Министерство образования и науки РФ ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет» Филиал в г. Геленджике Краснодарского края Реферат Наименование дисциплины Тема Общая энергетика и силовая электроника Цифровые и микропроцессорные системы управления___ Выполнил Фирстова Елена Павловна фио студента студент Принял 3 Направления 13.03.02 Группы ГЛбз 3-4 № зачетной книжки ГЛ-18-0019 Щемелева Юлия Борисовна курса фио преподавателя Доцент, кандидат технических наук должность, уч.степ., уч.звание Дата поступления работы на кафедру Защищено с оценкой Дата защиты работы Подпись преподавателя Геленджик, 2021 Цифровые и микропроцессорные системы управления Окружающий нас мир представляет собой сложную, развивающуюся во времени и пространстве, открытую систему, включающую разнообразные, находящиеся во взаимодействии подсистемы: социальные, экономические, экологические, биологические, технические. Любая система (подсистема) развивается в соответствии с целью ее функционирования. Управление той или иной системой (подсистемой) осуществляется таким образом, чтобы достичь (приблизиться) к цели функционирования системы на основе анализа и обработки информации о текущих значениях измеряемых параметров системы, характеризующих динамику развития системы и ее отклонения от цели функционирования. Управление должно обеспечивать устойчивое развитие во времени системы (подсистемы) и обладать свойством адаптивности к изменяющимся условиям внешней среды и эволюции цели управления. Повышение требований к автоматизированным электроприводам привело к широкому применению в них цифровых устройств, при этом используются как аппаратные, так и программные методы реализации требуемых алгоритмов управления. Аппаратные методы построения цифровых систем близки к методам построения аналоговых систем управления: для выполнения каждой функции применяется отдельный элемент или группа элементов, и добавление новой функции требует введения новых элементов. Системы управления, реализованные аппаратными методами, имеют высокое быстродействие, надежность; традиционные принципы их по строения не вызывают трудностей при разработке и эксплуатации. В то же время они состоят из большого числа электронных компонентов, громоздки, имеют высокую стоимость и малую гибкость, требуют индивидуальной разработки функциональных модулей, образующих функционально законченную систему. Аппаратные системы управления обычно выполняются с применением микросхем малой и средней степени интеграции. Микропроцессорные системы используют при управлении сложными технологическими процессами, которые характеризуются большим объемом перерабатываемой информации и не могут управляться автоматическим устройством без участия человека. В этом случае функции управления распределяются между человеком-оператором и вычислительной машиной, способной перерабатывать практически неограниченный объем информации. Микро- ЭВМ — это комплектное устройство на базе микропроцессора, имеющее блоки памяти, ввода-вывода и сопряжения. При этом микропроцессор, выполненный на одной или нескольких больших интегральных схемах, предназначен для исполнения логических и арифметических операций по специальной программе, хранящейся в памяти устройства. Микропроцессор приспособлен к работе в производственных условиях и имеет средства для обмена сигналами с объектами управления (измерительные контроллеры и интерфейсные блоки связи). Алгоритмы управления реализованы в виде программ, хранящихся в памяти ЭВМ. Интерфейсные блоки служат для связи ЭВМ с объектами управления (с исполнительными механизмами и регулирующими органами) и периферийным оборудованием (с пультом оператора, дисплеем). Пульт оператор использует для управления работой микро-ЭВМ, а дисплей для представления ему информации о состоянии оборудования, контролируемых параметрах и других характеристиках автоматизированного процесса. Сбор и преобразование в цифровую форму информации о ходе технологического процесса, поступающей от разного рода измерительных преобразователей, осуществляются измерительными контроллерами. В состав интерфейсных блоков связи и контроллеров тоже могут входить микропроцессоры, выполняющие те операции по вводу-выводу и предварительной обработке информации, которые обычно выполняет центральный процессор. При построении систем управления сложными объектами, имеющими ступенчатую (иерархическую) структуру, микропроцессорную систему управления низкого уровня связывают с выше расположенной также через интерфейсные блоки связи. Микропроцессорные системы реализованы в системах: автоматического управления расходом жидкости (САУ РЖ), автоматического контроля и автоматического регулирования (САКАР), управления технологическими, энергетическими и эксплуатационными режимами работы мобильных сельскохозяйственных агрегатов (MCA) и др. Полевые прицепные и самоходные опрыскиватели (подкормщики) оснащают устройствами автоматики, которые обеспечивают регулирование количества жидких компонентов (удобрений, химических препаратов), вносимых на единицу обрабатываемой площади. Автоматическое управление расходом жидкости осуществляется следующим образом. На основании сигналов измерительного преобразователя расхода жидкости, поступающей к распыливающей штанге, и сигналов от датчика (измерительного преобразователя пройденного агрегатом пути) контроллер вычисляет удельный расход жидкости на единицу обработанной площади (л/м2). Если этот расход отличается от заданного, то контроллер формирует импульсный командный сигнал на электродвигательный исполнительный механизм, который за счет изменения проходного сечения дросселя увеличивает или уменьшает расход жидкости, возвращаемой в бак, а следовательно, уменьшает или увеличивает расход жидкости, направляемой к сопловым аппаратам распыливающей штанги. Длительность командного импульса пропорциональна значению отклонения текущего значения удельного расхода от его заданного значения. Рисунок 1 – Обобщенная функциональная схема системы управления На рисунке 1 изображена обобщенная функциональная схема системы управления, состоящая собственно из технического объекта (ТО), которым следует управлять в соответствии с назначением его функционирования; исполнительного механизма (ИМ), изменяющего состояние x ТО при выполнении цели функционирования ТО; преобразователя информации (ПИ), вырабатывающего информацию о текущем состоянии ТО; задающего устройства, определяющего в сигнальном виде g желаемое поведение ТО, а именно, значения его выходных или регулируемых переменных y; внешней среды (ВС), отражающей происхождение аддитивных и мультипликативных внешних воздействий f на систему и отдельные ее элементы. Основополагающим функциональным элементом системы управления является регулятор, позволяющий по текущей информации о состоянии объекта и информационным сигналам о желаемом поведении объекта в соответствии с целью функционирования ТО вырабатывать управляющие воздействия, поступающие на исполнительный механизм и приводящие состояния объекта к желаемым значениям. В цифровых системах управляющие воздействия вырабатываются на основе обработки информации об измерениях и желаемого поведения регулируемых переменных с помощью микроконтроллерной техники, или другими словами, регуляторы в таких системах строятся на основе микроконтроллеров. Более гибкое решение базируется на микроконтроллерах. При этом происходит переход от «жесткой» логики алгоритмов управления к более гибкому управлению, максимально учитывающему требования конкретного применения и реализуемому программным способом. Применяемая для управления микро-ЭВМ состоит из центральной части (процессор и память) и ряда периферийных устройств, обеспечивающих связь микро-ЭВМ с управляемым объектом. Системы управления, реализованные на основе микро-ЭВМ, имеют меньшие габариты, чем реализованные с применением аппаратных методов, значительную гибкость, требуют небольшого числа функциональных модулей, однако обладают меньшим быстродействием, определяемым последовательным характером вычислений. Преимущества и недостатки Преимущества микропроцессорных систем управления, вследствие реализации широких возможностей микропроцессорных систем возможно создание комплексной системы управления агрегатами автомобиля (например, двигателем, сцеплением, коробкой передач); при необходимости обеспечивается корректирование алгоритма управления как при развитии системы, так и в рамках существующей системы. С их помощью возможна реализация алгоритма управления любой сложности. При этом может быть учтено большое количество внешних параметров (помимо традиционно принимаемых во внимание частот вращения вала двигателя, выходного вала трансмиссии и нагрузки двигателя) таких, например, как производные этих параметров по времени, температурный режим двигателя, температура масла, полная масса автомобиля и т. д.. Недостатки · для каждой новой задачи ее надо проектировать и изготавливать заново. (длительный, дорогостоящий, требующий высокой квалификации исполнителей процесс). Шина управления в отличие от шины адреса и шины данных состоит из отдельных управляющих сигналов. Чувствительность к помехам, которые могут вызывать сбои в работе системы. Одной из основных проблем создания микропроцессорных систем является разработка и реализация оптимального алгоритма управления. Многие различные микропроцессорные системы отличаются одна от другой в основном составом датчиков и видом алгоритма функционирования, который зависит от целевого назначения системы и сложности решаемых ею задач. В системе управления с обратной связью функцию автоматического регулятора или корректирующего устройства может выполнять цифровой компьютер. Поскольку ввод информации в компьютер осуществляется через определенные интервалы времени, то необходимо разработать спец метод математического описания и анализа качества ЦСУ. ЦСУ оперирует с данными, получаемыми из непрерывного сигнала путем выборки его значений в равноотстоящие моменты времени. В результате этого получается временная последовательность данных, называемая дискретным сигналом. Эту последовательность можно преобразовать, используя преобразование Лапласа. Таким образом, достаточно просто можно определить характеристики замкнутой системы управления, в которой компьютер выполняет функции корректирующего устройства или автоматического регулятора. Компьютер при этом по определенной программе обрабатывает представленную в цифровой форме ошибку и выдает на выходе также цифровую форму. Программа управления может быть подготовлена так, что показатели качества регулирования будут близкими к заданному. Включение цифровой системы управления в контур управления позволяет осуществить весьма сложные алгоритмы управления, которые невозможно технически реализовать аналоговыми средствами. Гибкость. Переход от одного алгоритма управления к другому сводится к перепрограммированию и не требует замены технических средств. Высокая помехозащищенность. Меньшие габариты, веса. Отсутствие дрейфа нуля недостатки: дороговизна относительно механических (ручных) систем управления как в ремонте так и в обслуживании - для предприятия проще купить новый модуль чем ремонтировать старый. Относительно механики достаточно капризна к внешним условиям влажность запылённость и тд. В настоящее время все современные электроприводы выпускаются с применением быстродействующих цифровых сигнальных процессоров с программным управлением. Поэтому будущее электропривода за цифровыми системами управления. Литература 1. Инфопедия [электронный ресурс] https://infopedia.su/20x7180.html 2. Студопедия [электронный ресурс] https://studopedia.ru/18_26948_kompyuternie-sistemi-upravleniyaproizvodstvom.html 3. Преобразовательная техника. Учебное пособие с.с. 192-195 4. Научная библиотека [электронный ресурс] https://scask.ru/a_book_tau.php?id=11