Ограничение управляющего сигнала

Определение частоты выборки в системах управления

Определение адекватной частоты выборки для процесса управления представляет собой нетривиальную задачу и скорее может рассматриваться как искусство, чем наука. Слишком малая частота выборки может снизить эффективность управления, в особенности способность системы компенсиро­вать возмущения. Однако если интервал выборки превосходит время реакции процесса, возмущение может повлиять на процесс и исчезнуть прежде, чем регулятор инициирует корректирующее действие. Поэтому при определении частоты выборки важно учитывать как динамику процесса, так и характеристики возмущения.

С другой стороны, частота выборки не должна быть слишком высокой, так как это приведет к повышенной загрузке компьютера и износу исполнительного механизма. Таким образом, определение частоты выборки представляет собой компромисс между требованиями динамики процесса и доступной производительностью компьютера и других технологических механизмов. Стандартные цифровые регуляторы, работа­ющие с небольшим числом контуров управления (от 8 до 16), используют фиксиро­ванную частоту выборки порядка долей секунды.

На частоту выборки также влияет соотношение сигнал/шум. При малых значениях этого соотношения, т. е. при больших шумах, следует избегать высокой частоты выборки, потому что отклонения в измерительном сигнале скорее связаны с высоко­частотным шумом, а не с реальными изменениями в физическом процессе.

Главная задача первичной обработки сигнала заключается в его оцифровке и последующем восстановлении по набору дискретных значений. Теорема дискретизации не учитывает продолжительность вычислений для восстановления сигнала, и в теории это время может быть бесконечным. Более того, сигнал, анализируемый этой теоремой, считается периодическим, а в реальных системах управления это обычно не так. Эти факторы также влияют на частоту выборки.

Выходной сигнал регулятора должен иметь ограниченную амплитуду по крайней мере по двум причинам. Во-первых, амплитуда выходного сигнала не может превышать диапазон ЦАП на выходе компьютера; во-вторых, рабочий диапазон исполнительного механизма всегда ограничен. Клапан нельзя открыть больше, чем на 100 %, на двигатель нельзя подавать неограниченный ток и напряжение. Поэтому алгоритм управления должен включать какую-либо функцию, ограничивающую выходной сигнал.

В некоторых случаях должна быть определена зона нечувствительности, или мертвая зона. Если используется регулятор с алгоритмом приращений, то изменения управляющего сигнала могут быть настолько малы, что исполнительный механизм не сможет их обработать. Если управляющий сигнал достаточен для того, чтобы воздействовать на исполнительный механизм, целесообразно избегать малых, но частых срабатываний, которые могут ускорить его износ. Простым решением является суммирование малых изменений управляющей переменной и выдача управляющего сигнала исполнительному механизму лишь после того, как будет преодолено некоторое пороговое значение. Разумеется, зона нечувствительности имеет смысл, только если она превосходит разрешение ЦАП на выходе компьютера.

Дата добавления: 2014-01-07