Цифровое управление - Digital control

Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Сентябрь 2020) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Цифровое управление это филиал теория управления который использует цифровой компьютеры действовать в качестве системных контроллеров. В зависимости от требований, цифровая система управления может иметь вид микроконтроллер для ASIC к стандартному настольному компьютеру. поскольку цифровой компьютер дискретный система, Преобразование Лапласа заменяется на Z-преобразование. Поскольку цифровой компьютер имеет конечную точность (Видеть квантование ) требуется дополнительная осторожность, чтобы гарантировать погрешность коэффициентов, аналого-цифровое преобразование, цифро-аналоговое преобразование и т. д. не вызывают нежелательных или незапланированных эффектов.

С момента создания первый цифровой компьютер В начале 1940-х годов цена цифровых компьютеров значительно упала, что сделало их ключевыми элементами систем управления, поскольку их легко конфигурировать и реконфигурировать с помощью программного обеспечения, можно масштабировать до пределов памяти или места для хранения без дополнительных затрат, параметры программа может меняться со временем (Видеть адаптивное управление ) и цифровые компьютеры гораздо менее подвержены влиянию условий окружающей среды, чем конденсаторы, индукторы, так далее.

Реализация цифрового контроллера

Цифровой контроллер обычно каскадно соединен с установкой в ​​системе обратной связи. Остальная часть системы может быть цифровой или аналоговой.

Обычно цифровой контроллер требует:

• Аналого-цифровое преобразование для преобразования аналоговых входных сигналов в машиночитаемый (цифровой) формат
• Цифро-аналоговое преобразование для преобразования цифровых выходов в форму, которую можно вводить в установку (аналоговую)
• Программа, которая связывает выходы со входами

Программа вывода

• Выходы цифрового контроллера являются функциями текущих и прошлых входных выборок, а также прошлых выходных выборок - это может быть реализовано путем сохранения соответствующих значений входа и выхода в регистрах. Затем вывод может быть сформирован из взвешенной суммы этих сохраненных значений.

Программы могут иметь множество форм и выполнять множество функций.

• А цифровой фильтр за фильтрация нижних частот
• А пространство состояний модель системы действовать как государственный наблюдатель
• А телеметрия система

Стабильность

Хотя контроллер может быть стабильным при реализации в виде аналогового контроллера, он может быть нестабильным при реализации в виде цифрового контроллера из-за большого интервала выборки. Во время семплирования алиасинг изменяет параметры отсечки. Таким образом, частота дискретизации характеризует переходную характеристику и стабильность компенсированной системы и должна обновлять значения на входе контроллера достаточно часто, чтобы не вызывать нестабильность.

При подстановке частоты в оператор z обычные критерии устойчивости по-прежнему применяются к дискретным системам управления. Критерии Найквиста применимы к передаточным функциям в z-области, а также являются общими для комплекснозначных функций. Аналогичным образом применяются критерии устойчивости Боде.Критерий жюри определяет устойчивость дискретной системы относительно ее характеристического полинома.

Дизайн цифрового контроллера в s-домене

Цифровой контроллер также может быть выполнен в s-области (непрерывный). В Тастин преобразование может преобразовать непрерывный компенсатор в соответствующий цифровой компенсатор. Цифровой компенсатор будет достигать выходного сигнала, который приближается к выходному сигналу соответствующего аналогового контроллера при уменьшении интервала выборки.

${ displaystyle s = { frac {2 (z-1)} {T (z + 1)}}}$

Вывод преобразования Тастина

Тастин Паде_(1,1) приближение экспоненциальной функции ${ Displaystyle { begin {выровнено} z & = e ^ {sT} end {выровнено}}}$ :

${ displaystyle { begin {align} z & = e ^ {sT} & = { frac {e ^ {sT / 2}} {e ^ {- sT / 2}}} & приблизительно { гидроразрыв {1 + sT / 2} {1-sT / 2}} end {align}}}$

И его обратное

${ displaystyle { begin {align} s & = { frac {1} {T}} ln (z) & = { frac {2} {T}} left [{ frac {z-1 } {z + 1}} + { frac {1} {3}} left ({ frac {z-1} {z + 1}} right) ^ {3} + { frac {1} { 5}} left ({ frac {z-1} {z + 1}} right) ^ {5} + { frac {1} {7}} left ({ frac {z-1} { z + 1}} right) ^ {7} + cdots right] & приблизительно { frac {2} {T}} { frac {z-1} {z + 1}} & = { frac {2} {T}} { frac {1-z ^ {- 1}} {1 + z ^ {- 1}}} end {выравнивается}}}$

Теория цифрового управления - это метод разработки стратегий в дискретном времени (и / или) с квантованной амплитудой (и / или) в (двоичной) кодированной форме для реализации в компьютерных системах (микроконтроллеры, микропроцессоры), которые будут управлять аналоговыми (непрерывными в временная и амплитудная) динамика аналоговых систем. Исходя из этого, были выявлены и устранены многие ошибки классического цифрового управления и предложены новые методы:

• Марсело Трединник и Марсело Соуза и их новый тип аналого-цифрового картографирования^[1][2][3]
• Ютака Ямамото и его "модель пространства подъемной функции"^[4]
• Александр Сесекин и его исследования импульсных систем.^[5]
• M.U. Ахметов и его исследования об импульсивном и пульсовом управлении^[6]

Смотрите также

• Системы выборочных данных
• Адаптивное управление
• Аналоговое управление
• Теория управления
• Цифровой
• Обратная связь, Негативный отзыв, Положительный отзыв
• Преобразование Лапласа
• Контроль в реальном времени
• Z-преобразование

Рекомендации

• FRANKLIN, G.F .; Пауэлл, Дж. Д., Эмами-Наейни, А., Цифровое управление динамическими системами, 3-е изд. (1998). Ellis-Kagle Press, Half Moon Bay, CA ISBN  978-0-9791226-1-3
• КАЦ П. Цифровое управление с помощью микропроцессоров. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 293p. 1981 г.
• ОГАТА, К. Дискретно-временные системы управления. Энглвудские скалы: Прентис-Холл, 984 стр. 1987 г.
• PHILLIPS, C.L .; НАГЛ, Х. Т. Анализ и проектирование цифровых систем управления. Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall International. 1995 г.
• М. Сами Фадали, Антонио Визиоли, (2009) «Цифровая техника управления», Academic Press, ISBN  978-0-12-374498-2.
• ЖЮРИ, Э.И. Системы контроля выборочных данных. Нью-Йорк: Джон Вили. 1958 г.