СОДЕРЖАНИЕ

ИНФОРМАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Одной из важнейших задач, возникающих при создании систем для контроля и управления объектами и технологическими процессами, является задача обеспечения высокого качества управления, которая может быть успешно решена при условии обеспечения практически одновременного во времени достоверного контроля состояний управляемых объектов (УО) и воздействия на их режимы работы [42].

Функционирование таких систем неразрывно связано с получением и обработкой информации об УО, которая отражает их реальные состояния [53].

Это позволяет использовать её для формирования команд управления такими объектами [49]. На практике процесс функционирования систем контроля и управления представляет собой фактически последовательное выполнение следующих операций: 1) съёма - преобразования информации об УО в измерительные сигналы; 2) вычислительной обработки измерительных сигналов для формирования команд управления; 3) реализации команд управления на УО. Понятно, что практическая важность получения достоверной информации очевидна, так как процесс качественного управления объектами теряет смысл, если команды управления будут выработаны на основе заведомо искажённой информации.

Под факторами, определяющими искажения информации в системах контроля и управления следует понимать: 1) неизбежное запаздывание информации во времени от момента съёма, до момента реализации выработанных команд управления на объекте; 2) точность преобразования информации об УО в измерительные сигналы; 3) точность обработки измерительных сигналов при формировании команд управления; 4) соотношение полезной информации об УО и помех в измерительном сигнале.

Естественно, что при значительных скоростях изменения состояний УО, а также при воздействии помех, подобные искажения информации становятся неизбежными. Применение микроЭВМ позволило повысить точность и скорость обработки измерительных сигналов при формировании команд управления [65]. Однако, проблема получения достоверной информации, наиболее точно отражающей состояния УО, по прежнему остается актуальной из-за постоянного повышения требований к качеству управления. Поэтому к точностным характеристикам устройств получения информации в системах контроля и управления объектами в технологических процессах предъявляются жёсткие требования [116].

Наиболее широкое применение для этих целей нашли ИС, точностные характеристики которых и определяют во многом качество управления и контроля.

Проведём анализ влияния точностных характеристик ИС на качество управления объектом в произвольном технологическом процессе на примере системы автоматического управления, представленной на Рис.1.1. Задачей рассматриваемой системы, является стабилизация выходной величины Y(t) УО при воздействии на его входе входной величины X(t), определяемой условиями произвольного технологического процесса.

Рис.1.1. Система автоматического управления.

На вход УО воздействует также случайная величина n(t), не связанная с технологическим процессом и рассматриваемая, как помеха. Модель УО задаётся конкретным технологическим процессом и описывается оператором А. Тогда выходная величина Y(t) определяется следующим соотношением:

Y(t)=A(X(t)+n(t)) (1.1)

Съем и преобразование выходной величины Y(t), несущей информацию о состоянии УО в измерительный сигнал B(t) осуществляется в ИС, посредством реализации оператора В.

Вычислительная обработка измерительных сигналов для формирования команд управления Z(t) и их последующая реализация на УО осуществляются блоком управления (БУ), посредством реализации оператора С, и определяются соотношением:

Z(t)=CBY(t) (1.2)

Преобразуем (1.2) с учётом (1.1) и получим:

Z(t)=CBAX(t)+CBAn(t) (1.3)

Изменение входной величины X(t) влечёт за собой изменение выходной переменной Y(t), и как следствие из (1.2) - изменение команд управления Z(t). Для обеспечения стабилизации выходной величины Y(t), необходимо чтобы команда управления объектом Z(t), формировалась в БУ таким образом, чтобы её изменение компенсировало изменение входной величины X(t), т.е. выполнялось условие:

Z(t)=-X(t) (1.4)

Тогда всякое отклонение входной величины X(t), будет скомпенсировано соответствующим изменением команды управления Z(t) так, что выходная величина Y(t) УО будет неизменной. Для этого потребуем на основании [24], чтобы оператор C = - A^-1. Тогда (1.3) примет вид:

Z(t)=-(BX(t)+Bn(t)) (1.5)

Если случайная переменная n(t) отсутствует или пренебрежимо мала (n(t)-›0) и ИС вносит минимальные искажения информации (фактически В-›1), то (1.5) сводится к (1.4), что обеспечивает высокую точность стабилизации выходной величины Y(t) УО, и соответственно - высокое качество управления.

Анализируя выражение (1.5), можно сделать вывод о том, что точность формирования команд управления Z(t), и как следствие, качество управления, определяется точностью реализации оператора B, т.е. собственными искажениями ИС, а также дополнительными искажениями, обусловленными воздействием помех n(t) на УО.

Под собственными искажениями ИС понимаются искажения, обусловленные погрешностями съёма и преобразования регистрируемых величин о состояниях УО в измерительные сигналы, вносимые её элементами [14]. Под искажениями, обусловленными воздействием помех, понимаются искажения измерительных сигналов ИС, возникающие вследствие аддитивного добавления к ним заранее неизвестных случайных сигналов.

Таким образом ИС представляет собой важный функциональный элемент, применяемый в системах автоматического контроля и управления, осуществляющий процесс съёма и преобразования информации об УО в измерительные сигналы. При этом важным аспектом, определяющим точность протекания этого процесса, и как следствие, требуемого качества управления, являются искажения ИС, обусловленные наличием погрешностей её элементов и воздействием помех на УО. В этих условиях, успешное решение задачи получения достоверной информации об УО приобретает исключительно важное значение и может быть достигнуто путём выявления причин, порождающих искажения ИС.