз, (3.5)

де Θз – заданий кут переміщення.
Цифровий сигнал ЗЗ за положенням:

NΘп = кдп·Θвих. (3.6)
Цифровий сигнал керування:

NΔΘ = NΘз – NΘп = кдп·( Θз – Θвих) = кдп·ΔΘ, (3.7)
де ΔΘ – розузгодження або похибка позиціювання.

Знаходження похибки позиціювання
Похибка позиціювання оцінюється в кінці позиціювання.
Для цього
знаходимо сигнал задання за швидкістю на виході РП:
Uзш = NΔΘ·kцап·kрп = ΔΘст·кдп·кцап·крп. (3.8)

(3.9)
Uзш = kш·Δωр·4Тμ/Тм,
де Δωр – перепад швидкості ЕП у розімкненій системі.
Порівнюючи ( 3.8) та ( 3.9), отримуємо
ΔΘст·кдп·кцап·крп = kш·Δωр·4Тμ/Тм, (3.10)
звідки знаходимо статичну похибку
ΔΘст = (kш / кдп·кцап·крп)·Δωр·4Тμ/Тм. (3.11)
Із ( 3.9) і ( 3.10) отримаємо
kш / кдп·кцап·крп = 8Тμ. Використовуючи (3.12), оцінюють параметри цифрових пристроїв.
Дискретність квантування – вибирається з умови q ≤ d, де d – дискретне задання положення.
Цифровий сигнал ЗЗ, що визначається дискретністю квантування, приймається за максимальним розузгодженням за положенням:
NΘmax = Nду > Θmax / q. (3.13)
Частота проходження імпульсів, із якою працюють цифрові пристрої, визначається максимальною швидкістю ЕП ωмах:
f = Nкдп·(ωмах / 2π·кр), (3.14)
де Nкдп – кількість імпульсів датчика положення на один оберт вала;
кр – передавальне число редуктора між валом двигуна і валом ДП.
За частотою, знайденою за (3.14), перевіряються всі цифрові пристрої. Цифрові пристрої, які використовуються в ЦА системах регулювання положення, випускаються комплектно в системі УБСР-д як окремі апаратні пристрої.

пристрої або ЕОМ. Такі системи забезпечують задання, контроль відпрацювання, переміщення

та складання сигналу керування в цифровому коді з наступним перетворенням його в неперервні сигнали керування ЕП.
СК СЕП бувають як ЦА, так і цифрові. Такі системи виконуються як системи регулювання положенням, розглянуті вище, в котрих цифрові сигнали NΘз змінюються за необхідним алгоритмом керування.
У загальному вигляді цифрова СК СЕП може бути представлена структурною схемою

Принцип дії системи
Керування положенням здійснюється від ЕОМ. Вона задає алгоритм керування і контролює його відпрацювання. Задання здійснюється в цифровому коді NΘз.
Сигнал ЗЗ за положенням забезпечується також у цифровому коді NΘвих , який отримується з допомогою АЦП UVZ. АЦП здійснює квантування неперервної величини за рівнем і в часі та забезпечує кодування, тобто перетворення аналогових сигналів у цифрові.
Порівнюючий пристрій ЕОМ виконує порівняння цифрових сигналів задання та ЗЗ і виробляє цифровий сигнал керування:
NΔΘ = NΘз – NΘвих . (3.15)
Далі цей цифровий сигнал декодується в ЦАП і перетворюється в аналоговий сигнал задання швидкості Uкер , керуючий ЕП; якщо ЕОМ забезпечує регулювання швидкості й струму в цифровому вигляді, то здійснюється пряме керування ЕП.

точність та перешкодозахищеність.
Реалізація складних алгоритмів керування за допомогою ЕОМ.
Організація цифрової

індикації роботи ЕП.
Цифроаналогові СК СЕП дозволяють отримати високу точність регулювання (0,01 – 0,001%) та добрі динамічні показники, тобто високу швидкодію з високою якістю перехідного процесу, які забезпечуються аналоговою частиною системи.
Статична точність цифрових систем визначається кроком квантування в часі, мінімальне значення якого обмежене точністю вимірювання параметра регулювання і точністю перетворення його значень у цифрову форму.
Цифрова інформація передається в паралельному й послідовному потенційних кодах (двійковий, двійково-десятковий та ін.) або в спеціальних кодах.
Завдяки присутності в цифрових системах квантування за рівнем і часом, процеси, які проходять у таких системах, характерні релейним та імпульсним системам. У них можливі притаманні релейним системам автоколивання, амплітуда яких визначається зоною нечутливості, рівною кроку квантування за рівнем, і дискретність керуючих сигналів, зв΄язаних із квантуванням у часі, характерна для імпульсних систем.

статичною характеристикою і мають імпульсні характеристики.
Тому аналіз та синтез

цифрових систем виконується нелінійними методами.
Для корекції цифрових систем використовуються корегувальні пристрої цифрової та неперервної дії. Останні (неперервні) використовуються ті ж самі, що і в системах керування стежачого ЕП неперервної дії. Вони вимірюють параметри неперервної (аналогової) частини системи, чим досягається необхідна якість і характер перехідних процесів.
Цифрові корегувальні пристрої реалізуються в програмі ЕОМ або за допомогою моделей, що забезпечують необхідні закони корекції і виконуються на спеціальних блоках ЕОМ.