Дискретные системы управления техническими системами

Цифровые управляющие устройства позволяют использовать сложный алгоритм управления технической системой.

Включение цифровых систем в контур управления требует использования согласующих устройств и представлен на схеме:

Согласование дискретных вычислительных устройств с непрерывно работающими приборами и оборудованием осуществляется цифро-аналоговыми и аналогово-цифровыми преобразователями.

Аналогово-цифровой преобразователь работает с определенной тактовой частотой и позволяет зафиксировать результат измерения в момент времени t и преобразовать аналоговый сигнал в цифровой. Фиксированные значения результатов измерения сохраняются на интервале времени .

Дано:

На входе аналогово-цифровой преобразователь.

Частота работы компьютера может составлять от 1 до 100 Гц, в некоторых случаях до 1000 Гц.

Преобразование непрерывной функции к решетчатому характеризуется следующими факторами:

1) Имеет место дискретность сигнала по времени. Для систем обработка результатов летных испытаний тактовой частоты составляет: 1;2;4;8;16;32;64 Гц.

2) Имеет место дискретность сигнала по уровню (-шаг дискретности по уровню)

3) Блок нелинейных преобразований для цифровой системы описывается дискретностью выходной координаты по времени и по уровню.

4) Между непрерывной и решетчатой функцией нет взаимнооднозначного соответствия, т.е. непрерывная однозначно определяет решетчатую, но по решетчатой нельзя однозначно определить непрерывную.

Аппроксимация по узлам решетчатой функции с непрерывностью дает неоднозначное решение для различных базовых функций разложения в ряд.

Цифровое управляющее устройство представляет собой процессор, контроллер, бортовая цифровая ЭВМ, либо нейронную сеть.

Процессоры используются для управления работой отдельных элементов конструкции или управления элементарными процессами.

Контроллеры представляют собой устройство, в состав которого входят измерительные устройства, процессоры и исполнительные устройства.

БЦВМ используются для контроля за работой всех систем самолета и управления маневрами, вооружением и для регулирования отказов.

Нейронные сети представляют собой объединение в единое целое вычислительных элементов для управления каждым отдельным элементом, согласования задач управления для всего самолета и накопление опыта в управлении агрегатами и самолетом в целом.

Цифровое управляющее устройство по фиксированному на интервале измерения времени t определяет требуемое управляющее воздействие. Эта команда поступает на цифро-аналоговый преобразователь и с помощью экстраполятора преобразуется в непрерывный управляющий сигнал.

Задача цифро-аналогового преобразователя состоит в том, чтобы описать непрерывное изменение дискретного управляющего сигнала на шаге дискретности.

Работа цифровой системы аналогична работе импульсных элементов. В качестве исполнительных устройств для дискретной системы могут использовать шаговые двигатели, а в качестве источников информации – дискретных измерителей информации.

Задача исследования систем цифровой системы управления.

Для цифровой системы управления ставятся следующие задачи:

1) разработка алгоритмов цифровой системы

2) исследование устойчивости и выбор алгоритмов управления замкнутой системы с дискретными элементами

3) моделирование технической системы с блоком дискретного управления и расчет характеристик движения в фазовом пространстве и во временной области

Алгоритмы цифровых устройств:

Исходные данные для алгоритмов БЦВМ преобразуются к дискетной форме.

X(t) дискретность по времени:

T-шаг дискретности;

n-номер шага

-решетчатая функция

-дискретная функция (функция целочисленной переменной).

Алгоритмы для алгебраических соотношений:

Дано:

-алгебраическая функция

Алгоритм дискретного преобразования зависит от порядка поступления информации.

Измерения: на предыдущем шаге n

для БЦВМ

Введем прямую и обратную разности:

-прямая разность

-обратная разность

-для определения передаточных функций БЦВМ.

В случае численного расчета производится алгоритм работы БЦВМ существенно изменяются:

-алгебраическая функция

Измеряется только x:

-для БЦВМ, где

Выводы:

Таким образом при использовании БЦВМ в системе управления необходимо в памяти компьютера сохранять значения решетчатой функции на предыдущих шагах в зависимости от используемого алгоритма.

Алгоритм расчета БЦВМ при использовании д.у:

Алгоритм управления по д.у. используется для вариантов решения управления в интегро-дифференцированной форме и в случае управления по эталонной модели.

-оптимальный алгоритм управления

Требуется разработать дискретный алгоритм:

В случае управления по эталонной модели и по настраиваемым параметрам ставится задача расчета желаемого изменения координат:

Для сравнения с реальным поведением объекта в целях коррекции его пилотажных характеристик, таким образом в оптимальных и адаптивных системах управления необходимых БЦВМ разработать дискретный алгоритм для интегрирования системы ДУ, управления или эталонного объекта.

В качестве методов решения используются метод фундаментальных решений и метод конечных разностей.