5,6. Заключение 215

- адрес входного порта измерительной информации;

- интервал выборки;

- коэффициенты пересчета сигнала;

- параметры датчика;

- пороговые значения для физического процесса (полоса гистерезиса с первым и вторым сигнальными пределами);

- допустимая скорость измене1П1я;

- параметры фильтра а, bj, а;

- результат измере1Н1Й до и после обработки;

- логические переме1П1ые, управляюп1ие подключением тех или иных процедур, например линеари.зации, пересчета входных данных, фильтрации, обработки нештатных ситуаций.

[Зышенеречисле1н1ые параметры имеют разные форматы: одни.м соответствуют целые числа, другим ~- вешествошые, третьи.м - логические перемошые или символьные строки. Конкретное представление зависит от используемой вычислительной платформы и языка программирования. Некоторые при1щипы организации баз дан11ых для хранения и обработки измерительной ин4)ормации изложены в ра.зделе 12.4.

5.6. Заключение

Частота выборки а1шлоговых сипшлов является фундаментальным параметром обработки измерений в ци4>ровой системе управления. В идеале эта частота должна быть по крайней мере вдвое больше самой высокой частот1юй составляющей исходного сигнала; на практике 01ш должна быть еще выше для правильного восстановления сигнала за конеч1юе время. К тому же если частота выборки мала и на исходный сигнал наложен высокочастотный шум, то в дискретном сипшле появляются псевдо-мастотные искаже1П1я - ложные частоты. После дискретизации уже пево.зможно отделить ложную информацию от исход1юй, "правилыюй".

Для преобразования аналогового сигнала в ци4>ровой необходимо убедиться в том, что преобразователи обладают достаточным быстродействием, их точность соответствует приложетно и диапазон преобразования используется полностью.

Высокочастотные компоненты сипшла, обычно появляющиеся из-за шумов и 1ш-водок, должны быть устранены либо подавлены до выборки.Чтобы исключить все составляющие с частотами, превышающими половину частоты выборки, приме1ш-ются anajuMoBbie 4)ильтры шкзкой частоты (противонсевдочастотные).

Аналоговый 4>ильтр можно ско1ц-,труировать для подавления либо низких, либо высоких частот. Очень часто эти 4)ильтры реализуются на основе онерацио1П1ых усилителей, поэтому их надо применять с осторожностью, так как операцио1тые усилители имеют огра1И1че1тый частотный диапазон и не реагируют на очень высокие ча-тсны.

Цифровая 4>ильтрация - хороппш метод извлечения полезной ин4)ор.мации из ннала, В этой главе было рассмотрено, как реа7П1зовать ФП1 и ФВ1 низких поряд-)в. На практике ишроко используются простые фильтры скользящего среднего и фровые экспоие1шиа.иьные 4)ильтры низкой частоты первого порядка. Фильтры

более высокого порядка можно легко реализовать программным способом. Наконец сигнал должен пройти несколько проверок перед тем, как он поступит на входалго. ритма управления. Наиболее важные из них обсуждены в этой главе.

Рекомендации по дальнейшему чтению

Аналоговые 4)ильтры детально рассмотрены в [Glasford, 1986], [Irvine, 1994] и [Jones 1986]. [Derenzo, 1990] описывает многие практические аспекты мультинлексирова. 1пгя, аналого-ци4)рового преобразования и 4>ильтрации. Более подробно АЦПиЦАГ рассмотрены в [Slaeingold, 1986].

Теорема дискретизации объяснена в [Astrom/Willenmark, 1990], Эта книгатакж; детально описывает дискретные динамические системы, для которых цифровке фильтры являются частным случаем. Углублетюе рассмотрение ци4>ровой фили-рации приведено в [Slearns/David, 1988]. Аналитическое описание шума и иаЕ5еден-ных помех рассмотрено в двух работах [ Bendal/Piersol, 1986, 1993], а также fLjunj, 1987] и [Soderslrom/Stoica, 1989].

Структуры управле

Основные структуры аналоговых и цифровых регуляторов. Программная реализации регуляторов

Обзор

В этой главе рассматриваются риуляторы, ооюваииьге как на непрерывной (аналоговой), так И на дискрет1юй модели (далее - аналоговые и дискретные регуляторы). Изложение построено таким образом, чтобы в результате читатель получил, во-первых, пелост1юе представление о предмете главы, а во-вторых, был в состоянии оценить свойства, производительность тех или иных структур управления, а также результаты, которые можно получить с их помощью. Детали анализа и проектирования регуляторов, а также различные методы их настройки выходят за рамки настояп1ей книги. Читатель должен быть знаком с основами теории управления и понимать, как регуляторы влияют на те или иные свойства системы, например на ее устойчивость. Классические учебники по теории управления деталыю рассматривают математические .методы анализа схем управления, однако, как правило, они уделяют меньше внимания практическим задачам разработки и реализации ре1уляторов. В этой главе рассмотрена не только теория, по и практика проектирования структуры регуляторов и их компьютерная реализация, обеспечиБаюп1ая решение поставлошых задач управления.

Регуляторы со,здаются im базе либо непрерывной, либо дискретной модели процесса. Принципы проектирования регуляторов описаны в ра,зделе 6.1. Двухнозици-OFiHbie - релейные, бинарные - регуляторы, часто применяющиеся в промышленности, кратко обсуждаются в разделе 6.2. В разделе 6.3 рассматриваются аналоговые регуляторы с упреждением и обратной связью и примеры их применщнля.

Пропорционалыю-интегралыю-ди4)фере>щиальный (ПИД) риулятор от1юсит-ся к наиболее распространошым в промышлещюсти регуляторам. Поэтому он будет подробно рассматриваться в нескольких ра,зделах 1шстояп1ей главы. Его основные свойства обсуждаются в разделе 6.4. Дискретной модели ПИД-регулятора и соответствующим программным алгоритмам посвящен ра,здел 6.5. Ра,зличные структуры управления на базе ПИД-регулятора описываются в разделе 6.6. Несмотря im большую популяр1юсть, ИИД-регуляторы годятся не для всех типов задач управления, например они плохо подходят для процессов, имеющих время запа,здыва1П1я. Ограничения па применение ПИД-регуляторов обсуждаются в ра,зделе 6.7.

ОбобщеппьЕЙ дискретный лппейпыи регулятор обсуждается в ра.зделе 6.8. Значение этого ре17лятора определяется, во-первых, тем, что его .можно пепосредствоню реали.зовать программными средства.ми, а во-вторых, многие типы регуляторов - этоего частные случаи, 1шпример ПИД-регулятор. Реализация обобн1енного регулятора обсуждается в разделе 6.9. Модель в пространстве состояний полезна для описания линейных систем, имеюнп1х несколько входов и выходов. Для таких моделей "Жно использовать структуру регулятора тш основе обратной связи но переменным

тояния. Эта структура кратко рассмотрит в ра,зделе 6.10.