Есть конспект?
Пришлите нам!

Часть 1. Программное управление

 

1.1 Общие понятия

 

Кибернетика – наука, изучающая процессы управления в сложных динамических системах.

Целью кибернетики является изучение и оптимизация систем управления. Основные разделы: теория информации, теория алгоритмов, теория автоматов, теория игр. Типы систем управления: биологическая, техническая и экономическая.

Объект изучения кибернетики – информация, ее восприятие, хранение, преобразование и использование для управления и регулирования.

Слово «кибернетика» происходит от древнегреческого «кибернетес» - рулевой, управляющий. Норберт Винер – авмериканский математик, который впервые сформулировал идеи новой науки в книге «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», которая была опубликована в 1948 году.

Ученый А.Н. Колмогоров определил кибернетику, как науку, которая « …. занимается изучением систем любой природы, способных воспринимать, хранить, перерабатывать информацию. И использовать ее для управления и регулирования».

 

В данной книге рассматривается технический тип системы управления кибернетики, т.е. ситема управления приводами машин.

Привод – это устройство, преобразующее один вид энергии в другой, используемый человеком. Нет идеальных приводов. Поэтому на каждом этапе преобразования энергии, неизбежно, возникают потери энергии.

 

 

 


Рис. 1.1Схема преобразования

энергий.

 

 

 

 

 

 


Необходимость преобразования одного вида энергии в другой, прежде всего, вызвано свойством энергии и умением человека использовать данный вид энергии на данном этапе развития техники. Например, электрическая энергия удобна для транспортировки и распределения. Ее так же удобно преобразовывать в механическую, световую или тепловую энергию. Однако для получения больших сил удобнее использовать гидравлическую энергию. Пневматическая энергия удобна для для получения механической энергии с многократным поступательным движением, что очень важно для автоматизации производства.

 

 


Рис. 1.2 Пневматический цилиндр.

 

 

 

 

Таблица 1.1 Распространенные приводы.

Энергия 1

Энергия 2

Привод

тепловая

механическая

турбина

механическая

электрическая

генератор, пьезокристалл

электрическая

механическая

эл. мотор, эл. магнит, пьезокристалл

электрическая

тепловая

эл. плита, эл. радиатор, нагревательный элемент

электрическая

световая

лампа

электрическая

пневматическая, гидравлическая

компрессор,

насос

пневматическая, гидравлическая

механическая

цилиндр, пневмо- или гидромотор

 

Исполнительное устройство – устройство, которое управляет приводом.

 
Для включения электрического мотора используют магнитный пускатель (пусковое реле).

 

 

 

 

 

Рис. 1.3  Схема включения 3-фазного

асинхронного двигателя.

 

 

 

Для изменения направления вращения асинхронного электродвигателя необходимо использовать изменение чередования фаз. Для сложных многократных включений электрического мотора применяют тиристорные ключи. Наиболее современными исполнительными устройствами для управления асинхронных электродвигателей являются частотные преобразователи, с помощью которых возможно задание различных режимов запуска и остановки, а так же регулирование скорости вращения. Частотные преобразователи являются электронными устройствами, имеющими собственный процессор и память. Таким образом, эти устройства являются программируемыми и относить их к классу исполнительных устройств возможно только условно.

Для точного позиционирования электрического привода используют специальные шаговые электродвигатели, у кторых определенный угол поворота соответствует одному импульсу управляющего сигнала.

Пневматические и гидравлические приводы управляются спомощью распределителей.

 

 
 

 

 


Рис. 1.4  Схема работы

 распределителя.

 

 

 

Под действием внешних сил (управляющего сигнала) рапределитель изменяет направление потока воздуха или жидкости, тем самым меняется направление движения поршня цилиндра. Из-за свойства сжимаемости воздуха, пневмопривод, практически, очень сложно позиционировать. Жидкость, напротив, практически не сжимается. Для точного позиционирования гидропривода используют пропорциональные распределители.

 

 

 

 

 

 

Информация (от латинского Informatio – разъяснение, осведомление) – определенные сведения, совокупность некоторых данных.

Примеры источников информации: книги (буквы и цифры, слова), граммофонные пластинки, магнитные ленты, фотоснимки, компьютерные носители информации и т.д.

 

 

 

 

 


Рис. 1.5 Образ информации.

 

 

 

 

Информация состоит из знаков информации. Несколько знаков информации образуют слова информации.

Подпись: 123
 

 


Рис. 1.6  Прмер знаков информации.

 

Информация может быть закодированна. Кодировка информации- это договоренности по восприятию информации. Например, кивок головы означает согласие. Однако, некоторые народы воспринимают это, наоборот, как несогласие. Знак «точка тире» в азбуке Морзе означает букву «А».

 

Подпись: SOS      • • •  ---  • • •
 

 

 


Рис. 1.7  Прмер кодировки с помощью азбуки Морзе.

 

Информацию можно измерить. Наименьшей еденицей информации является 1 бит. 1 бит соответствует логическому состоянию «истина» или «ложь». В электротехнике 1 бит соответствует состоянию «включено» или «выключено». Числовоя соответствие выражению «истина» - это число 1, а «ложь» - 0. Это означает, что логическая информация может быть представлена с помощью двоичных чисел. При этом необходимо понимать, что состояние 0 – это тоже информация!

1 БИТ (Bit) – наименьшая еденица информации, разряд (место) двоичного числа. Бит может принимать значения только 0 или 1.

 

Подпись:

 

Рис. 1.8  Образ 1 бита информации.

Процесс передачи и приема информации неразрывно связан со средой. Средой информации может быть любой вид энергии. Например, для того чтобы прочитать книгу, то ее необходимо видеть. Для того, чтобы услышать- необходимы колебания вохдуха. Для радиотрансляции нужны электромагнитные волны.

 

Сигнал– физический процесс передачи информации, характеризующийся изменением физических величин во времени. В технике сигналы различаютя по форме и по среде передачи.

 В процессе передачи информации участвуют источник и приемник информации, которые связаны между собой средой передачи информации.

 

Датчикисточник информации. Это устройство, которое преобразует знаки информации в физические  величины (обычно, в электрические), воспринимаемые получателем информации.

Датчики подразделяются по форме производимого сигнала (дискретные или аналоговые) и по типу исходной  энергии: магнитные, световые, индуктивные, емкостные, ультрозвуковые и т.д. Принципиально датчики также являются преобразователями энергии.

 

 

 


Рис. 1.9  Электронные датчики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.10 Однолучевой световой датчик.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазы управления объктом.

Допустим человек желает нагреть воду до 50º С.  Проанализироем процессы, которые связанны с поставленной задачей. Приводом, которым должен управлять человек, является электроплита. Исполнительное устройство- переключатель. Источник информации – градусник.

 

 

 

 

 

Подпись:

 

 

 

 

Рис. 1.11 Фазы управления.

 

 

 

Для того, чтобы воздействовать на переключатель плиты, то прежде необходимо знать температыру воды. Это возможно узнать с помощью градусника. Полученная информациия обрабатывается в соответствии с поставленной задачей и принимается решение. На основе решения выдается приказ (сигнал мышцам) на переключение. Вследствии воздействия на переключатель плиты вода нагревается или охлаждается. Таким образом различают три фазы управления объектом:

  1. Получение информации
  2. Обработка информации по заданной программе и выработка приказов
  1. Воздействие на объект через исполнительные устройства

 

Аналогичным образом происходит управление объектами или процессами в технике. Для управления используются специальные технические устройства, которые способны обрабатывать поступающую информацию на вход устройства по заданной программе. Приказы в виде управляющих сигналов воздействуют на исполнительные устройства объекта управления.

Наиболее современными программируемыми устройствами являются контроллеры. Их задача- это управление техническими объектами и процессами.

Подпись:

 

 

 

Рис. 1.12 Фазы работы контроллера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Управление объектом или процессом по заданной программе называется программным управлением.

Процессор - это устройство, которое обрабатывает информацию по заданной программе.

Программа - это список приказов, которые выполняются при определенных условиях и в определенной последовательности.

LD            S1           Первичная загрузка состояния S1

    O               S2            ИЛИ S2     

AN            B2            И НЕ В2

=               K1            тогда включить К1

 

LD         ………        Следующий блок

……………..

=          ………

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1.13 Пример программы.

 

Различают жесткие и гибкие программы. К жестким программам относятся аппаратные устройства (электрические или пневматические схемы), имеющие специальное предназначение и работающие по заданной программе. Гибкими программами являются такие программы, которые хранятся в электронной памяти.

Подпись:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.14 Жесткие и гибкие программы.

 

Основным различием между гибкой и жесткой программой состоит в том, что для перепрограммирования гибкой программы (замены новой программой) не требуется нового монтажа.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru