Алгоритмы сбора данных и управления
Алгоритм работы автоматизированной системы имеет циклический характер и может быть представлен схемой, изображенной на рис. 4.14. Особенности реализации отдельных его частей (блоков) пояснены ниже.
1. При сборе данных с датчиков (блоки 2 и 3 алгоритма) возникает задача расчета значений измеряемых величин. Измерительные каналы имеют структуру, изображенную на рис. 4.9. Функции преобразования датчиков линейны Y=A⋅X, а функции преобразования АЦП в соответствие с (2.1) имеют вид Z=[(Y+0.5)/h]=[(Y+0.5)/(D/2N)]=[2N×(Y+0.5)/D]=[Y×(2N/D)+2N-1/D], где N-разрядность АЦП; D – входной диапазон АЦП; [⋅] – операция выделения целой части. Следовательно, полная функция преобразования измерительного канала будет иметь вид Z=[X×A×(2N/D)+2N-1/D], а приближенное значение X можно вычислять по формуле X≈(Z×D)/(A×2N)-0.5/A.
Для датчика, измеряющего «биения» вала, чувствительность A=2 В/мм, а для датчика, измеряющего положение каретки, A=0.00167 В/мм. АЦП, используемые в обоих измерительных каналах, идентичны, и имеют N=12 и D=10 В. Следовательно, формулы для расчетов значений измеряемых величин:
• X=0.0012⋅Z-0.25 мм – для канала измерения «биений» вала;
• X=1.4619⋅Z-299.4 мм – для канала измерения положения каретки.
2. Измерение положения каретки (блок 2 алгоритма) выполняется многократно (n=30) с максимально возможной частотой, расчет значения измеряемой величины выполняется в соответствие с формулой (4.8) по «скользящему» алгоритму, рассмотренному в разделе «Оптимизация циклических расчетных алгоритмов». При управлении перемещением подвижной каретки (блок 2 алгоритма) используется алгоритм П-регулятора. Этот алгоритм работает в дискретном времени, поскольку электродвигатель способен воспринимать управляющие воздействия, поступающие на его вход с периодом не меньше Δt2=0.2 сек. Завершение перемещения каретки (блок 2 выполняется при одновременном достижении двух условий: 1) абсолютное значение ошибки позиционирования не превышает Lш=10 мм; 2) абсолютное значение скорости перемещения не превышает Lш/Δt2=10 мм/0.2c=50 мм/с. Для достижения необходимой «точности» управления значение коэффициента пропорционального усиления П-регулятора должно выбираться из условия Kп≤1/Δt2.
3. Измерение биений вала (блок 3 алгоритма) в каждом сечении выполняется n=88 раз с периодом ΔT изм=0.01 с. После измерений (блок 4) выполняется сглаживание выборки методом медианной фильтрации по 3 точкам и отображение графика биений на экране МК, а также контроль выборочных значений на выполнение условия |Zi-2.5|<3.
4. Перемещение каретки осуществляется на роликах радиусом R=25 мм, следовательно максимальная скорость перемещения составит |Vmax|=80×2πR=209 мм/c, а обратная функция преобразования канала управления кареткой U=V/41.8+5 В⋅с/мм.
Рис. 4.14. Общий алгоритм
Рис. 28.Инициализация работы
Рис. 29. Перемещение каретки
Рис. 30. Обработка результатов измерения
биений вала
Рис.31. Расчет нового положения каретки
Вопросы и задания 12-15
1. С какой частотой целесообразно оцифровывать звук?
2. Функция преобразования датчика Y=A⋅X+B, погрешность на выходе равна Δ. Пересчитайте ее на вход.
3. Почему для управления кареткой достаточно П-регулятора? Придумайте условия, при которых потребовался бы ПД-регулятор.
4. Придумайте пример сигнала, который может быть измерен и обработан и как цифровой, и как аналоговый.
5. Сгладьте выборку (1, 5, 2, 4) методом «скользящего среднего по 3 точкам» и методом «медианной фильтрации по 3 точкам».
6. Является ли индуктивной функция «Сумма четных членов ряда»?