6. ПРИМЕНЕНИЕ ЦВМ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

В многорежимных и многомерных системах автоматического регулирования широкое применение получили ЦВМ. Цифровые вычислительные машины могут обеспечить выработку и быструю перестройку управляющих программ в автоматических системах. На рис. 11.29, а изображена многорежимная система автоматического регулирования, вычислительная машина в которой выполняет одновременно функции задатчика управляющих сигналов и сравнивающего устройства.

В рассмотренной системе цифровые управляющие сигналы сравниваются цифровыми сигналами, снимаемыми с датчика. Точность работы такой цифровой системы автоматического регулирования исключительно высока, так как она определяется числом двоичных разрядов ЦВМ и датчика и может составлять 18 двоичных разрядов. Тогда при минимальной ошибке системы, составляющей один двоичный разряд, относительная погрешность процесса регулирования будет

Цифровой сигнал ошибки формируется после сравнивающего устройства (рис. II.29, а), поэтому он имеет меньшее число двоичных разрядов, чем управляющий сигнал. В результате этого в цифровой системе регулирования могут быть применены преобразователи код—аналог с пониженной точностью, что имеет важное значение, так как создание преобразователей код—аналог с высокой точностью представляет большие технические трудности.

На рис. II.29, б изображена многомерная система автоматического регулирования с ЦВМ. Вычислительная машина разделяет сигналы управления по времени и выдает их через соответствующие преобразователи код—аналог регуляторам. В случае связанной системы регулирования на ЦВМ вырабатываются сигналы либо обеспечивающие полную автономность всех регуляторов, либо компенсирующие их взаимное влияние. Если для нормального функционирования многосвязанной системы регулирования необходимо обеспечить выработку связанных сигналов, то ЦВМ координирует работу регуляторов.

В последнее время широкое применение в ракетно-космической технике нашли дискретно-непрерывные автоматические системы. На рис. 11.30 приведена блок-схема системы ориентации космического летательного аппарата. Задавая сигнал требуемого угла ориентации, система удерживает космический летательный аппарат на заданном направлении. Здесь ЦВМ выполняет не только обработку информации от датчика и выработку функции требуемого закона регулирования для системы ориентации, но и различные логические операции, например периодическое отключение системы ориентации, приводящее к вращению космического летательного аппарата,

(кликните для просмотра скана)

Рис. 11.30. Блок-схема системы ориентации космического летательного аппарата с ЦВМ

что устраняет его перегрев от действия солнечного излучения. С помощью ЦВМ система ориентации может быть перестроена и на любое другое направление. В этой системе преобразователь код—аналог, так же как и в системе, показанной на рис. 11.29, б, является импульсным элементом, который превращает непрерывный сигнал ошибки в последовательность цифровых сигналов.

В рассматриваемой системе сигнал требуемой ориентации может быть задан извне (как это показано на рис. 11.30) или может формироваться внутри самой системы на ЦВМ. Это различие в создании сигнала управления имеет весьма важное значение в теории, так как служит одним из основных признаков, позволяющих разделять все автоматические системы на системы регулирования и системы управления. Если сигнал управления создается вне системы, то ее следует отнести к системе автоматического регулирования, а если он создается внутри ее, то — к системе автоматического управления. В результате этого в системах автоматического управления в процессе работы можно изменять сигнал управления.

С целью более полного выявления различия систем регулирования и управления следует добавить, что основной задачей системы автоматического регулирования является наиболее точное воспроизведение заданного сигнала управления при соблюдении определенных динамических показателей качества процессов регулирования. В системе же автоматического управления, кроме того, требуется обеспечить определенные расходы энергии, сырья и качество продукции, снимаемой с объекта управления, при заданной стоимости производственного процесса. Поэтому при проектировании систем автоматического управления инженеру приходится сталкиваться с различными видами информации. Тогда под системой автоматического управления понимают такую динамическую систему, в которой для достижения заданной цели управления производится сбор, передача и переработка различных потоков информации по заданным алгоритмам 2.

Рис. 11.31. Самонастраивающаяся система с перестраивающимися устройствами и вычислителем

Рассмотрим построение самонастраивающихся систем автоматического регулирования с вычислительными машинами. Допустим, что нам задана следящая система, схема которой показана на рис. 11.31. На входы системы поступают управляющее воздействие и сигнал помехи в виде белого шума (см. п. 4 гл. XIII). Управляющее воздействие изменяется по линейному закону , где — медленно изменяющийся во времени параметр. Сигнал белого шума также медленно изменяется. Требуется построить самонастраивающуюся систему регулирования, обеспечивающую

Рис. 11.32. Самонастраивающаяся система с ЦВМ

минимум суммы квадратов ошибок: динамической — от действия сигнала и случайной — от сигнала Подадим сигналы на аналоговый или цифровой вычислитель, где определяются текущие значения параметров (уровень шума). По этим сигналам формируется закон перестройки параметров корректирующего устройства, обеспечивающий минимум суммы квадратов динамической и случайной ошибок при изменениях Перестройка осуществляется с помощью специального устройства. Обычно для этого используются приборные следящие системы.

В системах регулирования с нестационарными объектами, параметры которых изменяются в процессе регулирования, обычно применяют средства самонастройки. При построении самонастраивающихся систем с такими объектами используют вычислительную машину, которая периодически за счет подачи пробных импульсов определяет импульсную переходную функцию объекта. Процесс определения импульсной переходной функции называется идентификацией.

Р. Калманом была предложена самонастраивающаяся система, использующая импульсную переходную функцию для определения на вычислительной машине регулируемых коэффициентов, в соответствии с которыми перестраивается цифровое корректирующее устройство (рис. 11.32).

Применение пробных импульсов или синусоидальных сигналов вызывает нарушение режима нормальной эксплуатации самонастраивающихся систем управления. Поэтому были предложены самонастраивающиеся системы с вычислительными машинами [671, в которых пробным сигналом является белый шум.

Если алгоритм перестройки параметров, реализуемый на вычислительной машине, по своей структуре является неизменным и в нем изменяются только параметры, то самонастраивающиеся системы с АВМ или ЦВМ принадлежат к системам автоматического регулирования. При изменении структуры алгоритма самонастраивающаяся система должна быть отнесена к системам автоматического управления. В заключение следует отметить, что для ряда самонастраивающихся систем трудно провести такое четкое разделение, поэтому часто самонастраивающиеся системы и с постоянными алгоритмами также относят к системам автоматического управления.