ta—период цикла преобразования.

Остальные обозначения соответствуют (2.1).

Высокие технические характеристики свойственны структуре, приведенной на рисунке 2.2б, хорошее качество преобразования обеспечено теми же функциональными блоками, которые были включены в состав структуры, приведенной на рисунке 2.2а. Очевидно, что производительность системы сбора данных, построенной по структуре, изображенной на рисунке 2.2б, находится в прямой зависимости от быстродействия АЦП и ограничена его динамическими параметрами, поэтому в подобных системах необходимо применять АЦП с максимальным быстродействием. Применение дополнительных элементов для обработки аналоговых сигналов мультиплексоров, схем выборки — хранения ухудшает точностные характеристики системы в целом.

Практически идентичными характеристиками по сравнению со структурой, изображенной на рисунке 2.2б, обладает СОД со структурной схемой, изображенной на рисунке 2.2в.

Наиболее простой, но обеспечивающей относительно низкое качество преобразования, является СОД , структурная схема которой представлена на рисунке 2.2г. Она хороша при высоких уровнях и полной идентичности сигналов с датчиков.

2.2.1.Характеристика решаемых задач ИУВС

Сучетом приведенной структуры модуля ИУВС, типовые задачи, решаемые ИУВС, классифицируются следующим образом:

1)ввод и предварительная обработка входной информации в УСО;

2)обработка входной информации в микроЭВМ;

3)решение основных функциональных задач и выработка управляющих воздействий в микроЭВМ;

4)диагностирование ИУВС;

5)вывод управляющих воздействий;

6)обмен информацией через ЛВС.

2.2.1.1. Ввод и предварительная обработка информации в устройстве

сопряжения с объектом

При решении задач этого класса основными целями обработки входной информации в УСО являются предварительная фильтрация входных сигналов и приведение входной информации к стандартной для микроЭВМ ИУВС форме.

Преобразование входной информации и сигналов, заданных в виде напряжений, токов, углов поворотов валов и так далее, осуществляется в большинстве случаев стандартными средствами.

2.2.1.2. Обработка входной информации в микроЭВМ

Этот класс задач, решаемых ИУВС, представляет собой этап обработки информации, связанный с контролем правильности приема входной информации; сглаживанием (фильтрацией) входной информации для выявления полезного сигнала на фоне помех.

Для сглаживания входная информация, описывающая состояние объекта управления, поступает в микроЭВМ в виде дискретных или решетчатых функций. Дискретная функция — функция f(t), получившаяся в результате выборки в моменты времени t=nTo (где То— шаг дискретизации; n—

натуральный ряд чисел) данных с датчика входной информации. Таким образом, в микроЭВМ ИУВС должны быть реализованы алгоритмы сглаживания дискретных функций, искаженных помехами, которые обусловлены случайными ошибками измерения. Реализация алгоритмов сглаживания сводится к нахождению такой функции F(t), которая дает наилучшее приближение к заданной. Вид функции F(t) зависит от характера изменения во времени параметров состояния объекта управления.

Для широкого класса типов объектов управления в качестве сглаживающей функции выбирается полином s-й степени:

где ai — коэффициенты, полученные для выбранного типа интерполяции

(Лагранжа, Ньютона, Эверетта, Стирлинга, Бесселя, Гаусса, сплайн-функции). Значение количества фиксированных выборок N , используемых для

интерполяции, связано с динамикой изменения состояния объекта управления. При большом N увеличивается наблюдательное время Т=NTo , при малом N

увеличивается ошибка сглаживания. Таким образом, при выборе алгоритма сглаживания ищется компромисс между допустимой ошибкой сглаживания и требуемой реакцией ИУВС на изменение состояния объекта.

2.2.1.3. Решение основных функциональных задач и выработка управляющих воздействий в микроЭВМ

Этот класс задач, решаемых ИУВС, наиболее объемный. Он включает в себя следующие независимые программно-логические блоки, управляемые супервизором (главным программным диспетчером):

-распределение ресурсов ИУВС;

-выбор источников и потребителей информации;

-прогнозирование изменения состояния объекта контроля по его характеристикам и измеренным параметрам и выработки управляющих

воздействий;

-информационный обмен в ЛВС;

-взаимодействие с оператором, в том числе – вывод информации;

-автоматическое слежение и адаптация системы к изменяющимся условиям. По содержанию решения этих задач их можно разделить на два типа

функциональных задач.

Тип I. К этому типу задач относится задача преобразования координат системы измерений в систему координат исполнительных элементов, так как в силу конструктивных и технологических ограничений пространственное положение датчиков входной информации и исполнительных элементов, оказывающих непосредственное воздействие на объект управления, различно.

Необходимость в пересчете, преобразовании (масштабировании) входных данных вызывается также невозможностью непосредственного измерения какого-либо параметра η. В этом случае значение η можно оценить косвенно по измеряемым значениям χ1, χ2, …,χn, при условии существования возможности

однозначного выражения в виде η =f(χ1, χ2, …,χn). Например, для определения влажности на объекте необходимы две измеряемых температуры: температура tc сухого и температура tв влажного термометров. Тогда влажность можно вычислить по известной формуле: С=km(tc- tв), где km – коэффициент

перерасчета (масштаба).

Тип II. Этот тип задач наиболее представителен и включает в себя задачи: а) прогнозирования; б) функционального преобразования;

в) логического управления; г) взаимодействия оператора с ИУВС.

Приведенное разделение является условным, но охватывает значительный объем встречающихся на практике задач.

Характерными задачами прогнозирования являются задачи управления технологическими процессами. Суть решения задачи заключается в определении динамических параметров (производных), характеризующих объект управления, экстраполяция функции поведения объекта по заданному параметру.

Для решения задач подобного типа используют различные итерационные методы. Однако при построении специализированных ИУВС целесообразным является применение не традиционных, а применительно к конкретной задаче конкретных способов решения.

В ИУВС особое место занимают задачи функционального преобразования. Необходимость реализации этих задач вызывается:

-сложностью выражений, полученных аналитическим путем, и, как следствие, трудностями при их реализации в микроЭВМ ИУВС;

-экспериментальным характером получения функциональных зависимостей.

Как в первом, так и во втором случаях основными способами представления функциональных зависимостей являются табличный способ с интерполяцией и способ аппроксимирующих многочленов. Выбор способа интерполяции обусловлен характером функциональной зависимости и допустимой ошибкой получения функции. Наиболее часто используются линейные и квадратичные формулы с постоянным шагом интерполяции.

Аппроксимация производится по экспериментально полученным или заданным в виде таблиц или графиков функциональным зависимостям. Степень аппроксимирующего многочлена определяется на этапе проектирования ИУВС экспериментально, исходя из заданной погрешности.

Решение большого количества задач в микроЭВМ ИУВС связано с логическим управлением состояниями объекта. Наиболее часто встречаются ИУВС, относящиеся к категории систем управления с памятью, в которых набор выходных сигналов, вырабатываемый в некоторый отрезок времени, зависит не только от входных сигналов, поступивших в тот же момент, но и от сигналов, принятых ранее.

Иначе: совокупность управляющих сигналов, вырабатываемых ИУВС, определяется не только входными сигналами, но и внутренними состояниями автомата. Соответственно, управляющие воздействия могут быть выработаны в соответствии с системой функций выходов и переходов автомата.

Таким образом, в микроЭВМ ИУВС должна быть программно реализована адекватная модель реального объекта управления.

Задачи взаимодействия оператора с ИУВС разделяются на задачи:

-выработки информационных сообщений о состоянии объекта управления, ИУВС и о режиме работы;

-взаимодействия с оператором как элементом системы автоматического регулирования.

При решении первой группы задач вырабатываются информационные сообщения, непосредственно не влияющие на взаимодействие ИУВС с объектом управления, но дающие оператору дополнительные данные о характеристиках процесса управления. Например, при выводе станции на рабочий режим в зимнее время осуществляется автоматическое изменение температуры нагревательных элементов, однако при этом оператору могут выдаваться сообщения о времени окончания процесса, о температуре в данный момент времени.

Используемые в ИУВС алгоритмы для формирования информационных сообщений не требуют, как правило, высокой точности реализации, и допустимое время их выработки не является определяющим для системы в целом.

При решении второй группы – при реализации взаимодействия ИУВС с оператором как элементом системы автоматического регулирования – динамика оператора в ряде случаев может быть описана в виде передаточной функции