Передаточная функция разомкнутой цифровой САУ, состоящей из нескольких последовательно соединенных типовых звеньев, реализуется за счет последовательного выполнения соответствующих подпрограмм. Полученный таким образом эквивалентный цифровой фильтр (ЦФ) тоже будет соответствовать каскадному соединению цифровых фильтров первого порядка.
Для коэффициентов ЦФ отведена область внутреннего ОЗУ, начиная с адреса 40 h. Коэффициенты расположены в памяти в соответствии с порядком вызова звеньев в управляющей программе.
По ниже указанным адресам ячеек внутреннего ОЗУ записываются:
30 h – число точек, выводимых в ЦАП для наблюдения;
31 h – уровень ступенчатого входного сигнала САУ;
32 h – множитель N интервалов по 250 мкс периода дискретизации 
;
33 h – счетчик цикла вывода в ЦАП;
34 h – множитель частоты для синусоидального входного сигнала САУ.
Для выполнения лабораторной работы следует ввести и оттранслировать управляющую программу:
ORG 4000h
JMP START
ORG 400Bh
JMP TMSAU;обработка прерывания таймера Т0
START: CALL INITT0;настройка прерываний от таймера Т0
M: CALL NUST;вывод в ЦАП кодов 128,0,255,128,(40 h)
L: MOV R2,#0
MOV B,31h;входное воздействие
CALL ХХХ;ХХХ – имя подпрограммы включаемого звена
CALL VVV;VVV – имя подпрограммы включаемого звена
CALL ZZZ;ZZZ – имя подпрограммы включаемого звена
;количество звеньев ограничено частотой дискретизации
CALL OUTDAC;вывод выходной величины в ЦАП
DJNZ 33h,L
JMP M
END
Визуализация результата моделирования цифровой системы на экране осциллографа сопровождается маркерами нулевого, минимального и максимального уровней шкалы ЦАП, а также уровня ступенчатого воздействия.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с описанием.
2. Исследовать отклик разомкнутой САУ на ступенчатое воздействие при постоянной частоте дискретизации 1 кГц. Варьируя коэффициенты ЦФ определить диапазон изменения характерных частот.
Рассмотреть следующие варианты включения звеньев:
– одно типовое звено (5 типов) 
;
– два апериодических звена;
– астатическая САУ (интегратор и апериодическое звено);
–астатическая САУ (инерционный интегратор и форсирующее звено).
3. Исследовать отклик САУ на воздействие в виде отрезка синусоиды. Для этого в управляющей программе после метки N вставить команду CALL FSIN. Множитель частоты задавать в пределах 1...8.
Примечание: Отклик системы содержит свободную и вынужденную составляющие.
Содержание отчета
Осциллограммы откликов на ступенчатое воздействие типовых звеньев и их комбинаций. Указать связь введенных коэффициентов и частот среза звеньев. Построить ЛЧХ, соответствующие выбранному интервалу дискретизации.
Осциллограммы откликов на синусоидальное воздействие с указанием параметров исследуемых звеньев.
Оценка времени выполнения программ цифровой фильтрации и диапазона реализуемых значений частот среза типовых звеньев.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАМКНУТЫХ
ЦИФРОВЫХ САУ
Один из возможных вариантов структурной схемы замкнутой цифровой САУ показан на рис. 10. Здесь сигнал ошибки вырабатывается в аналоговой форме. Основной частью системы является микроЭВМ, реализующая алгоритм выработки управляющего воздействия (корректирующий фильтр). Техническая реализация предполагает использование микроконтроллера с встроенными периферийными устройствами (многоканальный АЦП, ЦАП, таймеры).
|
| Рис. 10. Схема цифровой САУ |
Операцию сравнения задающего воздействия и выходной величины можно производить над их цифровыми эквивалентами после аналого-цифрового преобразования.
В лабораторной работе исследуются замкнутые системы автоматического управления с корректирующим фильтром, реализованным в виде набора подпрограмм.
При моделировании принята последовательная структура САУ с цифровым сравнивающим устройством. Сигнал ошибки в канале управления вычисляется с привязкой по времени к частоте дискретизации, задаваемой таймером 
. Величина периода дискретизации составляет 
мкс. Значение N должно быть записано в ячейку внутреннего ОЗУ микро ЭВМ с адресом 32 h.
Системная функция замкнутой САУ при отсутствии местных обратных связей имеет вид: 
, причем 
определяется набором звеньев разомкнутой системы. Можно считать, что на входе каждого звена действует собственный импульсный элемент, поэтому соответствующие системные функции записывают в виде произведения, в отличие от непрерывной части САУ, для которой необходимо находить 
преобразование от весовой функции последовательно включенных непрерывных звеньев.
Для устойчивости САУ полюсы системной функции должны лежать внутри круга единичного радиуса. Частотные характеристики с использованием абсолютной псевдочастоты 
могут быть получены подстановкой в системную функцию 
. Следует отметить, что передаточную функцию цифроаналогового преобразователя 
, исполняющего роль экстраполятора нулевого порядка, включают последовательно в передаточную функцию непрерывной части системы.
Временное запаздывание, вносимое в канал управления программой моделирования 
должно быть меньше интервала дискретизации . Учет этой задержки производят включением в приведенную передаточную функцию непрерывной части САУ звена "чистого" запаздывания с передаточной функцией 
. На практике в цифровых системах часто принимают 
.
Оценку качества цифровой САУ выполняют непосредственным построением переходного процесса с использованием 
преобразования. Точность работы САУ в установившемся режиме можно оценить по коэффициентам ошибок, разложив в ряд Маклорена функцию 
. Здесь 
– системная функция разомкнутой САУ.
Значения соответствующих коэффициентов при 
дают ошибки по положению, скорости и т.д. Например, для 
получим 
, откуда следует, что ошибка по положению равна нулю.
Для наблюдения динамической ошибки в лабораторной работе используется задающее воздействие синусоидального вида, что обеспечивает наличие составляющих по скорости и ускорению.
Моделирование замкнутой цифровой САУ.
Модели типовых звеньев представлены подпрограммами: APZ 1, INTР, INTТ, INTРI, FRZ.
Модель замкнутой САУ главная обратная связь реализуется подпрограммой EPS, в которой осуществляется сравнение задающего воздействия с выходной координатой последнего из каскадно-включенных звеньев ЦФ. Вычисленная ошибка подается на вход САУ в качестве 
входного сигнала.
Синхронизацию процесса определения сигнала ошибки САУ обеспечивает подпрограмма OUTDAC, которая выполняет задержку до начала следующего интервала дискретизации.