авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ УДК 002.52/.54(075.8) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ...»

-- [ Страница 4 ] --

Идеальным считается такой приемник, у которого Di = 0 при идеальном синфазирова нии помехи и генерируемого сигнала.

Реальные приемники имеют Di 0. Однако, используя понятие идеального приемника, можно сравнить между собой различные приемники, а при известных значениях передавае мого сигнала – оценить необходимые параметры приемника. Например, при передаче им пульсов 1 и 0 кодоимпульсных сигналов D = [U p (t ) U (t )] dt = [U p (t ) 2U p (t ) + U (t ) + U 2 (t )]dt.

T T 1 2 T0 T Если U (t ) = U m, то T D1 = D p U m U p (t )dt + Dm, T а если U (t ) = U m, T U m U p (t )dt + Dm.

D0 = D p + T Разность T D1 D0 = 4 U m U p (t )dt.

T Поскольку помехоустойчивость ТИС зависит в первую очередь от вида модуляции, ис пользуемой в канале связи, то ее целесообразно рассматривать далее в связи с соответст вующими ТИС.

Остальные метрологические характеристики не отличаются от характеристик ИИС во обще. Большое значение, чем в ИИС ближнего действия, имеют информационные характе ристики (количество информации, скорость передачи, пропускная способность и т.п.).

2.4.2. Линии связи В телеизмерениях принято под каналом связи (КС) понимать совокупность линии связи (ЛС), передающей (ПРД) и приемной (ПР) частей (рис. 91). В простейшем случае, обычно при относительно небольших расстояниях и аналоговых сигналах, при отсутствии ПРД и ПР понятия КС и ЛС совпадают (рис. 91, а). Различают симплексные КС, в которых обмен ин формацией производится в одном направлении (рис. 91, б), и дуплексные – в двух направле ниях (рис. 91, в).

Остановимся на основных характеристиках ЛС. Изучением ЛС и процессами прохож дения по ним сигналов занимается теория связи. Здесь приводятся лишь основные сведения о ЛС, необходимые для общего изучения ТИС. Далее рассматривается лишь ЛС, предназна ченные для обмена информацией с помощью электрических сигналов. Акустические, пнев матические, гидравлические, механические ЛС используются для передачи измерительных сигналов на небольшие расстояния в специальных условиях (например, в пределах скважи ны). Весьма перспективны с точки зрения расширения частотного диапазона, возможности одновременной передачи информации по большому количеству КС одновременно в одной ЛС, повышенной помехозащиты и т.п. оптические линии связи. Оптические линии связи уже получили права гражданства и применяются в ТИС.

а) б) в) Рис. 91. Виды каналов связи:

а – совмещение КС и ЛС;

б – симплексный КС;

в – дуплексный КС Проводные линии связи характеризуются следующими первичными параметрами: по гонными активным R0, Ом/км, емкостным С0, мкФ/км, индуктивным L0, мГн/км, сопротивле ниями и погонной проводимостью (утечкой) G0, 1/(Ом·км). Погонное активное сопротивле ние является известной функцией от удельного сопротивления, геометрических размеров проводов R0 = l 4r 2, температуры R0 R0 [1 + (t 20)] и частоты (поверхностный эф * фект). Напомним, что для меди а составляет 0,0039, для железа – 0,0046 Ом/°С, а поверхно стный эффект существенно проявляется для стальных проводов при частотах сигналов в не сколько килогерц.

Погонные индуктивность и емкость двухпроводной линии (рис. 92, а) равны L0 = [4 ln(b / r ) + k ]10 4. и С 0 = 10 4 /(36 ln b / r ).

Как известно, магнитная проницаемость меди равна 1, железа – около 140 и заметно изменяется с частотой, диэлектрическая постоянная е воздуха равна 1.

а) б) Рис. 92. Двухпроводная линия связи:

а – сечение двухпроводной линии;

б – распределенные параметры двухпроводной линии Примерные значения погонных сопротивлений двухпроводных линий для сигналов по стоянного тока при температуре 20°С следующие:

Po, F, Тип ЛС b, см d, мм I0, мГн/км Cc, мкФ/км Ом/км Мом/км Воздушная:

с медным проводом 20 4 2,84 1,94 0, 25- со стальным проводом 20 4 22 9 0, Кабельная ~0,2 0,5-1,4 190-23 0,5-0,7 0,09-0,88 2- Погонное сопротивление изоляции R0 очень существенно зависит от внешних усло вий (например, дождя, снега, температуры для воздушных линий, температуры грунта для кабельных ЛС).

Относительно большие погонные активное сопротивление и емкость кабельных ЛС оп ределяются малым диаметром жил и малым расстоянием между ними в кабеле.

Для двухпроводной линии связи с распределенными параметрами (рис. 92,б) справед ливы так называемые уравнения телеграфной линии, которые изучаются в теоретических ос & & & & & & новах электротехники: U 1 = U 2 chl + I 2Z c shl и I 1 = I 2 chl + (U / Z c ) shl. Заметим, что при относительно небольших расстояниях (l50 км) chl 1 + ( 2 l 2 / 2), shl l, и эти уравнения могут быть записаны в более простом виде.

В этих выражениях использованы вторичные параметры линий связи: коэффициент распространения или постоянная затухания (1/км) = ( R0 + jL0 )(G0 + jC 0 ) = ( + j ) и волновое сопротивление (Ом) Z c = ( R0 + jL0 ) /(G0 + jC 0 ).

При = 0 (для кабельных ЛС при частотах ниже 10 кГц) = R0 C 0, Z c = R0 / C 0, при 0 (для воздушных ЛС10 кГц, кабельных 100 кГц) = L0 C 0, Z c = L0 / C 0.

Затухание мощности в ЛС оценивается в неперах (Нп): b = (1 / 2) ln( P1 / P2 ), удельное за тухание обозначается а (Нп/км). Если установить номинальную мощность сигнала P0 = мВт=0,7752/600 В2/Ом, то можно характеризовать мощность сигнала в неперах в любой точ ке ЛС: P = (1 / 2) ln( P0 ).

Для стальных проводных линий 0,16 Нп/км, для медных 0,038 Нп/км, для вы сокочастотных кабельных линий связи 0,28 f Нп/км (здесь f – в МГц).

Рис. 93. Частотные диапазоны проводных линий связи:

1 – тональные телефонные каналы;

2 – надтональные каналы;

3 – высокочастотные каналы на воздушных линиях;

4 – высокочастотные каналы на симметричных кабелях;

5 – высокочастотные каналы на коаксиальных кабелях Для телефонного канала Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии выделяются полосы частот F = 4 кГц, из них от 0 до 300 и от 3400 до 4000 Гц могут быть использованы для служебных каналов и сигналов ТИС (рис. 93).

Существует аппаратура для разделения частотного телефонного канала на 16 каналов для телемеханики, а также для промежуточного усиления сигналов, которая размещается в линиях связи через 60…250 км.

Частотные диапазоны для проводных линий связи показаны на рис. 93.

Для передачи телеизмерительной информации могут использоваться высоковольтные линии электропередачи, оборудованные заградительными устройствами, фильтрами, пере дающей и приемной телеизмерительной аппаратурой (рис. 94). Сигналы ТИС в воздушных линиях электропередачи передаются на частотах от 20 до 1000 кГц, в кабельных линиях электропередачи – до 20 кГц. Уровень сигнала в таких ЛС рекомендуется повышать до 4, Нп из-за помех.

Промышленностью выпускается аппаратура, позволяющая реализовать каналы связи на линиях электропередачи. В телемеханических устройствах в качестве ЛС используют рас пределительные силовые сети шахт, железных дорог, местного транспорта, сельскохозяйст венных сооружений, обычно в полосе частот от 15 до 200 кГц.

Рис. 94. Использование высоковольтной линии в качестве линии связи При передаче информации по радиоканалу во избежание воздействия помех мощных радиостанций и промышленных объектов, а также явлений резкого изменения уровня радио сигналов в ТИС используется частотный диапазон от 300 МГц и до 30 ГГц (от метровых до сантиметровых длин волн).

Реализуются радиоканалы с помощью выпускаемой промышленностью приемопере дающей УКВ-радиоаппаратуры, а также аппаратуры радиорелейных линий. При этом через 40–60 км необходимо использовать ретрансляционные станции.

В ТИС необходимо учитывать влияние помех, действующих на ЛС. Атмосферные по мехи вызываются разрядами молний (на Земле происходит до 100 гроз в секунду), космиче скими шумами, изменением условий прохождения радиоволн, местными разрядами при сне гопадах и т. п. Индустриальные помехи определяются в первую очередь емкостными и ин дуктивными связями ЛС с высоковольтными линиями электропередачи, коронными разря дами и коммутационными процессами в линиях электропередачи, помехами от мощных ра диостанций и т. п.

Основные виды помех сводятся к флуктуационным и синусоидальным помехам раз личных частот, одиночным импульсам и пачкам (до 10-20) импульсов.

Количественная оценка помех, действующих на данную ЛС, должна производиться с учетом конкретных условий. Для экспериментального получения такой оценки используется соответствующая аппаратура. Однако могут быть приведены некоторые общие соображения.

Так, например, расчетный уровень помех в линиях электропередачи на рабочей частоте от до 120 кГц в полосе 5 кГц принимается равным для линий 35 кВ 4,5 Нп, 110 кВ 3,5 Нп, кВ 2,5 Нп;

среднее квадратическое значение флуктуационной помехи типа белого шума в полосе частот f при значении спектральной плотности мощности на данной частоте. S0(f) равно f S 0 ( f )f.

Для уменьшения влияния помех в воздушных и кабельных ЛС производится симметри рование, главным образом путем скрещивания проводов, и экранирование, а в радиоканалах, как уже говорилось, организуется связь на УКВ.

2.4.3. Разделение сигналов в ТИС Передача большого объема измерительной информации в ТИС наиболее часто произ водится с помощью временного разделения сигналов, т.е. последовательно во времени. В те лемеханике принято считать, что ТИС с временным разделением сигналов от многих источ ников информации относятся к многоканальным ТИС.

Временное разделение аналоговых измерительных сигналов может быть в ТИС органи зовано с помощью измерительных цепей со сканирующими датчиками или с коммутаторами.

Требования к быстродействию коммутаторов и сканирующих устройств обусловлива ются, с одной стороны, характеристиками канала связи, а с другой стороны, видом модуля ции и требованиями к точности передачи сигналов. При этом необходимо учитывать, что при коммутации и сканировании может изменяться вид модуляции исходной величины (на пример, вместо AM – АИМ), что ограничение времени передачи сигнала может сказаться на точности передачи.

Для передачи информации от разных источников информации по одной линии связи необходимо произвести унификацию сигналов.

Временное разделение кодоимпульсных сигналов может быть организовано при подаче сигналов в каналы связи с выхода цифровых измерительных устройств сканирующего типа, устройств с коммутаторами и мультиплицированных устройств. Поскольку в ТИС каналы связи предназначены для обмена информацией, характер которой заранее определен, то при выполнении обмена могут передаваться не все виды информации, предусмотренные обыч ными протоколами обмена в последовательном интерфейсе. Например, при циклическом режиме работы коммутаторного устройства можно не передавать адресную информацию.

В целях повышения помехоустойчивости и адресации принятых сигналов при цикличе ском режиме обмена информаций синхронизируется работа коммутаторов на передающей и приемной частях ТИС (рис. 95).

Если на передающей и приемной частях ТИС имеются генераторы импульсов тактовой частоты, обладающие высокой стабильностью по частоте и фазе в течение времени одного цикла передачи сигналов, например за цикл работы коммутатора, то достаточно произвести их подстройку 1 раз за этот цикл. Для этой цели используется передача специального син хронизирующего импульса ес, отличающегося от измерительных сигналов. На приемном конце этот импульс выделяется с помощью схемы цикловой синхронизации ЦС и использу ется для подстройки генератора GN2.

Рис. 95. Синхронизация коммутаторов Для аналоговой многоканальной ТИС с цикловой синхронизацией (рис. 95) СЛСА бу дет иметь вид:

начальные условия [ ] Ф0 ( В) 0 GN1 ( f, ), GN 2 ( f, ), i = коммутация передача и прием [ ] I 1 ( xi ) I к.с ( xi* )...

подстройка генератора Можно управлять работой коммутатора К2 от каждой импульсной посылки сигнала после коммутатора K1.Такой режим работы носит название внутрицикловой синхронизации. Если для измерительных сигналов с угловой модуляцией выделение импульса для управления коммутатором К2 на приемной части ТИС может производиться по амплитуде передаваемого измерительного сигнала, то для импульсов АИМ нужно специально формировать отличаю щийся от измерительного сигнала импульс ес. Таким образом, на выходе коммутатора K1 вы даются импульс и измерительный сигнал (ес, хi). Функционирование схемы (рис. 95) с внут рицикловой синхронизацией (схема ВЦС) при начальных условиях 0 [G ( f, ), i = 0] будет описываться следующей СЛСА:

Обычно время, необходимое для передачи информации при внутрицикловой синхрони зации, больше, чем при цикловой.

В некоторых случаях для синхронного управления операциями обмена информацией в ТИС можно использовать силовую электросеть с частотой 50 Гц.

В заключение отметим, что в передающей части ТИС с временным разделением сигна лов встречаются последовательная, параллельно-последовательная и, реже, мультиплициро ванная структуры, а в приемной части – последовательная и последовательно-параллельная структуры.

Частотное разделение сигналов. Частотное разделение сигналов в ЛС позволяет орга низовать на ней несколько независимо и параллельно действующих частотных КС (рис. 96).

Рис. 96. Частотная многоканальная ТИС Для каждого КС выделяются полоса частот f i и. средняя частота f i, а также защит ный интервал f 3. Таким образом, каждый КС занимает полосу частот ( f i + f 3 ).

Если f i =const, f 3 =const, а количество КС равно n, то частотный диапазон ЛС должен быть f к n(f + f 3 ) = nf (1 + m3 f ).

Если принять, что эффективность использования КС определяется произведением по лосы пропускания КС и полного времени передачи n измерительных сигналов, то для час тотного разделения f к T = n(1 + m3 f ).

При временном разделении минимальное время передачи сигнала tn 1/ f к, а защит ный интервал между сигналами равен t з.и. Тогда время передачи при временном разделении n сигналов будет равно T = nt И (1 + m з.и ). Отсюда f к T = n(1 + m з.и ). В [3] делается на осно вании приведенных выше рассуждений вывод, что эффективность использования КС опре деляется главным образом размерами защитных интервалов.

Количество частотных КС не только определяется соотношением частотных характе ристик линии и отдельного КС, но и ограничивается наличием перекрестных помех между КС и необходимостью увеличения защитных интервалов. Причинами возникновения этих помех являются импульсы и гармоники сигналов, спектр частот которых перекрывает за щитные интервалы, а также нелинейные искажения КС.

N Если в КС передается сигнал U ВХ = cos j t, то сигнал на выходе КС в результате не j = линейных искажений в нем K N N N U ВЫХ a k U ВХ = a1 cos j t + a 2 ( cos j t ) 2 +... + a K ( cos j t ) K.

k k =1 j =1 j 1 j = [cos(1 + 2 )t + cos(1 2 )t ], cos 1t + cos 2 t = Учитывая, что cos 2 t = (1 / 2) cos(2t + 1), в U ВЫХ будут составляющие с суммами, разностями, произведе ниями частот и т.п. При N=10 и К=3 число составляющих типа сумм и разностей частот рав но 480, а при N=15 равно 1820. Все сказанное приводит к тому, что на одной ЛС в ТИС орга низуются обычно не более 10 частотных КС.

Ортогональное разделение сигналов. В системах связи используется ортогональное разделение сигналов, позволяющее организовать на одной линии связи несколько парал лельных КС.

Ортогональные функции (i, ) заданы на интервале = t / T от -1/2 до +1/2 и форми руются на передающей и приемной частях ТИС (рис. 97). В КС передается сигнал n F ( ) = xi (i, ), являющийся функцией от всех передаваемых измерительных сигналов.

i = Разделение сигналов производится на приемной части, при этом используется известное свойство ортогональных многочленов:

1/ (i, ) (i, )d = 1 / и 1/ (i, ) (k i, )d = 0.

1 / Тогда 1/ 2 1/ [x (1, ) +... + x (i, ) +... + x (n 1, )] (i, )d.

F ( ) (i, )d = xi = n 1 i 1 / 2 1 / Рис. 97. ТИС с ортогональным разделением сигналов Следует отметить большое разнообразие ортогональных функций, которое может быть использовано в таких ТИС.

Одна из наиболее простых реализаций ортогонального разделения сигналов связана с генерированием функций Уолша, а также синусоидальных и косинусоидальных колебаний.

В последнем случае, например при передаче четырех сигналов, формируется F ( ) = x1 2 sin 2 + x 2 2 cos 2 + x3 2 sin 4 + x 4 cos 4.

Минимальное время интегрирования будет здесь определяться наименьшей частотой.

В заключение этой главы следует сказать, что в ТИС наибольшее распространение имеет временное разделение сигналов. Частотное разделение иногда используется для одно временной, параллельной передачи каждой кодовой комбинации. При этом каждый частот ный КС используется в режиме временного разделения сигналов. Комбинированные способы разделения сигналов позволяют рационально использовать их положительные свойства.

2.4.4. Аналоговые, цифровые и адаптивные ТИС В одноканальных аналоговых ТИС (рис. 98) канал связи непосредственно входит в из мерительную цепь и поэтому должен рассматриваться как аналоговый измерительный пре образователь.

Результат измерения в таких ТИС получается на приемном конце системы.

По каналам связи аналоговых ТИС передаются сигналы с амплитудной, частотной и фазовой, а также с амплитудно-импульсной, частотно-импульсной и широтно- или времяим пульсной модуляцией.

Рис. 98. Одноканальная аналоговая ТИС:

ПРД – передатчик;

ЛС – линия связи;

ПР – приемник;

КС – канал связи Телеизмерительные системы с амплитудно-модулированными сигналами. В таких ТИС используется двухпроводная линия связи, по которой передаются сигналы в виде по стоянного тока или напряжения. Известны логометрические измерительные схемы, в кото рых влияние параметров ЛС на погрешность измерения удается существенно уменьшить.

Однако для их реализации необходимо применять трехпроводную ЛС. Поэтому они не на шли широкого применения в ТИС.

К основным разновидностям ТИС с амплитудно-модулированными сигналами относят ся системы некомпенсационные и компенсационные, токовые и напряжения. В таких ТИС входные величины (неэлектрические или электрические) преобразуются в эквивалентный по информационному содержанию унифицированный сигнал постоянного тока. Для выполне ния этих преобразований разработан и выпускается промышленностью ряд преобразовате лей. В индукционных преобразователях угла поворота стрелки прибора на тот же угол пере мещается катушка в переменном магнитном поле, а затем индуцированный в катушке пере менный ток выпрямляется. Известны индукционные преобразователи, имеющие линейную зависимость выходного тока от угла поворота в пределах от -70 до +70° с погрешностью ±2,5%. Индукционные преобразователи линейных перемещений работают в диапазоне от де сятков до тысячи миллиметров и выдают ток или напряжение. Они исполняются в виде трансформаторных датчиков или преобразователей с распределенными параметрами и име ют погрешность порядка от ±1 до ±2,5%. В выпрямительных устройствах для преобразова ния переменных токов и напряжений приняты меры по уменьшению погрешностей от нели нейности выпрямителей, от температурных влияний и от изменения частоты.

Имеется довольно большое количество разработанных преобразователей активных и реактивных мощностей трехфазных цепей в сигнал постоянного тока. Здесь можно напом нить об использовании преобразователей Холла, умножителей экспоненциальных, сигналов, квадраторов сумм и разностей сигналов и т. д.

На приемном конце в токовых некомпенсационных ТИС применяются магнитно электрические измерительные механизмы, имеющие линейную зависимость угла поворота подвижной части от тока и высокую чувствительность. Высокая чувствительность измери тельного механизма позволяет для уменьшения влияния изменения сопротивления ЛС на по грешности измерения включать последовательно (обычно до ЛС) дополнительный резистор с большим сопротивлением.

Для воздушных ЛС влияние токов утечки и сопротивлений столь велико, что примене ние таких ТИС при длине ЛС больше 7…10 км может привести к погрешностям, превы шающим несколько процентов. При длине кабельных линий связи более 20…50 км погреш ность ТИС также становится недопустимо большой. Для расчета погрешностей могут быть использованы приведенные выше уравнения.

Компенсационные токовые ТИС, как известно;

могут быть основаны на использовании статического или астатического регулирования.

При статическом регулировании (рис. 99, а) I I 1* = I ;

I K o.c I 1 = I ;

1 K o.c I 1 / I = I / I ;

k c = I / I ;

I 1 = [(1 K o.c ) / K o.c ]I ;

I = const.

При I 0 теряется устойчивость.

Рис. 99. Компенсационные ТИС постоянного тока:

а – статическое регулирование;

б – астатическое регулирование;

в – ТИС постоянного напряжения При астатическом регулировании (рис. 99, 6) dI * / dt = KI ;

I = I I * 0. Интеграл T I 1* = K ac Idt I растет до тех пор, пока не станет близким к нулю, и I = I * = K o.c I 1 ;

I 1 = I / K o.c. Отсюда видно, что при K c 1 и K o.c 1 в компенсационных токо вых ТИС можно добиться, чтобы изменение сопротивлений ЛС не оказывало существенного влияния. Однако при этом невозможно устранить влияние токов утечки.

Если в уравнении I 1 = I 2 (chl + ( Z 2 / Z c ) shl ) = I 2W (l ) использовать приближенные вы [ ] chl 1 + (2 l 2 / 2) shl l, W (l ) 1 + ( 2 l 2 / 2) + ( Z 2 / Z c )l.

ражения и то Для [ ] = 0, = R0 G0, Z c = R0 / G0, W (l ) 1 + ( R0 G0 / 2)l + (r / R0 / G0 )l.

и тогда При G0 = 0 W (l ) = 1, а при G0 = 1 10 6 1 /(Ом км), W (l ) 1 + ( R0 / 2) 10 6 l 2 + (r2 G0 / R0 )l.

Если принять, что ( R0 / 2) 10 6 l 2 + (r2 R0 )10 3 l = 10 2, то при R0 = 20 Ом / км и токе I1, несущем полностью информацию об измеряемой величине (т.е. в отсутствие компенсацион ного режима), длина линии не должна превышать 45 км.

Если же по ЛС протекает ток I = K c I1 или ток небаланса в астатическом режиме, то, очевидно, его утечки скажутся в меньшей степени и длина ЛС может быть увеличена.

Аналогичные рассуждения можно провести и для компенсационных ТИС постоянного напряжения (рис. 99, в).

Итак, ТИС постоянного тока просты и дешевы, в них используется унифицированный сигнал в ЛС (0 – 1 мА, 0 – 5 мА) при изменении сопротивления нагрузки в довольно широ ких пределах (до 2 кОм), фильтрация входных сигналов осуществляется магнитно электрическим механизмом.

Используются ТИС постоянного тока при длине ЛС в лучших случаях до десятков ки лометров, при этом нужно учитывать, что в одноканальных токовых ТИС ЛС используется неэффективно.

Анализ переходных процессов в токовых некомпенсационных и компенсационных ТИС и рассмотрение некоторых реализаций таких систем приведены в [5].

В заключение следует отметить, что токовые ТИС отличаются от аналогичных уст ройств ближнего измерения только тем, что в них применяются ЛС с распределенными па раметрами.

Телеизмерительные системы с частотно-модулированными сигналами (частотные ТИС). Различаются синусоидальные частотно-модулированные (ЧМ) сигналы и сигналы с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ). Если при ЧМ информационным параметром явля ется частота колебаний, то при ЧИМ – частота следования импульсов.

К основным характеристикам частотных ТИС относятся коэффициент изменения час тоты K f = f max / f min и ширина полосы частот f = f max f min.

Применяются также понятия средней частоты канала f 0 = ( f max f min ) / 2 и девиации частоты = f / f 0. Коэффициент K f выражается через как K f = (2 + ) /(2 ).

Поскольку коэффициент распространения = ( R0 + jL0 )(G0 + jC0 ) резко зависит от частоты, то преимущественно применяются низкочастотные системы, работающие в об ласти подтональных частот (до 300 Гц).

Значение K f желательно выбирать равным примерно 1,5 [5].

Уменьшение K f может привести к большой погрешности из-за нестабильности гене ратора на передающей части: положим, что x / xmax = f / f ;

f / f = f /( f max f min ) = [ ] = f / f max (1 f min / f max ) = (f / f max ) K f /( K f 1), тогда при K f 1,5 K f /( K f 1) может изме ниться от до 3, а при K f 1,5 – от 3 до 1.

При K f = 1,5 и f = 40 Гц = 1 / 2,5, а f 0 = f / = 100 Гц.

Увеличение K f может привести к уменьшению количества каналов, которые могут быть организованы в данном диапазоне частот.

В ТИС с ЧИМ коэффициент изменения частоты может иметь несколько большее зна чение (примерно 4–10), так как для сохранения достаточной крутизны фронтов импульсов сигналов нужно обеспечить более широкий частотный спектр КС [5].

Передающая часть ТИС с ЧМ-сигналами (рис. 100) содержит генераторы синусоидаль ных колебаний, частота которых зависит от величины, которую нужно передать по КС. Та кой величиной могут быть ток или напряжение, которые могут изменять активное, индук тивное или емкостное сопротивление RC- или LС-генераторов, усилие, действующее на струнный генератор, и т.п. Для улучшения точностных характеристик в таких генераторных преобразователях используются компенсационные режимы, обратные связи и т.п.

Рис. 100. ТИС с ЧМ-сигналами В ТИС с ЧМ-сигналами на передающей части используются индукционные механизмы с механическими, оптическими или электрическими формирователями импульсов, мульти вибраторы и блокинг-генераторы.

На приемном конце для преобразования ЧМ- или ЧИМ-сигналов в ток или напряжение используются аналоговые выпрямительные и усредняющие (в виде конденсаторных часто томеров) преобразователи ЧМ-сигналов (после приведения их амплитуды к нормированному уровню, например, усилением и ограничением), частотозависимые цепи, двухконтурные ре зонансные цепи. Некоторые схемы приемных устройств представлены на рис. 101.

Цифровые частотомеры в ТИС с ЧМ-сигналами применяются редко, так как при низкой частоте сигналов время измерения с помощью цифровых частотомеров оказывается относи тельно большим. Так при f = 27 Гц и = 0,02 t 1 / f = 1 /(27 0,02) = 18 c. Заметим, что, видимо, можно добиться лучших результатов, используя цифровое измерение периодов или умноженной частоты сигнала, а также измерение частоты со следящим уравновешиванием.

На рис. 102 представлена структурная схема ТИС с ЧМ-сигналами типа ТНЧ-2, предна значенная для промышленного применения.

Рис. 101. Преобразователи частоты в ток и частоты в напряжение:

а – выпрямительный преобразователь;

б – выпрямительный преобразователь с приведением начала динамического диапазона к нулевому значению;

в – конденсаторный преобразователь;

г – преобразователь на резонансных контурах Рис. 102. Структурная схема ТИС типа ТНЧ- На входе ТНЧ используются индукционно-выпрямительные преобразователи угла по ворота а в постоянное напряжение. Это напряжение изменяет индуктивность LC-генератора с обратной связью. На приемном конце после усилителя-ограничителя и выпрямителя ис пользуются аналоговые показывающий и регистрирующий приборы. Погрешность аппара туры составляет ± 2,5%, средняя частота f 0 = 4 Гц. Дальность работы – порядка нескольких десятков километров.

В КС могут быть использованы сочетания ЧМ или ЧИМ с другими видами модуляции.

Так, в радиоканалах наиболее часто применяются ЧМ – ЧМ, ЧИМ – ЧМ и др. Вторичная мо дуляция и демодуляция выполняются в каналообразующей аппаратуре.

ТИС с времяимпульсными сигналами. Различают широтно- и интервально импульсные сигналы (рис. 103, б). Параметром, переносящим информацию, в широтно импульсной модуляции (ШИМ) служит длительность импульса, а в интервально-импульсной модуляции (ИИМ, иногда ее называют ФИМ) – интервал между импульсами.

Минимальная длительность импульса min определяется возможным изменением фрон та импульсов, а интервал между импульсами – шириной опорного импульса.

Для времяимпульсной модуляции (ВИМ) (под которой будет пониматься как ШИМ, так и ИИМ) длительность интервала времени пропорциональна величине х:

= min + [( max min ) /( x max x min )]( x x min ).

Сигналы с ВИМ могут передаваться с периодом T max.

Рис. 103. ТИС с времяимпульсными сигналами:

а – схема ТИС;

б – широтно- и интервалыго-импульсный сигналы Для белого шума s (t ) среднее квадратическое отклонение f ( S ) = S 0 f, где S 0 – спектральная плотность мощности в частотном диапазоне f. За счет действия помехи из f ' ( ) = ( S ) / 2aU max f ;

меняется фронт импульсов. Для ИИМ ШИМ max min = ( S ) /( aU max 2f n ),здесь a = f max / f, a n – заданная погрешность. Эти вы ражения справедливы при относительно невысокой интенсивности помех.

Рекомендуется для ИИМ И = 1 / f max ;

min = 2 И.

Для повышения помехоустойчивости при ИИМ рекомендуется производить оценку по лусуммы интервалов времени по передним и задним фронтам, при ШИМ – отбраковку им пульсов длительностью менее min и паузе между импульсами менее Т – max.

На передающей части для преобразования измеряемых величин в сигналы ВИМ ис пользуются электромеханические преобразователи угла поворота во времяимпульсные сиг налы, линейные преобразователи развертывающего типа, экспоненциальные преобразовате ли и т. п.

а) б) Рис. 104. Экспоненциальный преобразователь сопротивления или емкости в интервал времени: а – электрическая схема;

б – временная диаграмма В экспоненциальных преобразователях (рис. 104) [ ] U r 2 = U [r2 /(r1 + r2 )] и U C = U 1 e t /( R + rИ )C.

Равенство U r 2 = U C достигается по прошествии RC ln[(r1 + r2 ) / r1 ] (при rH R). В таких преобразователях т может изменяться от микросекунд до десятков секунд, а преобра зование может производиться с погрешностью до ± 0,1%.

В приемной части длиннопериодных ТИС ( TC от 5 до 50 с) используются секундомеры, самописцы и пр., а короткопериодных ( TC меньше 5 с) – цифровые измерители временных интервалов или аналоговые измерительные приборы после обратного преобразования интер вала времени в напряжение или ток.

В канале связи ТИС передаваемый сигнал может иметь сложный вид модуляции (на пример, ШИМ – ЧМ).

Итак, особенности, накладываемые на аналоговые ТИС наличием каналов связи, сво дятся к следующим.

В ТИС при передаче по проводному КС сигналов постоянного тока необходимо учиты вать влияние распределенных омического сопротивления и проводимости утечки.

При передаче по проводному КС сигналов переменного тока необходимо особо учиты вать наличие реактивных сопротивлений ИС, которые могут влиять в первую очередь на крутизну фронтов и фазовые искажения, а также привести к существенному затуханию сиг налов. Повышение точности передачи в таких ТИС связано с увеличением временных пара метров сигналов почти линейной зависимостью.

Использование радиоканала в ТИС возможно только в том случае, если по каналу связи передается сигнал, модулирующий высокочастотные колебания, соответствующие частот ному диапазону радиоканала. Этот сигнал может быть результатом сочетания нескольких видов модуляции АИМ – ЧМ, ЧМ – ЧМ, ШИМ – ЧМ и др. Точностные характеристики при этом определяются, в основном, параметрами первичной модуляции.

Цифровые ТИС (системы с кодоимпульсными сигналами). В отличие от аналого вых ТИС в ТИС с кодоимпульсной модуляцией (КИМ) сигналов измерительные процедуры, связанные с получением числовых значений величин, производятся на передающем конце, а в КС передаются кодоимпульсные сигналы. Наиболее специфическим и важным для кодо импульсных ТИС является такая организация передачи информации по КС, при которой бы ла бы обеспечена надежная передача кодоимпульсных сигналов и минимальная загрузка КС.

Для передачи КИМ-сигналов используются двоичные и двоично-десятичные коды. Для передачи нуля и единицы служат сигналы КИМ – AM, КИМ – ВИМ, КИМ – ЧМ (рис. 105).

Минимальная ширина импульсов ограничивается в первую очередь частотными харак теристиками ЛС min 1,25f, для проводных ЛС f 100 Гц.

Скорость передачи измеряется величиной 1 / TT, где TT – период тактовой частоты, или в 1 / min.

Передача кодовой комбинации производится поразрядно, начиная со старшего разряда.

Параллельная передача всех разрядов требует наличия и одновременной работы соответст вующего количества каналов связи.

Рис. 105. Диаграммы кодоимпульсных сигналов с AM и ШИМ Структурная схема кодоимпульсной ТИС представлена на рис. 106. В этом варианте схемы применена синхронизация генератора GN 2 с помощью импульса, характеризующего состояние ec, передаваемого 1 раз за цикл передачи одного числа z. Для преобразования па раллельного кода в последовательный и наоборот используют мультиплексоры. Повышение помехоустойчивости обеспечивается с помощью формирования дополнительного кода z K на передающей части и использования его для выявления и исправления ошибок на приемной части ТИС.

Рис. 106. Структурная схема кодоимпульсной ТИС Содержательные логические схемы алгоритмов этого варианта ТИС могут быть пред ставлены в следующем виде:

начальные условия [i = 0;

j = 0;

GN 1 ( f1, 1 );

GN 2 ( f 1, 1 )] аналого-цифровое преобразование и формирование дополнительного кода коммутация и передача по КС цикловая синхронизация проверка правильности передачи, корректировка и выдача кода || [I 2 ( z, z K ) / z ] }I 2 ( z ).

Здесь Aec – амплитуда импульса.

Индекс 1 при обозначениях операторов отмечает, что они выполняются на передающей части, 2 – на приемной части, а КС – в КС ТИС. Отметим, что можно разработать несколько СЛСА данной ТИС, различающихся, в частности, последовательностью выполнения опера торов. Столь же очевидно, что состав функциональных блоков ТИС может быть изменен.

Так, например, в приемной части вместо устройств управления, контроля правильности пе редачи, сравнения можно использовать микропроцессор.

При измерении большого количества величин X вместо коммутаторов могут быть ис пользованы сканирующие устройства;

представляет интерес использование на передающей части мультиплицированных измерительных цепей с ассоциативной обработкой.

В отличие от передачи аналоговых сигналов, где КС входит в аналоговую измеритель ную цепь и может вызвать дополнительные погрешности, передача КИ сигналов связана с возможностью искажения или изменения количества передаваемых импульсов. Для кодоим пульсных ТИС нормируются вероятности ошибочного приема одного отсчета (например, pОШ = 10 6 ).

Если вероятность искаженного приема р, а правильного приема q, то при передаче n разрядной кодовой комбинации (q + p) n = [(1 p) + p ] = 1. При разложении этого выраже n ния по биному Ньютона [(1 p) + p]n = (1 p) n + n(1 p) n1 p + C n2 (1 p) n2 p 2 + C n3 (1 p) n3 p 3 +... + p n.

Здесь (1 p) n – вероятность отсутствия искажений;

n(1 p ) n 1 p – вероятность одиноч ного искажения;

C n (1 p ) n 2 p 2 – вероятность двойного искажения и т.п. Напомним, что C n = n! / m!(n m)!.

m Если учесть, что p l, то каждый последующий член разложения много меньше пре дыдущего. При малых n имеем (1 p) n 1 p i. Тогда [(1 p ) + p ] (1 p ) n + np + C n p 2 + n +... + p n.

Для обнаружения ошибок при передаче кода по КС используется введение в переда ваемую кодовую комбинацию избыточных контрольных зарядов. Остановимся на наиболее распространенных способах защиты КИ-сигналов.

а) При введении одного контрольного разряда и обеспечении четного количества еди ниц в передаваемой кодовой комбинации на приемном конце ИС имеется возможность обна ружить нечетное количество ошибок (одиночные, тройные и др. нечетные ошибки). Вероят ность ошибки передачи при этом будет приближенно определяться вероятностью появления двойных и вообще четного количества ошибок: PОШ С n p 2.

б) Если формировать код с постоянным числом единиц, то возможно обнаружение еди ничных ошибок, а также части ошибок кратных РОШ С n p 2, где 1.

в) Если используется повторная передача кода, то РОШ (n / 2) p 2 и обнаруживаются все нечетные и часть четных ошибок.

г) При использовании кода Хемминга полное число возможных реализаций избыточно го двоичного кода с количеством разрядов n составляет 2 n /(n + 1) 2 и, где и – количество информационных разрядов. Количество контрольных разрядов k = n и определяет возмож ное число проверок на четное количество единиц в проверяемых комбинациях, а значение каждого контрольного разряда определяет четность единиц в данной комбинации.

В зависимости от количества информационных разрядов и значения k и n равны:

2 4 6 8 и………… 3 3 4 4 k………….

5 7 10 12 n………….

Позиция контрольных разрядов в передаваемом слове равна 2 i, т. е. 1, 2, 4, 8.... Прове 1 3 5 7 9..., ряются комбинации: при первой проверке при второй 2 3,6 7,10 11..., при третьей 4 5 6 7, 12 13 14 15... Кроме того, производится проверка на четность всего слова.

Приведем простейший пример. Положим и=2. Разрешенные кодовые комбинации при передаче информации разрядами на позициях 3 и 5 таковы:

Позиции 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 Положим, принята комбинация 110001. Тогда первая проверка дает нечетное количест во единиц, вторая – нечетное, третья – четное, четвертая – нечетное. Во все неправильные комбинации входит третья позиция. Следовательно, необходимо исправить третий разряд, т.е. 111001.

Выбрать вид защиты можно, если заданы вероятность ошибки приема, а также характе ристики КС.

Пусть и = 8 и требуется обеспечить вероятность ошибки в передаче слова РОШ = 10 6, а КС обеспечивает вероятность ошибки при передаче одного разряда p. Тогда при р 10 7 РОШ = 8 р = 8 10 7, т.е. никаких мер защиты применять не нужно;

при р 10 4 и * использовании контроля на четность n = 8 + 1 = 9, C 92 p 2 = 9 8 7! / 2!7!) 10 8 = 3,6 10 7 ;

нако p 10 нец, при и использовании кода Хемминга n = 12 PОШ = С12 р = (12 11 10 9! / 3!9!) 10 = 2,2 10 7.

* 3 Следует отметить, что при помехе S(t) вероятность искажения s f (s)ds = F (U / ). При увеличении отношения уровня сигнала к среднему квадрати р= m Um ческому значению помехи вероятность ошибок резко уменьшается. Так, при приеме двухпо U m / = 3, 3, p = 1,3 10 3, зиционного сигнала идеальным приемником а при U m / = 4,5 p = 3,4 10 6.

Следует обратить внимание на то, что в кодоимпульсных ТИС повышение точности передачи приводит к увеличению количества разрядов, но это не требует больших (как в аналоговых ТИС) временных затрат.

Повышение помехоустойчивости кодоимпульсных ТИС может быть достигнуто ис пользованием информационной или решающей обратной связи. Для организации работы та ких систем необходимо иметь дуплексный КС или два симплексных КС, обеспечивающих передачу информации в двух направлениях. В ТИС с решающей обратной связью (рис. 107) используются избыточные коды, позволяющие обнаружить ошибки на приемной части сис темы. Если ошибка обнаружена, то после переспроса передача информации повторяется.

Рис. 107. Структурная схема ТИС с обратной связью: a – ТИС с решающей обратной связью;

б – ТИС с информационной обратной связью;

ПРД – передатчик;

ЛС – линия связи;

ПР – приемник;

РУ – решающее устройство;

Ан — анализатор В ТИС с информационной обратной связью принятая по прямому КС информация пе редается по обратному КС, сравнивается с той, что передавалась по прямому КС, и при не обходимости цикл передачи информации повторяется. В ТИС с информационной обратной связью могут использоваться коды без избыточности.

Замкнутые ТИС создаются при повышенных требованиях к надежности передачи ин формации.

Адаптивные ТИС. В адаптивных ТИС алгоритмы работы учитывают изменение изме ряемой величины или окружающих условий (воздействий). Главные цели применения адап тивных ТИС состоят в исключении избыточности выдаваемой системой измерительной ин формации (обычно с сохранением возможности восстановления исключенной информации) и в сохранении или оптимизации метрологических характеристик (помехоустойчивости, бы стродействия, погрешностей) при изменении условий измерительного эксперимента.

Рис. 108. ТИС с разностно-дискретной модуляцией В ТИС используются алгоритмы адаптивной дискретизации и могут быть использова ны алгоритмы адаптивной аппроксимации. Выигрыш в объеме передаваемой информации в ТИС используется для передачи дополнительной информации по каналу связи.

К специфическому для ТИС приему сжатия можно отнести передачу разностных отсче тов. Этот прием аналогичен выполнению следящего уравновешивания непрерывных вели чин.

Существует несколько разновидностей этого приема:

а) передача разности x( jt ) x[( j 1)t ] и знака;

б) применение разностно-дискретной модуляции (РДМ) и -модуляции.

При РДМ передаются приращения e j, равные -1, 0, +1, а при -модуляции – равные -1, +1 при отсутствии приращения.

Структурная схема ТИС с РДМ приведена на рис. 108.

Алгоритм работы:

выборка xi и сравнение с x K выдача результата сравнения [ ][ ][ ] {1 ( x K = x j ) I 1 (e j = 0) | 1 ( x j x K ) I 1 (e j = 1) | 1 ( x1 x K ) I 1 (e j = 1) получение значения измеряемой величины При РДМ по КС передаются короткие сообщения. Для устранения возможного накоп ления ошибок целесообразно передавать через некоторое время на приемную часть значение zK.

При измерении нескольких величин и передаче соответствующей измерительной ин формации с временным разделением сигналов может быть использована адаптивная комму тация. При адаптивной коммутации в преобразователях погрешностей аппроксимации оце нивается разность между предыдущим отсчетом и текущим размером каждой входной вели чины U и эта оценка передается в анализатор погрешностей, который выделяет максималь ное значение погрешности и выдает команду на подключение соответствующей входной ве личины к аналого-цифровому преобразователю (рис. 109).

Вместо преобразователей погрешности аппроксимации, выдающих абсолютное значе ние разности | x K |=| x(lt ) x( jt ) |, могут быть использованы адаптивные временные дис кретизаторы, выдающие сигнал, когда | xK | достигает некоторого порогового значения.

Рис. 109. Адаптивная коммутация Заметим, что при применении адаптивной коммутации возможно появление дополни тельной погрешности, которая может быть вызвана одновременным появлением нескольких сигналов, требующих коммутации.

Представляется, что перспективным для адаптивного обслуживания большого количе ства источников может быть использование мультиплицированных измерительных схем и ассоциативная обработка информации.

2.4.5. Содержание практических занятий по теме № Тема: Особенности и основные характеристики телеизмерительных систем Цель занятия: Рассмотреть особенности и основные характеристики телеизмеритель ных систем.

Содержание темы:

1. Телеизмерительные системы.

2. Особенности и основные характеристики ТИС.

3. Линии связи.

4. Разделение сигналов в ТИС.

5. Аналоговые, цифровые и адаптивные ТИС.

Литература: [22], с. 292-320.

2.5. Системы автоматического управления 2.5.1. Системы автоматического управления Общая характеристика и классификация автоматизированных систем управле ния. Автоматизированной системой управления (АСУ) называется организационно техническая система, обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации функции управления, осуще ствляется с активным использованием средств автоматизации и вычислительной техники.

АСУ – сложная система, в которой осуществляется комбинированное управление по разомк нутому циклу. Лицо, принимающее управляющие решения (ЛПР), в АСУ – это человек или группа лиц, анализирующих состояние объекта и характер влияния внешней среды с помо щью ЭВМ и других технических устройств.

Объектами управления в АСУ являются обычно производственные системы, а также любые другие сложные социально-экономические системы. Назначение АСУ – обеспечить оптимальное управление объектом управления по заданным или выбранным критериям оп тимальности и ограничениям. АСУ призваны поднять эффективность управления предпри ятиями и организациями различных отраслей народного хозяйства: промышленности, строи тельства, транспорта, а также эффективность управления народным хозяйством в целом. Ис точниками эффективности управления на базе АСУ являются сбалансированные поставки ресурсов и потребностей, оптимизация производственных процессов по различным критери ям, обеспечение руководства предприятий, организаций, отраслей и т. д. своевременной и достоверной информацией о состоянии объектов управления, прогнозирование их состоя ний.

В зависимости от характера объектов управления АСУ подразделяются на три типа: 1) автоматизированные системы организационного управления (АСОУ);

2) автоматизирован ные системы управления технологическими процессами (АСУТП);

3) интегрированные ав томатизированные системы управления (ИАСУ).

В АСОУ объектами управления являются производственно-экономические и социаль ные системы, в АСУТП – технологические процессы в сложных технических системах, в ИАСУ осуществляется комплексное управление объектами как производственно экономического, так и технического характера.

По сложности алгоритмов обработки информации АСУ также подразделяются на три типа: 1) автоматизированные информационно-справочные системы (АИС);

2) автоматизиро ванные системы обработки данных (АСОД);

3) автоматизированные системы, реализующие оптимальное управление (ОАСУ, или просто АСУ).

В АИС осуществляются автоматизированный сбор информации о заданных объектах, ее хранение и выдача по запросу. ЭВМ здесь используется как автоматизированный архив информации, из которого можно оперативно получить сведения об объектах и системах управления. В АИС алгоритмы управления формируют оптимальное размещение информа ции в памяти ЭВМ, оптимизируют процедуры ввода и вывода информации по запросу поль зователей.

В АСОД осуществляются те же функции, что и в АИС, но наряду с этим осуществляет ся обработка информации по простейшим алгоритмам, например суммирование показателей, нахождение процентных соотношений, сопоставление результатов и т. п.

В АСУ реализуются алгоритмы оптимального управления объектом по выбранным критериям оптимизации. В этих системах имеется возможность решать сколь угодно слож ные задачи управления, постановка и решение которых невозможны без использования ЭВМ и методов решения задач управления в сложных системах.

В зависимости от места объекта управления в иерархической структуре народного хо зяйства различают АСУ: отдельными технологическими процессами и операциями;

подраз делениями предприятий (например, АСУ цеха);

предприятиями (АСУП);

отраслями;

общего сударственные (ОГАСУ).

По характеру отдельных предприятий различают АСУ предприятий с непрерывным, дискретным (мелкосерийным и единичным) и непрерывно-дискретным производством.

Приведенная классификация АСУ условна, так как одни и те же признаки могут иметь место в системах различных типов.

По характеру функционального назначения в АСУ выделяется две части – обеспечи вающая и функциональная. Обеспечивающая часть АСУ представляет собой совокупность подсистем: технического информационного, математического, программного, лингвистиче ского, организационного и правового обеспечения. Характеристика каждой подсистемы да ется в следующем параграфе. В целом обеспечивающая часть АСУ является комплексом ме тодов и средств, инвариантным по отношению к объекту управления, и призвана обеспечи вать автоматизацию обработки информации. Автоматизация обработки данных осуществля ется аналогичными методами и средствами во всех АСУ, независимо от существа задач, ре шаемых в системе.

Функциональная часть АСУ представляет собой комплекс административных, органи зационных и экономико-математических методов и средств, предназначенных для автомати зации процессов принятия решений и выработки управляющих воздействий на объект управления. Состав подсистем функциональной части определяется характером объекта управления и характером задач, решаемых в АСУ. Сложность и многокритериальность ре шаемых в АСУ задач требуют формировать состав подсистем функциональной части по функциям управления, обеспечивая в каждой подсистеме реализацию всех общих фаз управ ления – планирование, учет, контроль, анализ и регулирование. Такой подход позволяет раз рабатывать алгоритмы функционирования подсистем в соответствующей фазе управления по единой методике для всех функций управления.

Для каждой функциональной подсистемы характерны свой круг решаемых задач, свой управляющий орган, цель функционирования, входы и выходы. Таким образом, каждая под система обладает своими свойствами и является в значительной степени автономной по ин формационным потокам.

Каждая функциональная подсистема характеризуется своей информационной моделью, своими экономико-математическими моделями, методами и алгоритмами решения задач управления.

Название функциональных подсистем обычно отражает круг задач управления, решае мых в подсистеме, например подсистемы: управления технической подготовкой производст ва;

технико-экономического планирования;

оперативного планирования и управления;

управления материально-техническим обеспечением;

бухгалтерского учета и отчетности.

2.5.2. Основные принципы управления Технико-экономические показатели систем управления существенно зависят от прин ципов и законов управления (регулирования), реализуемых той или иной системой.

Принцип управления можно рассматривать как способ формирования управляющего воздействия, а закон управления – как математическое выражение принципа. Остановимся подробнее на этих понятиях, так как они являются фундаментальными в теории управления.


Системы управления формируются на основе одного из трех принципов: 1) управление по отклонению управляемой величины;

2) управление по возмущению;

3) комбинированное управление.

В системах управления по отклонению отклонение управляемой величины от заданно го значения преобразуется в управляющее воздействие. Это преобразование осуществляется регулятором, передается на объект управления и направлено на уменьшение отклонения управляемой величины от заданного значения. Такой принцип управления известен также под названием принципа Ползунова – Уатта.

Способ реализации принципа регулирования по отклонению рассмотрим на примере центробежного регулятора частоты вращения вала рабочей машины РМ (рис. 110), широко применяемого в системах управления современными механизмами. Клапан 1, регулирующий подачу топлива из канала А к двигателю (канал В), связан через тягу 2, рычаг CD и систему шарнирных соединений с грузиками 3.

Валик 5 связан с валом рабочей машины РМ, вращение которого через шарнирную пе редачу 4 передается системе грузиков 3. Пружина 6 играет роль чувствительного элемента регулятора. При заданной частоте вращения вала рабочей машины система отрегулирована так, чтобы положение клапана 1 обеспечивало требуемую подачу топлива к двигателю. Если частота вращения превысит заданную, то под влиянием центробежной силы грузики 3 рас ходятся, конец рычага D поднимается, а конец С – опускается. Клапан 1 займет новое поло жение, при котором подача топлива к двигателю уменьшится и частота вращения вала РМ примет вновь заданное значение. Рассуждая аналогично, можно убедиться в том, что при уменьшении частоты вращения со, по сравнению с заданной, клапан переместится в направ лении, обеспечивающем увеличение подачи топлива к двигателю и восстановление частоты вращения.

Рис. 110. Регулирование по отклонению Рис. 111. Регулирование по возмущению Нетрудно убедиться в том, что система регулирования скорости вращения электродви гателя является системой регулирования по принципу отклонения регулируемой величины от заданного значения. В этой системе значение регулируемой величины – частоты вращения со вала рабочей машины РМ – задается положением ползунка n потенциометра R. При от клонении от заданного значения изменяется напряжение тахогенератора иТГ, и в системе формируется управляющее воздействие, направленное на приведение регулируемой величи ны к заданному значению.

Достоинством систем регулирования по отклонению является то, что в них обеспечива ется учет всех возмущений, действующих на любой элемент, системы, так как управляющее воздействие формируется в зависимости от конечного результата управления – значения ре гулируемой величины.

Недостатком регулирования по отклонению является снижение быстродействия систе мы, выражающееся в замедлении реакции регулятора на изменение регулируемой величины.

Действительно, при регулировании по отклонению регулируемой величины компенсация влияния любого возмущения, независимо от места его приложения в системе, начинается лишь после того, как это воздействие преобразовалось элементами системы в изменение ре гулируемой величины.

Отмеченный недостаток устраняется в системах управления по принципу компенсации возмущения – управления по возмущению.

При управлении по возмущению в системе измеряется возмущающее воздействие (на грузка) и результат измерения преобразуется в управляющее воздействие. Реализацию прин ципа регулирования по возмущению рассмотрим на примере кинематической схемы регуля тора, представленного на рис. 111. В этой схеме вал двигателя 1 и вал рабочей машины 3 свя заны между собой упругим элементом 2. Вращение валов 1 и 3 передается валу 4, верхняя часть которого имеет червячную передачу. Муфта 5 наряду с вращательным движением мо жет осуществлять возвратно-поступательное движение вдоль линии вала 4, которое с помо щью рычага 6 передается в устройство регулирования подачи топлива, описанного выше (см.

рис. 110). Из рис. 111 видно, что при изменении нагрузки на валу РМ произойдет относи тельное смещение сечений валов 1 и 3, смещение муфты 5 вдоль линии вала 4 и соответст вующее изменение подачи энергии к двигателю: при снижении нагрузки подача энергии уменьшится, а при повышении – увеличится.

Сложность измерения возмущения (нагрузки) – один из недостатков систем регулиро вания по возмущению. Однако в ряде технических устройств часто бывает нетрудно выде лить и использовать с целью регулирования некоторую физическую величину, связанную определенным законом (например, пропорциональную) с возмущением. Примером таких устройств служит генератор постоянного тока со смешанным возбуждением, у которого по следовательная (токовая) обмотка может быть использована для формирования управляюще го воздействия, зависимого от нагрузки – тока якоря генератора.

Достоинством систем регулирования по возмущению является их более высокое быст родействие, так как система реагирует на изменение возмущения до того, как эти изменения элементами системы преобразуются в изменения регулируемой величины.

Существенным недостатком регулирования по возмущению является нечувствитель ность систем ко всем возмущениям, кроме того, на которое настроен регулятор. В связи с этим в практике управления широко используется принцип комбинированного управления, когда для формирования управляющего воздействия используются как изменения возмуще ния, так и изменения регулируемой величины.

Описанная выше автоматизированная система управления является системой комбини рованного управления, так как в ней используется принцип регулирования по отклонению регулируемых величин на основе анализа информации об объекте управления и принцип ре гулирования по возмущению на основе анализа информации о состоянии среды.

Каждый из трех описанных принципов управления может быть реализован по различ ным законам. Законом управления назовем функциональную связь между воздействием Y ре гулятора на регулирующий орган и значениями величин, определяющих принцип управле ния.

Обозначим отклонение управляемой величины от заданного значения через = x, а нагрузку – через q. Тогда в наиболее общем виде законы управления выразятся так:

Y = F (, ', ' ',..., dt,..., q, q',..., qdt ) (1) Выбор того или иного закона управления производится на основе анализа динамиче ских режимов системы управления, а реализуется выбранный закон с помощью технических средств, вводимых в систему в качестве корректирующих устройств. Примером таких уст ройств являются пассивные RC- и RL-контуры, стабилизирующие трансформаторы и др.

Действительно, если на первичную обмотку стабилизирующего трансформатора подать электрическое напряжение и1, пропорциональное корректируемому сигналу управления, то при определенном подборе параметров первичной и вторичной цепей на выходе трансфор матора (на выходе вторичной обмотки) возникает напряжение и 2, пропорциональное первой du производной первичного напряжения: и 2 1.

dt Таким образом, если u1 = ;

u 2 = y, то получим y = ', реализуя один из законов управления, содержащийся в выражении (1.4), а именно: управление по первой производной от отклонения управляемой величины.

Укажем некоторые простейшие законы управления, вытекающие из выражения (1):

закон управления, пропорциональный отклонению (управление по отклонению управ ляемой величины от заданного значения): y = a 0 ;

пропорциональный отклонению с воздействием по первой производной от отклонения:

y = a 0 + a1 ' ;

пропорциональный отклонению с воздействием по первой и второй производным от отклонения: y = a 0 + a1 '+ a 2 ' ' ;

t интегральный по отклонению: y = b1 dt ;

пропорциональный отклонению управляемой величины с воздействием интеграла по t нагрузке: y = a 0 + b1 qdt ;

пропорциональный нагрузке: y = b0 q.

Количество законов управления из бесконечного множества законов, определяемых выражением (1), ограничено возможностями технических и организационно-технических средств, реализующих тот или иной закон. Реальное техническое средство обычно не позво ляет реализовать выбранный закон управления (например, ввести первую производную от корректируемой величины) в чистом виде без генерирования помех. При этом количество помех и сложность их устранения возрастают с усложнением законов управления.

Остановимся подробнее на двух законах управления, которые наиболее часто встреча ются в технических системах наряду с пропорциональными законами управления по откло нению управляемой величины от заданного значения и по возмущению (нагрузке). Это зако ны управления с введением производных и интегралов по отклонению управляемой величи ны и по нагрузке.

При управлении по отклонению к объекту управления подводится управляющее воз действие, пропорциональное отклонению, т.е.

y = a0, (2) где a 0 – коэффициент пропорциональности между отклонением и управляющим воздейст вием.

Вводя в закон (2) производную по отклонению управляемой величины, получим y = a ( + a1 ' ), (3) где а, a1 – соответствующие коэффициенты пропорциональности.

Управление по закону (3) придает системе управления иные динамические свойства, чем управление по закону (2). Действительно, пусть отклонение управляемой величины от заданного значения происходит по кривой 1 (рис. 112, а). Задача системы управления заклю чается в том, чтобы возможно быстрее компенсировать отклонение или свести его к допус тимому значению, определенному требованиями к процессу управления.

При управлении по закону (2) величина е передается на вход системы через главную обратную связь с отрицательным знаком, осуществляя управляющее воздействие, направ ленное на уменьшение отклонения. Управляющее воздействие в этом случае пропорцио нально ординате кривой 1 в каждый момент времени. Поскольку обратная связь отрицатель на, то в промежутке 0 t t1, т.е. в течение времени, когда 0, управляющее воздействие направлено на уменьшение отклонения. В силу инерционности элементов системы характер управляющего воздействия сохранится какое-то время при t t1, хотя знак уже изменился.


Это вызовет нарастание отклонения в обратную сторону, которое прекратится в некоторый момент времени t 2 t1. На участке cd при t t 2 регулятор будет действовать в сторону уменьшения и т.д. Как видно, регулятор запаздывает в своей реакции на изменение откло нения, что приводит к колебаниям управляемой величины и к увеличению времени ее стаби лизации.

Показатели процесса управления существенно улучшаются при переходе к регулирова нию по закону (3). Действительно, в этом случае на участке 0а кривой 1 воздействие регуля тора, направленное на уменьшение отклонения, возрастает, так как к управляющей состав ляющей, пропорциональной, добавляется составляющая, пропорциональная '. При этом на участке 0а обе составляющие имеют одинаковый знак, и регулятор значительно эффек тивнее, чем раньше, сдерживает нарастание отклонения. На участке abc кривой 1 знак со ставляющей управления, пропорциональной, сохранился, а знак составляющей управления, пропорциональной ',изменился на обратный, так как в точке а изменился знак производной функции (t).

а) б) Рис. 112. Законы управления: а – по производной;

б – по интегралу Таким образом, составляющая, пропорциональная производной от отклонения, форси рует действие регулятора, направленное на уменьшение отклонения до тех пор, пока оно возрастает, и поддерживает значение отклонения в период его уменьшения. Это сокращает время регулирования, предотвращает колебания выходной величины.

Составляющая, пропорциональная производной, проявляется тем эффективнее, чем быстрее нарастает отклонение. При этом еще до того, как отклонение накопится, создается эффективное воздействие для его уменьшения, так как управляющий эффект, обеспечивае мый этой составляющей, зависит не от величины отклонения, а от скорости его нарастания.

Следует подчеркнуть, что регулирование только по производной без составляющей, пропорциональной отклонению, невозможно, так как в этом случае процесс управления бу дет проявляться только в динамике, прерываясь в статических режимах. Коррекция только по производной может осуществляться посредством местной обратной связи, а главная об ратная связь должна содержать составляющую, пропорциональную отклонению.

При введении составляющей управления, пропорциональной интегралу от отклонения, имеем:

t y = a ( + b dt ) (4) Вторая составляющая, пропорциональная интегралу, нарастает все время, пока откло нение положительно (рис. 112, б). Следовательно, на участке 0 t t В регулирующее воз действие регулятора увеличивается даже при незначительном значении отклонения в каж дый момент времени. Это повышает точность систем управления. В то же время регулирова ние по интегралу способствует развитию в системе колебательных процессов. Действитель но, при t = t B, когда отклонение изменяет свой знак, составляющая, пропорциональная инте гралу, выражаясь суммарной (с учетом знака) площадью под кривой (t)., начинает умень шаться, но по знаку не изменяется. Знак этой составляющей изменится лишь тогда, когда площадь, ограниченная нижней ветвью кривой (t)., превысит площадь, ограниченную верх ней ее ветвью. До этого момента, начиная с момента t = t B, регулятор будет способствовать увеличению отрицательного отклонения. Продолжая рассуждения, можно заметить, что со ставляющая управления, пропорциональная интегралу от отклонения, придает системе коле бательность.

Очевидно, что при использовании закона регулирования по интегралу можно создавать системы управления, в которых отклонения регулируемых величин от заданных сводятся к нулю. Такое управление, т. е. управление без отклонения управляемой величины от заданно го значения (или управление без ошибки), называется астатическим. Управление же, при котором в установившихся режимах работы системы сохраняется отклонение управляемой величины от заданного значения, называется статическим.

В системе автоматического регулирования, процесс регулирования статический, а сама система – статическая система автоматического регулирования. Отклонение в такой системе неизбежно, так как оно обеспечивает управляющий эффект в ней. Чтобы превратить эту сис тему в астатическую, ее необходимо дополнить устройствами, вводящими в закон управле ния составляющую, пропорциональную интегралу от отклонения.

Рис. 113. Астатическое регулирование Астатическая система регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока приведена на рис. 113. Кроме того, в обратную связь по частоте вращения включены элек тромагнит ЭМ, якорь которого удерживается пружиной С, потенциометр R1 и электродвига тель Д1, вал которого связан с ползунком реостата R в цепи ОВГ.

При частоте вращения вала рабочей машины РМ, равной заданной, система настраи вается так, что напряжение, снимаемое с потенциометра R2 и подводимое к двигателю Д1, равно нулю: ползунок n1 находится против средней точки m1 потенциометра R2. При возрас тании или уменьшении частоты вращения равновесие между усилием пружины С и усили ем, удерживающем якорь электромагнита, нарушается. Ползунок n1 поднимается вверх (при возрастании, т.е. при возрастании иТГ ) или опускается вниз (при уменьшении, т. е. при уменьшении иТГ ). Таким образом, к двигателю Д1 будет подано напряжение того или иного знака. В результате ползунок реостата R в цепи ОВГ переместится в таком направлении, что бы изменить напряжение и Г настолько, насколько требуется для восстановления заданного значения. Как видно из рисунка, процесс регулирования будет продолжаться до тех пор, пока отклонение от заданного значения полностью не устранится, так как только в этом случае прекратится вращение вспомогательного двигателя Д1 и перемещение ползунка рео стата R.

Из приведенного примера видно, что придание системе астатических свойств сущест венно усложнило ее, сделало более дорогой и менее надежной. Кроме того, как отмечено выше, в системе могут возникнуть нежелательные колебания выходной величины. Поэтому астатическое регулирование осуществляется в тех случаях, когда необходимо полностью устранить отклонение регулируемой величины от требуемого значения, даже за счет услож нения системы и ухудшения некоторых динамических свойств системы.

2.5.3. Структура процессов управления Технологию управления при автоматизированном управлении рассмотрим в общем ви де, не конкретизируя объект управления. Как отмечалось, автоматизированное управление реализуется с помощью АСУ. Технология обработки информации и выработки управляющих воздействий в АСУ носит весьма типовой характер. Схема ее представлена на рис. 114.

Информацию об объекте управления в АСУ можно разделить на виды: условно постоянную и оперативную.

Условно-постоянная информация содержится в документах, характеризующих состоя ние объекта в определенные периоды времени (производственные мощности предприятия, технические характеристики оборудования и т. п.). Эта информация необходима для состав ления машинной модели объекта, для чего документы преобразуются в форму, удобную для ввода в ЭВМ. В процессе подготовки для ввода в ЭВМ документы регистрируются, ком плектуются и с использованием систем классификации и кодирования переносятся на ма шинные носители – перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, магнитные карты. В зави симости от масштабов и назначения объекта, мощности вычислительного центра и других факторов подготовка условно-постоянной информации для ввода в ЭВМ может осуществ ляться либо непосредственно на объекте, либо в информационно-вычислительном центре.

Рис. 114. Схема обработки информации и выработки управляющего решения в автоматизированной системе управления С машинных носителей информация вводится в ЭВМ и обрабатывается с использова нием различных программ нормативно-справочных данных, математических моделей объек тов и процессов, хранимых во внешних запоминающих устройствах ЭВМ – магнитных лен тах МЛ, магнитных дисках МД и др.

Результаты обработки информации выводятся на устройства отображения информации – экранные пульты ЭП, алфавитно-цифровые печатающие устройства АЦПУ, пишущие ма шинки ПМ и др.

Оперативная информация характеризует показатели функционирования в текущий мо мент времени (состояние ресурсов, текущий объем выпуска продукции, потребление энергии и т.п.). Эта информация преобразуется в форму, удобную для передачи в ЭВМ по каналам связи, содержащим аппаратуру передачи данных АПД и аппаратуру приема данных АПрД.

Результаты обработки оперативной информации также выводятся на средства отображения.

Анализируя результаты обработки информации, ЛПР – лицо, принимающее решение, формирует управляющие воздействия на объект управления, которыми могут быть те или иные административные распоряжения, поставки дополнительных ресурсов, указания и т. п.

Рассмотренная схема обработки информации и выработки управляющих решений яв ляется типичной для большинства АСУ, независимо от характера объекта. При этом в авто матизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП) для сбора оперативной информации используются датчики, контролирующие состояние оборудования.

Из приведенного описания видно, что для любой АСУ характерны следующие этапы обработки информации об объекте управления: сбор, контроль и регистрация, перевод ин формации на машинные носители, ввод информации в ЭВМ, обработка на ЭВМ, вывод ре зультатов обработки информации на устройства отображения и хранения.

2.5.4. Объект управления Объекты и принципы управления. Виды управления. Характеризующую состояние объекта управления ОУ (рис. 115) величину X ВЫХ, которой нужно управлять, назовем вы ходной, или управляемой (регулируемой), величиной. В общем случае выходная величина представляет собой вектор Х ВЫХ = {х ВЫХ 1, х ВЫХ 2,..., х ВЫХn }. Всякий реальный объект находит ся под влиянием окружающей среды, которое проявляется в возмущающих воздействиях F = { f 1, f 2,..., f k }, приложенных к ОУ. Эти воздействия стремятся вывести ОУ из заданного состояния, для приведения в которое к объекту необходимо прилагать управляющие воздей ствия, которые назовем входными воздействиями Х ВХ = {х ВХ 1, х ВХ 2,..., х ВХm }. Место приложе ния входного воздействия назовем входом.

Таким образом, задача управления объектом сводится к тому, чтобы выбрать необхо димые входные воздействия X ВХ, которые при любых возмущающих воздействиях F обес печивали бы заданное значение выходной величины X ВЫХ. В некоторых случаях задача управления объектом сводится к задаче регулирования – обеспечению постоянства выходной величины.

Для простоты будем рассматривать объекты управления, характеризующиеся одной выходной величиной х ВЫХ, одной входной х ВХ и локализованным возмущающим воздейст вием f.

Чаще всего управляющее воздействие не может быть приложено непосредственно к объекту управления, а формируется с помощью технических устройств, называемых регуля торами. Регулятор Р и объект управления ОУ составляют систему управления (регулирова ния) (рис. 116, а).

Возможно управление по разомкнутому и по замкнутому циклу.

В первом случае между выходной и входной величинами отсутствует непосредственная связь. Она осуществляется через регулятор и объект управления. Управление по разомкну тому циклу обычно выполняется с помощью оператора Оп (рис. 116, а), который, наблюдая за значением выходной величины х ВЫХ устанавливает необходимые значения входной вели чины х ВХ. Управление по разомкнутому циклу называют иначе управлением с разомкнутой обратной связью. Такое управление с непременным участием человека (оператора) называ ется ручным управлением.

При управлении по замкнутому циклу изменения выходной величины передаются на вход системы с помощью совокупности устройств, называемых обратной связью (ОС) (рис.

116, б). Входной величиной обратной связи является выходная величина объекта управления х ВЫХ. Выходную величину обратной связи обозначим хо.с. Эта величина, накладываясь на входную величину, формирует регулирующее воздействие х р на входе регулятора, который, в свою очередь, формирует управляющее воздействие хо. у, прикладываемое к объекту управления. Образованная таким образом обратная связь называется главной обратной свя зью.

Рис. 115. Объект управления Для осуществления управления по схеме рис. 116, б необходимо обеспечить условие х р = х ВХ хо.с, (4) т. е. выходная величина обратной связи должна вычитаться из величины на входе системы.

Такая обратная связь называется отрицательной. Вычитание управляющих воздействий производится в суммирующем устройстве (рис. 116, б).

Рассмотрим подробнее управление по замкнутому циклу. Пусть задача управления сводится к поддержанию величины х ВЫХ на заданном уровне. Подбором соответствующего значения величины х ВХ устанавливается требуемое значение величины х ВЫХ. Далее процесс регулирования х ВЫХ осуществляется без участия оператора (человека), т.е. автоматически.

Действительно, если х ВЫХ например, превысит заданные значения, то на вход ОС поступит управляющий сигнал, больший того, какой имел место при заданном значении выходной ве личины х ВЫХ. Это приведет к уменьшению величин x p и хо.с [см. уравнение (4)], что повле чет за собой уменьшение величины х ВЫХ. Рассуждая аналогично, можно убедиться в том, что при уменьшении х ВЫХ под влиянием возмущения f процесс управления также будет на правлен на стабилизацию х ВЫХ.

Управление по замкнутому циклу называют также управлением с замкнутой отрица тельной обратной связью.

Если выходная величина обратной связи суммируется с величиной х ВХ, то такая обрат ная связь называется положительной. При этом х р = х ВХ + хо.с. (5) Если рассмотреть процесс управления по схеме рис. 116, б, основываясь на выражении (5), то легко убедиться, что в этом случае управление невозможно: любое отклонение вели чины х ВЫХ от заданного будет усиливаться системой. Таким образом, главная обратная связь должна быть только отрицательной.

а) б) Рис. 116. Управление: а – по разомкнутому циклу;

б – по замкнутому Процесс управления, осуществляемый без участия человека (рис. 116, б), называется автоматическим. Такая схема управления является типичной для автоматического управле ния любыми объектами, характер работы которых позволяет перевести их в автоматический режим.

Совокупность всех устройств, обеспечивающих автоматическое управление объектом, называется системой автоматического управления (САУ). В тех случаях, когда система обеспечивает стабилизацию управляемой величины в заданных пределах, она называется системой автоматического регулирования (САР). Очевидно, что автоматическое регулиро вание является частным видом автоматического управления. Последнее, однако, обеспечива ет управление объектом по более сложным законам, чем стабилизация управляемой величи ны.

Из рис. 116, б, видно, что САУ может быть определена как совокупность объекта управления и регулятора (обратная связь при этом рассматривается как часть регулятора).

Сложность структуры регулятора в конкретной системе автоматического управления зависит от назначения объекта управления и требуемых режимов его работы. Однако в любом регу ляторе должны содержаться источники информации о задачах и результатах управления, устройства, анализирующие информацию и вырабатывающие управляющие воздействия, исполнительные устройства, реализующие их. Схема системы управления, представленная как совокупность элементов, выполняющих определенное функциональное назначение, на зывается функциональной схемой системы. Представление систем управления в виде функ циональных схем позволяет анализировать различные по физической сущности системы с позиций ряда общих требований.

Независимо от назначения системы, физической природы ее отдельных частей, их кон структивного исполнения функциональная схема системы управления в общем виде может быть представлена как совокупность следующих функциональных элементов (рис.117): УЭ – управляющий (задающий) элемент;

СУ – суммирующее устройство;

КУ – последовательное корректирующее устройство;

У – усилительный элемент;

ИЭ – исполнительный элемент;

МОС – местная обратная связь;

ОУ – объект управления;

ГОС – главная обратная связь.

Рис. 117. Функциональная схема управления Управляющее входное воздействие х ВХ прикладывается к управляющему элементу УЭ, выходная величина которого сравнивается с выходной величиной главной обратной связи хо.с. Результирующее воздействие корректируется в последовательном корректирующем устройстве КУ и после сравнения с величиной х м.о.с – сигналом местной обратной связи – усиливается в усилительном устройстве У. Далее управляющее воздействие с помощью ис полнительного элемента ИЭ передается на объект управления ОУ. Функции главной обрат ной связи ГОС были описаны выше.

Местная обратная связь МОС выполняет функции, аналогичные функциям ГОС, но эта связь охватывает не всю систему, а лишь часть ее, передавая изменения выходной величины некоторого промежуточного элемента системы на вход другого, предшествующего элемента.

Если ГОС может быть только отрицательной, то МОС может быть как отрицательной, так и положительной;

знак местной обратной связи и требуемый характер изменения величины х м.о.с определяются в процессе анализа системы. Местную обратную связь называют также параллельным корректирующим устройством в тех случаях, когда она формируется по ре зультатам динамического анализа системы, а не является функциональной частью самой системы.

Функциональные элементы конкретной системы управления конструктивно представ ляют собой различные механические, электрические, гидравлические, пневматические, элек тронные и другие устройства. При этом один и тот же функциональный элемент может включать в себя несколько конструктивных элементов и, наоборот, несколько функциональ ных элементов могут быть связаны в один конструктивный узел.

В качестве управляющих или задающих элементов используются, например, источники эталонного напряжения, эталонные сопротивления и т.п., воздействуя на которые можно ус танавливать заданные значения переменных.

Главная обратная связь обычно включает в себя несколько конструктивных элементов, среди которых наиболее типовыми являются преобразователи-датчики, предназначенные для преобразования одной физической величины в другую, более удобную для контроля, изме рения и дальнейшего использования в качестве управляющего сигнала. Преобразователями могут служить трансформаторы, выпрямители, инверторы, индуктивные элементы, датчики температуры, давления, частоты вращения (например, тахогенераторы) и др.

Последовательные и параллельные корректирующие устройства обеспечивают требуе мые законы управления в системе. Эти устройства обычно вводятся в рабочую систему до полнительно по результатам анализа ее динамических свойств. Часто в качестве корректи рующих устройств используются конструктивные элементы основной системы с изменением некоторых их параметров (сопротивлений, индуктивностей, емкостей и т.п.).

Усилительные устройства предназначены для усиления управляющих воздействий, ко торые чаще всего маломощны и не могут непосредственно использоваться для целей управ ления. В качестве усилителей в системах используются электронные, электромашинные, магнитные, гидравлические и другие усилители.

Исполнительные элементы предназначены для приведения в движение регулирующих органов объекта управления, от положения которых зависят значения управляемых величин системы. В качестве исполнительных элементов широко используются, например, электро двигатели различных типов: двигатели постоянного тока, двухфазные и трехфазные асин хронные машины и др.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.