Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Микропроцессор как управляющее устройство системы управления. Структура микропроцессорной системой управления приводом постоянного тока.




Рассмотрим некоторые аспекты программирования реальной системы на основе микропроцессорного устройства. Возможный вариант использования микропроцессора (МП) в системе управления двигателем постоянного тока в составе комплектного привода приведен на рис. 1.5.

 
МП контроллер
АЦП
  ЦАП
комплектный привод
Сигнал обратной связи
Квантователь с периодом Т
цель
управления
e gakcG4zG58KMK2wjFVu34Cl0ieHCzm7DXAvbIRqj2o8XbBCHZL/t7Io6pZ3Wy06e/wYAAP//AwBQ SwMEFAAGAAgAAAAhALuMdjvdAAAABQEAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxMj0FLw0AQhe9C/8My BS9iNxaVNM2mSEEsIhRT2/M2O02C2dk0u03iv3f0opcHjze89026Gm0jeux87UjB3SwCgVQ4U1Op 4GP3fBuD8EGT0Y0jVPCFHlbZ5CrViXEDvWOfh1JwCflEK6hCaBMpfVGh1X7mWiTOTq6zOrDtSmk6 PXC5beQ8ih6l1TXxQqVbXFdYfOYXq2Aotv1h9/YitzeHjaPz5rzO969KXU/HpyWIgGP4O4YffEaH jJmO7kLGi0YBPxJ+lbPFwz3bo4J5HEcgs1T+p8++AQAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS /gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhAMAfWk/EAgAA2wUAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhALuMdjvdAAAABQEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAHgUAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYA AAAABAAEAPMAAAAoBgAAAAA= " filled="f" stroked="f">

Рис. 1.8. Структура процессорной системы управления приводом.

 

Управляемый привод и микропроцессор связаны через аналого-цифровой (АЦП) и цифроаналоговый (ЦАП) преобразователи. Таким образом, вся система рассматриваться как цифровая система управления с периодом квантования Т секунд.

Пусть целью управления этой системы с двигателем постоянного тока является поддержание скорости нагрузки w(t) постоянной, равной значению задаваемой скорости wd(t). Тогда ошибка между задаваемой скоростью и скоростью нагрузки определяется как

e(t) = wd(t)-w(t) (1.42)

На входе микропроцессора имеется дискретный сигнал ошибки e(k∙T),

k=0,1,2, ..., n. Сигнал на выходе микропроцессора обозначим u(k∙T). Предположим, что микропроцессор должен совершать цифровые вычисления для реализации пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора, описываемого в непрерывной форме как

(1.43)

Интеграл в последнем выражении может быть записан в виде

(1.44)

 

где t0 - начальный момент времени; х(t0) - начальное значение. Для вычисления интеграла могут быть использованы различные методы. Будем использовать метод трапеций и положим t=k∙T, t0=(k-1)·t. Тогда определенный интеграл в выражении (1.44) запишется как

 

(1.45)

 

где t0 – начальный момент времени, x(t0) – начальное значение x(t), k=1,2,…,n. Следовательно, значение интеграла для t=kT может быть вычислено по задаваемой скорости wd и значениям w(kT) и w[(k-1)Т].

Рассчитанное значение управления прикладывается к системе с двигателем постоянного тока при t=(k+1)T, k=0,1,2, … n. Управление изменяется каждые Т секунд и остается постоянным между моментами расчета.

Функциональная схема рассмотренной микропроцессорной системы, используемой для реализации цифрового ПИ-регулятора, приведена на рис. 1.6.

 
ЦАП
Тиристорный преобразователь
Нагрузка
МИКРОПРОЦЕССОР
ДПТ
Тахогенератор
АЦП
Таймер
Шина данных
Управляющий код

 

 


Рис. 1.9. Структура функциональных составляющих системы управления.

В этой системе для определения начала следующего периода квантования применен программируемый таймер, который вырабатывает импульс каждый Т секунд. Этот импульс поступает на шину прерываний микропроцессора, что приводит к остановке рабочей программы и выполнению программы прерывания, которая выводит следующее значения управления u[(k + 1)t]. Это управление передается в ЦАП, выходной сигнал которого поступает на вход тиристорного преобразователя. Импульс таймера запускает процесс АЦП-преобразования текущей скорости двигателя w(t) в двоичный код. Для этого процесса требуется конечное время. Следовательно, АЦП должен сообщить микропроцессору через шину готовности о том, что данные преобразованы. После этого процессор вводит значение wd(k·T), и вычисляет следующее значение управления u[(k+1)∙T], которое используется для управления приводом при следующем прерывании от таймера. Аналогично может быть реализован ПИД-регулятор.

Приведенный пример показывает, как управление двигателем постоянного тока может быть реализовано на базе микропроцессора. На начальной стадии решения задачи регулятор описывается дифференциальным уравнением. Последнее записывается с применением одного из приближенных численных методов в дискретной форме для моментов выборки, после чего разрабатывается программа для микропроцессора.

Ограничения микропроцессорных систем управления.

При использовании микропроцессора проектировщик системы должен принимать во внимание конечную длину слова и временные задержки, возникающие при работе программного обеспечения, а так же нелинейность и другие погрешности АЦП преобразования.

В цифровых, микропроцессорных системах управления, вообще говоря, сигналы на входе и выходе являются усеченными. При этом параметры закона управления будут округлены при его реализации в процессоре с помощью рабочей программы. Следовательно, параметры системы могут быть реализованы только конечным набором чисел. На качество микропроцессорных систем управления влияет как конечная длина слова микропроцессора, так и точность выполнения арифметических операций с плавающей точкой.

 

22. Задачи адаптивного и оптимального управления.

 

Автоматизация производства, технических объектов и систем представляет собой сложную научно-техническую проблему, которая решается с применением новых технологий, новой техники и методов управления. Большое значение для достижения высоких технико-экономических характеристик технологических объектов имеет теория и методы оптимального и адаптивного управления. Согласно международному стандарту IEEE термин "самоорганизующееся управление" заменил собой термин "адаптивное управление". По этому стандарту процесс управления называется самоорганизующимся, если уменьшение априорных неопределенностей, приводящее к эффективному управления процессом, достигается за счет использования информации, получаемой в ходе процесса управления из последовательных наблюдений доступных входных и выходных сигналов. Самоорганизующийся процесс управления называется параметрически адаптивным, если в процессе управления уменьшается априорная неопределенность некоторого вектора параметров, и функционально адаптивным, если в процессе управления осуществляется непосредственное уменьшение неопределенностей, приводящее к улучшению качества процесса.

Постановка задачи оптимального управления формулируется следующим образом [3]. Пусть поведение модели объекта управления описывается обыкновенным дифференциальным уравнением

, (1.46)

где x – вектор состояния системы, x=(xl,...,xn)T Rn, u – вектор управления, u=(u1,...,uq)T U – некоторое заданное множество допустимых значений управления, t – время, t Т=[t0,t1] – интервал времени функционирования системы; вектop-функция f(t,x,u) – непрерывна вместе со своими частными производными.

Момент начала процесса t0 задан, а момент окончания процесса определяется первым моментом достижения точкой с фазовыми координатами (t,x(t)) некоторой поверхности Г Rn+1 , где Rn – n-мерное евклидово пространство.

Т.е. в момент времени t1 должны выполняться условия

Гi(t1,x(t1))=0, i=1,…,k , (1.47)

где 0<k<n+1.

При k=n+1 множество Г представлено точкой в пространстве Rn+1. Начальное условие x(t0)= х0 задает начальное состояние в пространстве Rn+1.

Предполагается, что при управлении используется информация, доступаня в текущий момент времени, т.е. система управления в данном случае является разомкнутой по состоянию и рассматривается так называемое программное управление (рис. 1.10). Множество допустимых управлений U0 образуют кусочно-непрерывные функции u(•). Определим множество допустимых процессов D(t0,x0) как множество троек d=(t1,x(•),u(•)), которые включают момент времени окончания процесса t1, траекторию x(•) и управление u(•), где функции x(•) непрерывны и кусочно-дифференцируемы, а u(•) – кусочно-непрерывны.

 

 
u(t)
x(t)
t
X0

 


Рис. 1.10. Программное траекторное управление объектом.

 

На множестве D(t0,x0) определим функционал качества управления

, (1.47)

где – заданные непрерывно дифференцируемые функции. Требуется найти такую тройку , что

 

I(d*)=min I(d) (1.48)

 

Задача (1.48) с функционалом (1.47) называется задачей Больца. Если в функционале отсутствует , так называемый терминальный член, то это – задача Лагранжа. Искомые функции x*(•), и u*(•) называются соответственно оптимальной траекторией и оптимальным управлением, а t1* – оптимальным временем окончания процесса.


Поделиться:

Дата добавления: 2015-04-18; просмотров: 148; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты