Карты Карно служат удобный формой применяемой для синтеза комбинационных схем в дизъюнктивную нормальную форму.

Метод дезъюнктивных нормальных форм рассмотрим на примере для таблицы истинности:

Этапы синтеза ДНФ

1. 
   Для всех переменных для которых выходное значение равно «1» нужно записать логическое произведение этих переменных.
   

Из данного примера можно получить общее правило упрощения логических функций для карт Карно:

Если в двух (четырех, восьми) ячейках ограниченных прямоугольным или квадратным контуром стоят только единицы, то можно записать непосредственное логическое произведение для всей этой группы только для тех переменных, значения которых неизменны для всех ячеек данной группы.

Выделяем контуры A, B, C, D.

x₁,x₂

x₃,x₄

00

01

10

11

00

D

C

A

B

1

1

0

1

01

1

0

0

0

10

1

0

1

1

11

1

0

1

1

Если контур содержит только одну единицу, в нашем примере контур «А». то надо объединить этот контур с любой клеткой таблицы, в которой расположена единица, так, что бы общее число единиц было равно 2, 4 или 8.

Выбираем клетку расположенную в противоположном по диагонали углу. Тогда:

Тогда ДНФ выходной переменной Y:

Синтез последовательностных логических схем

Конечные автоматы

Основным отличаем последовательностных схем от комбинационных является наличие элементов памяти, которые позволяют программировать работу систем управления электроприводом в зависимости от предыдущего значения выходных сигналов, или от предыдущего режима работы электропривода.

К общим методам, позволяющим проектировать сложные логические системы электропривода, является метод коечных автоматов (КА).

Автомат – это общее название технических устройств, предназначенных для обработки поступающей выходной информации, на пример последовательности данных или сигналов, по заданному алгоритму, и позволяющих определить принадлежность данной комбинации сигналов некоторому множеству, для того, что бы перейти в новый режим работы, или выдать управляющее воздействие.

Конечный автомат является разновидностью автоматов. Может быть представлен в трёх разных формах:

1. 
   Функцией переходов и выходов;
   
2. 
   Таблица переходов;
   
3. 
   Диаграмма переходов.
   

- вектор выходных сигналов

– вектор входных сигналов

– внутренние состояния автоматов.

Для систем управления электроприводов – режим работы электропривода.

Пример:

 «Отключено» (0,1);

 «Работа» (0,1);

 «Авария» (0,1);

 «Разгон» (0,1) – для мощных машин;

 «Пуск» (0,1);

 «Стоп» (0,1);

 «Сигнал S1.1» (0,1);

Функция переходов:

Функция выходов:

Функция переходов задаёт новое внутреннее состояние автомата, в которое он перейдет из предыдущего состояния под действием поступившего сигнала

2. 
   Таблицы переходов:
   

   I	Q
   	1	2	3
   I1	2	2
   I2	1	1

3. 
   Диаграммы переходов:
   

Синтез последовательностных схем на основе конечных автоматов.

Задачей синтеза является разработка структурной схемы автомата выполняемая на основе заданного описания конечного автомата.

Методику синтеза рассмотрим на примере. В качестве примера рассмотрим автомат управления реверсивным электроприводом.

Состояния устройства:

На основании диаграммы переходов запишем функции переходов.

Этапы синтеза структурной схемы автомата:

1. 
   Для каждого состояния автомата задают его код. Коды задают в форме таблиц
   

Табл.1

	Q2	Q1
g0	0	0
g1	0	1
g2	1	0
	Младший бит	Старший бит

Q₁ и Q₂ – младший и старший биты двоичного кода. Количество бит зависит от заданного количества состояний автоматов.

N – количество g; m – количество Q. Или :

M	N
1	2
2	4
3	8

C каждым битом кода связан элемент памяти, который должен быть выполнен на RS триггере.

2. 
   На основе табл.1 и таблице переключений RS триггера запиашем значение сигналов на входах S и R для каждого разряда двоичного кода
   

Таблица состояний RS триггера

S	R	Q
1	0	1
0	1	0

Табл.2

	Q2		Q1
	S2	R2	S1	R1
g0	0	0	0	0
g1	0	1	1	0
g2	1	0	0	1

3. 
   для клеток табл.2, в которых расположены единицы на основании функции переходов записывают значения сигналов, при которых данная переменная, S или R равна «1».
   

Т.к.

4. 
   На четвертом этапе можно вычертить структурную схему автомата.
   

Разработка технологических программ управления эл.приводом на базе ПЛК (программируемом логическом контроллере)

Литература:

Петров И.В. – программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного программирования. М,: Солан-Пресс. 2004г.

Языки программирования контроллеров заданы стандартом МЭК 61131-3.

Языки МЭК, существует пять языков МЭК.

1. 
   Язык последовательностных функциональных диаграмм (SFC) основан на применении сетей Петри. Применяется редко.
   
2. 
   Структурированный текст (ST), представляет собой разновидность языка Паскаль, адаптированную для применения в контроллерах. Широко применяется.
   
3. 
   Список инструкций, представляет собой набор инструкций, каждая из которых соответствует одной машинной команде. Применяется там, где нужно обеспечить высокое быстродействие.
   
4. 
   Язык функциональных диаграмм (FBD). Аналогом является пакет Simulink программы Mathlab. Результат синтеза конечного автомата в виде структурной схемы может быть непосредственно перенесен в контроллер, в котором имеется язык FBD. Несмотря на простоту, этот язык редко применяют для программирования сложных программных комплексов, т.к. очень тяжело понять логику работы программы.
   
5. 
   Язык релейных диаграмм. Ladder Diagram или Ladder Logic. Идея языка заключается в применении представлении алгоритма контроллера в виде релейно-контакторной схемы, работа которой проста и понятна.
   

Системы регулирования скорости эл.привода постоянного тока

Основным принципом построения систем регулирования скорости является применение принципа обратной связи:

1. 
   Могут быть обеспечены оптимальные показатели качества регулирования выходной переменной;
   
2. 
   Выполняется компенсация внешних и параметрических возмущений.
   

При стремящейся к бесконечности свойства замкнутой системы определяются .( т.к.

- при нагревании растет сопротивление, но т.к. роста тока не происходит.

Типовые структуры систем регулирования скорости

1. 
   Структура с нелинейной задержанной отрицательной обратной связью
   

- обратная связь, самоиндукция эл.двигателя. Буквами «Д» обозначены датчики.

Данная структура содержит два контура с обратной связью:

1. 
   Жесткая ОС по скорости, (непрерывная ОС по скорости);
   

Самым важным свойством непрерывной обратной связи является то, что в идеале выходная переменная равна задающему воздействию.

Для выполнения анализа и синтеза эл.приводов желательно применять относительные единицы для представления переменных.

При манипуляциях с относительными единицами нет размерности переменных, переменные разного характера при необходимости можно удобно складывать и вычитать.

2. 
   Контур задержанной отрицательной обратной связи по току. Этот контур нелинейный, т.к. сигнал на выходе зоны не чувствительности. Сигнал на выходе зоны не чувствительности появляется если . Появление сигнала приводит к тому, что ток будет ограничен значением тока отсечки.
   

Эта связь формирует механическую характеристику «экскаваторной формы».

3. 
   Контур обратной связи, который соответствует возникновению ЭДС в проводнике при его перемещении в магнитном поле (ОС по противо-ЭДС). Данная связь существует во всех типах электрических машин – самоиндукция ().
   

Эта структура была распространена до начала 70^х годов прошлого века, затем была полностью вытеснена структурами с подчиненным регулированием координат. Повторное распространение система регулирования получила в приводе переменного тока основанном на скалярном методе регулирования.

Положительными свойствами системы являются:

• 
  Точное ограничение тока;
  
• 
  Ток в режиме разгона привода не зависит от момента инерции механизма
  

Недостатком системы является невозможность раздельной настройки контуров скорости и тока, т.к. у них общий регулятор.

Гибкая обратная связь – связь по производной, применяется для уменьшения колебательности контура. IV на рис.3.

2. 
   Структура системы управления с подчиненным регулированием координат.
   

1972г Siemens.

Ограничение тока в данной системе происходит за счет ограничения задающего воздействия на контур тока, которым является выходное напряжение сигнала регулятора скорости.

Самым большим достоинством структуры является возможность раздельной настройки контура тока и контура скорости. Большим недостатком структуры является зависимость тока в режиме разгона от момента инерции механизма.

Методы синтеза регуляторов

Основные виды объектов в системах управления эл.приводов.

I – контур скорости.

При синтезе регулятора контура скорости не учитывают обратную связь по противо ЭДС.

Тогда объект можно представить в виде:

Кроме того не учитывается постоянная времени преобразователя .

Если выполняется синтез системы ГД, тогда и в качестве передаточной функции звена первого порядка, рассматривают передаточную функцию замкнутого контура тока.

II. Контур тока.

Система ГД

Система ТП-Д. вместо постоянной времени генератора нужно принимать постоянную времени преобразования . В ответе переписать полностью схему, заменив .

III. контур положения.



– передаточная функция, связывающая перемещение и скорость:

Для системы относительных единиц

Для синтеза регулятора положения ЭП представляют в виде передаточной функции звена первого порядка:

При такой величине постоянной времени ЭП, погрешность приближения будет минимальной.

Синтез регуляторов при настройке контура на модульный оптимум.

Существует два стандартных способа настройки контура систем управления ЭП:

- модульный оптимум (МО)

- симметричный оптимум (СО)

Название способов происходит от вида ЛАЧХ – логарифмическая амплитудно-частотная характеристика.

Настройка на модульный оптимум обеспечивает равномерную полосу пропускания в максимально большом диапазоне частот.

Симметричный оптимум назван так потому, что ЛАЧХ с наклоном -20Дб на декаду симметрична относительно точки пересечения с осью частоты.

Модульный оптимум ответ на вопрос 19‼!

Формула для расчета регулятора при настройке не МО

Передаточная функция для разомкнутого контура:

– малая, не компенсируемая постоянная времени.

IV – синтез регулятора при настройке контура на модульный оптимум и объекте в виде двух передаточных функций первого порядка.









Динамические свойства контура аналогичны приведенным выше, один в один!

V – настройка контура на симметричный оптимум применяется для повышения скорости отработки внешних возмущений.

Быстродействие контура выше на 20%, следовательно быстрее регулируется.

Наиболее просто и доступно методы настройки контуров рассмотрены в учебнике Бошарин, Новиков, Соколовский Управление эл.приводами.

Экзамен по расписанию.