7.5. Реализация цифровых регуляторов на базе цву.

Наиболее универсальным способом построения цифровых регуляторов является использование ЦВУ. При этом передаточная функция регулятора (контроллера) должна быть реализована в виде программы вычислительного устройства. Необходимо учитывать, что простейшие ЦВУ способны выполнять только арифметические операции сложения, вычитания, умножения числа на константу, а также операции запоминания и сдвига. Из (55), (56) следует, что очередное значение выходного сигнала регулятора зависит от очередного и предшествующих значений входного сигнала, а также предшествующих значений выходного сигнала. Предшествующее значение входного и выходного сигналов должны накапливаться в памяти ЦВУ, для чего в его структуре должно быть предусмотрено необходимое число ячеек памяти. Алгоритм работы контроллера должен обеспечивать в каждом такте обновление информации о предыдущих значениях входного и выходного сигналов.

Одна и та же передаточная функция регулятора может быть реализована различными программами. Они будут отличаться друг от друга числом необходимых элементов памяти, количеством вычислительных операций и операций пересылок. Это дает возможность выбрать программу реализации, в наибольшей степени соответствующую используемому ЦВУ.

Известны три основных метода формирования (метода программирования) вычислительного алгоритма (55): непосредственное, последовательное и параллельное программирование.

1. Непосредственное программирование.

Пусть порядок числителя и знаменателя передаточной функции равны, т.е.l=k, тогда ее можно представить в виде:

Введем в рассмотрение фиктивную переменную y(z), равную:

(60)

тогда . Выражение (60) преобразуем к виду:

(61)

На основании (60), (61) можно сформулировать структурную схему непосредственного программирования , наглядно отражающую вычислительный алгоритм (рис. 48).

Рис. 48. Структурная схема непосредственного

программирования

Используя приведенную схему, легко составить разностное уравнение, описывающего работу регулятора:

Приведенные зависимости используются при программировании контроллера, реализующего требуемую передаточную функцию .

Пример 33. Необходимо составить структурную схему непосредственного программирования, если:

Полагаем , тогда:

.

Структурная схема вычислительного процесса, построенная на основании полученных уравнений, приведена на рис. 49.

Рис. 49. Структурная схема алгоритма к примеру 33

2. Последовательное программирование.

Следуя этому методу, передаточную функцию необходимо представить в виде произведения простейших передаточных функций, каждая из которых реализуется своей программой, например, с использованием непосредственного программирования:

.

Чаще всего в качестве сомножителей в (62) рассматриваются следующие элементарные передаточные функции:

;;.

Пример 34. Необходимо составить структурную схему последовательного программирования, если:

.

Представив заданную передаточную функцию в виде:

легко построить искомую структуру (рис. 50).

Рис. 50. Структурная схема алгоритма к примеру 34

3. Параллельное программирование.

При таком виде программирования передаточная функция представляется в виде суммы элементарных передаточных функций:

.

В зависимости от вида передаточные функциимогут иметь, например, следующий вид:

;,

где j=1,2,3,…

Пример 35. Необходимо составить структурную схему параллельного программирования для , приведенной в предыдущем примере.

Представим заданную передаточную функцию в виде:

Соответствующая структурная схема приведена на рис. 51.

Рис. 51. Структурная схема алгоритма к примеру 35