Схема и особенности работы цифровых систем управления (ЦСУ). Теорема отсчетов Котельникова-Найквиста. Достоинства и недостатки ЦСУ.

На рис.48 приведена структурная схема замкнутой цифровой системы управления.

Рис.48 Структурная схема замкнутой цифровой системы управления

В состав этой схемы входят следующие блоки:

АЦП - аналого-цифровые преобразователи, преобразующие непрерывные сигналы x(t), y(t) в последовательность чисел x(n), y(n), соответствующих значению сигналов x(t), y(t) в определенные моменты времени ,

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, преобразующий поступающую на его вход последовательность чисел u(n) в непрерывный сигнал u(t),

ЭВМ - электронно-вычислительная машина, обрабатывающая по определенной программе поступающие на ее входы числа x(n) и y(n).

ОУ - объект управления, на который действует управляющее воздействие u(t).

Состояние объекта характеризуется его выходным сигналом y(t).

Сигналы x(n), u(n) и y(n) называют цифровыми сигналами.

Для нормальной работы цифровых систем управления отсчеты из непрерывных сигналов x(t) и y(t) должны осуществляться с частотой F_д, величина которой должна быть больше определенной частоты, определяемой из теоремы отсчетов Котельникова-Найквиста.

Теорема отсчетов гласит: непрерывный сигнал может быть точно восстановлен по его отсчетам, если отсчеты берутся с частотой F_д>2F_макс, где F_макс - максимальная частота спектра непрерывного сигнала.

Частоту отсчетов из сигнала F_д называют обычно частотой дискретизации.

На рис.49 приведена временная диаграмма непрерывного сигнала x(t) и отсчеты из него x(n), взятые через период дискретизации T, связанный с частотой дискретизации соотношением T=1/F_д.

Современные системы автоматического управления строятся в основном как цифровые системы. Это объясняется тем, что цифровым системам присущи определенные достоинства:

n высокая точность управления,

n возможность управления по сложным алгоритмам, включающим адаптацию, самонастраивающиеся процедуры, контроль и диагностику неисправностей,

n высокая стабильность параметров,

n возможность оперативно изменять алгоритмы и программы управления,

n высокая технологичность при изготовлении и идентичность характеристик различных экземпляров цифровых систем управления.

К недостаткам цифровых систем следует отнести:

n ограниченный частотный диапазон обрабатываемых сигналов,

n высокая стоимость цифровых систем управления даже при простых (примитивных) алгоритмах управления объектами.

Из-за указанных недостатков реальные системы управления строятся как на аналоговой, так и на цифровой элементной базе.

Рис.49 Временные диаграммы непрерывного x(t) и цифрового x(n) сигналов