Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Методы измерения влажности веществ.
Влажности материалов характеризуется абсолютным содержанием влаги в единицах массы и относительной влажностью, представляющей отношение количества влаги к массе вещества.
Влажность вещества 48%, например, означает, что в 1 кг. Вещества содержится 480 г. воды и 520 г. сухого вещества.
Влажность воздуха или газов определяется по содержанию в них водяного пара. В связи с этим различают абсолютную и относительную влажность.
Абсолютная влажность выражается массой водяного пара, содержащегося в единице объема исследуемой среды.
Относительная влажность равна отношению фактической абсолютной влажности к максимально возможной. Относительная влажность равна 100% в точке росы, т.е. при температуре конденсации насыщенного пара.
Жидкие, сыпучие и твердые вещества, содержащие влагу, представляют собой многокомпонентные системы, в которых вода может находиться в различных фазовых состояниях.
Для характеристики весьма малых значений массовой доли влаги используется единица, называемая или миллионная доля ( в 1 млн. молекул газа или жидкости находится 1 молекула воды).
Гигрометрия- наука об измерении величин, характеризующих влажность веществ в газообразном состоянии.
Приборы для измерения влажности газов называются гигрометрами.
Влагометрия- наука об измерении величин, характеризующих влажность веществ в жидком и твердом состояниях.
Для измерения влажности газов используют многочисленные методы, которые делятся на прямые и косвенные.
Прямые методы основаны на непосредственном разделении влаги и сухого газа с последующим определением количества влаги.
Косвенным
Являются методы, при которых измеряется некоторая физическая величина, функцианально связанная с влажностью.
Психометрический метод- самый распространенный на практике и наиболее проверенный и изученный метод измерения влажности воздуха. Температуры «сухого» термометра ( реальная температура влажного воздуха) и температуры «смоченного» термометра ( температура полностью увлажненной поверхности, с которой вода переходит в насыщенный влажный воздух) при этом используется эффект снижения температуры влажной поверхности при испарении (отсюда и название прибора от греческого- холодный).
Измерение влажности газов методом точки росы основано на том, что при равномерном охлаждении влажного газа при неизменном общем давлении парциальные давления сухого газа и водяного пара неизменны в течении всего процесса охлаждения в плоть до состояния насыщения. Насыщенное
состояние, достигнутое подобным образом, называется точкой росой.
Принцип действия сорбционно-частотного гигрометра основан на изменении частоты кварцевого резонатора, покрытого тонким слоем гигроскопического вещества при изменении влажности измеряемой влажности газовой среды.
Способы введения структурной избыточности устройств.
Оценка достигаемой надежности. При определении требований к надежности необходимо учитывать: назначение и функции АСУ ТП и ее подсистем; условия и режим функционирования АСУ ТП; временные особенности работы управляемого объекта (частота поступающих возмущений, продолжительность смены, продолжительность и периодичность плановых остановок технологического процесса для проведения текущих и капитальных ремонтов оборудования и т. п.); надежность технологических объектов, необходимость и возможность ручного управления технологическим объектом; виды и возможные последствия отказов функций (подсистем, АСУ ТП в целом-), достигнутый уровень надежности аналогичных систем; возможные пути повышения и обеспечения надежности АСУ ТП.
Требования, предъявляемые к надежности АСУ ТП, а также методы оценки и (или) контроля уровня надежности АСУ ТП на различных стадиях создания системы должны быть указаны в техническом задании, техническом и рабочем проектах АСУ ТП, где должны быть приведены необходимые обоснования и расчеты надежности системы.
Оценку надежности АСУ ТП проводят с учетом надежности только технических средств АСУ ТП; надежности технических средств, особенностей программ и алгоритмов; надежности технических средств, особенностей программ и алгоритмов, а также действий оперативного персонала.
Оценку надежности АСУ ТП при ее проектировании (с целью прогноза ожида-еьюго уровня надежности) можно проводить аналитическими методами, методами статистического моделирования илн комбинированными методами.
Проектная оценка надежности АСУ ТП с учетом надежности только технических средств, осуществляемая, как правило, на начальных этапах проектирования системы, является ориентировочной и используется для предварительного определения состава комплекса технических средств и структур АСУ ТП.
Проектная оценка надежности АСУ ТП с учетом надежности технических средств системы и особенностей реализуемых алгоритмов и программ осуществляется, как правило, при разработке технического и программного обеспечения системы. Эту оценку используют, в частности, для выбора комплекса технических средств АСУ ТП, структуры программ и алгоритмов управления, способов алгоритмического и программного контроля н защиты от ошибок.
Проектная оценка надежности АСУ ТП с учетом надежности технических средств системы, особенностей алгоритмов и программ, а также действий оперативного персонала осуществляется, как правило, на завершающих этапах проектирования АСУ ТП для важнейших функций системы. Эту оценку используют для уточнения состава комплекса технических средств, структур и функций АСУ ТП, алгоритмов и программ управления процессом, инструкций для оперативного персонала системы, а также для определения требований к подготовке и квалификации оперативного персонала.
Экспериментальную оценку надежности АСУ ТП (с целью определения фактически- достигнутого уровня надежности) можно проводить сбором и обработкой эксплуатационных данных о надежности АСУ ТП, а также организацией специальных испытаний.
Пути повышения надежности. Традиционный путь - резервирование, т. е. метод повышения надежности объекта введением избыточности, под которой понимают дополнительные средства или возможности сверх минимально необходимых для выполнения объектом заданных функций. Для повышения надежности АСУ ТП применяют структурное (использование избыточных структурных элементов), временное (использование избыточного времени), информационное (использование избыточной информации), функциональное (использо- ванне особенности элементов выполнять дополнительные функции) резервирование, вводят алгоритмическую" избыточность, используют системы диагностики состояния оборудовання, строят АСУ по иерархическому принципу, предусматривают использование человека в контуре управления при отказе технических средств (эргатиче-ская избыточность).
Информационная избыточность в АСУ ТП может быть введена путем использова. ния избыточных датчиков, а также представления обрабатываемой информации в корректирующем коде (с обнаружением нли исправлением ошибок), что при реализации приводит к аппаратурной или временной избыточности.
Временная избыточность обусловлена увеличением времени вычислений (на повторный счет н т. п.) и используется при введении других видов избыточности для исправления ошибок в алгоритме функционирования.
Аппаратурная избыточность - это различные виды резервирования оборудования, введение специальных схем контроля и диагностики, ЗИП и т. п.
Алгоритмическая избыточность используется в различных формах. Наиболее простой метод - дублирование, т. е. повторение- решения частей задачи или всей целиком со сравнением результатов, совпадение которых подтверждает правильность решения, а несовпадение инициирует повторение расчета. Недостатки метода - существенное увеличение времени решения задачи, исправление только случайных ошибок. Метод «усеченного» алгоритма, который примерно на порядок короче (по времени выполнения), чем основной, состоит в быстром получении грубой оценки результата для последующего сравнения с результатом вычислений по полному алгоритму; Несмотря на то что метод незначительно увеличивает затраты времени процессора, его применение ограничено тем, что не для каждого алгоритма удается построить су-" щественно усеченный вариант.
По методу подстановки в исходные уравнения корней, найденных при. решении, решение признается правильным, если разность правой и левой части уравнения не выходит за заданные пределы. Такой кон- троль требует значительно меньше време- ни, чем повторение решения, и при том обнаруживает не только случайные, но и систематические ошибки, пропускаемые при-повторении решения.
По методу контрольных соотношений для- проверки решения используют некоторые связи между информационными величинами. Метод точен, эффективен, но ограниченно применим, так как не всегда нужные связи находятся в простой зависимости, удобной для контроля.
Метод проверки предельных соотношений состоит в проверке в контрольных точках алгоритма: находятся ли переменные в заданных пределах. Метод позволяет обнаружить грубые ошибки, которые делают бессмысленными дальнейшие вычисления, но не контролирует достижение заданной точности вычислений.
Вольт – амперные характеристики биполярных, МОП- и КМОП- интегральных транзисторов.
Рассмотрим простейшие схемы аналоговых ключей на биполярных транзисторах. На рис. 3.12, а представлена схема с общим эмиттером. Изобразим выходные характеристики транзистора для прямого и инверсного включения в области, близкой к началу координат (рис. 3.12, б).
Через ивх обозначено входное напряжение, которое в зависимости от управляющего сигнала иупр подается или не подается на нагрузку RH. Напряжение ивх может быть как положительным, так и отрицательным. Если ивх > О, то рассматриваемый аналоговый ключ работает так же, как изученный ключ с постоянным напряжением питания. Если ивх < 0, транзистор работает в инверсном режиме.
Одним из недостатков биполярного транзистора с точки зрения применения его в аналоговых ключах является то, что выходные характеристики не проходят через начало координат. Вследствие этого ток iK и напряжение ивых будут равны нулю не тогда, когда ивх = 0, а при некотором положительном входном напряжении U. Напряжение U обычно составляет 10... 100 мВ. Это напряжение называют остаточным или напряжением смещения.
На практике для уменьшения величины U транзистор включают так, чтобы роль эмиттера играл коллектор, а роль коллектора — эмиттер. Изобразим соответствующие характеристики и схему, которую иногда называют схемой с общим эмиттером при инверсном включении транзистора (рис. 3.13).
Из-за несимметрии структуры транзистора, различия в концентрациях примесей в различных его областях остаточное напряжение для инверсного включения Uum обычно значительно меньше напряжения U. Часто UUHe составляет 1...5 мВ. Но, используя инверсное включение, следует помнить, что максимально допустимое запирающее напряжение эмиттерного перехода обычно значительно меньше соответствующего напряжения для коллекторного перехода.
Обратимся к третьей простейшей схеме — схеме с общим коллектором (рис. 3.14). Можно заметить, что последняя схема фактически повторяет предыдущую, отличаясь только условно-положительными направлениями токов и напряжений. Подобным образом соотносятся и характеристики.
Рассмотрим компенсированный аналоговый ключ на биполярных транзисторах. С целью уменьшения напряжения на открытом ключе используют последовательное включение одинаковых транзисторов. Промышленность выпускает интегральные схемы, содержащие пары транзисторов, предназначенные для такого использования. Изобразим принципиальную схему интегральной микросхемы 101КТ1А (рис. 3.15). Такие устройства называют также прерывателями. Изобразим схему аналогового ключа на основе такой микросхемы (рис. 3.16). Входной сиг нал ивх может быть постоянным любой полярности или переменным. Управляющий сигнал передается через трансформатор.
Программные и следящие системы управления.
В зависимости от цели регулирования, АСР делят на следящие и программного регулирования. Принципиального различия между ними нет, они имеют одинаковый принцип действия и общую теорию. Отличаются эти системы друг от друга только законом изменения управляющего воздействия и конструктивным исполнением.
Назначение программных АСР— изменять регулируемый параметр во времени по определенному, заранее установленному закону, называемому программой. Пример такой системы приведен на рис. 162. Температура в закалочной печи 2 (объект регулирования) должна изменяться по определенному закону во времени, задаваемому программным задатчиком — профилированным кулачком 9. Термо-ЭДС Ет термопары, пропорциональная, измеряемой температуре Э печи, сравнивается с напряжением пропорциональным заданному значению температуры.
Напряжение снимается с потенциометра 8, движок которого перемещается вращающимся с постоянной скоростью профилированным кулачком.
Профиль кулачка соответствует определенному закону изменения положения движка потенциометра во времени и, следовательно, определенному закону изменения регулируемого параметра — температуры. Напряжение , пропорциональное отклонению действительного значения температуры от заданного в данный момент времениусиливается усилителем 7 и подается на исполнительный двигатель 6. Вал двигателя через редуктор 5 связан с движком регулировочного реостата 4, включенного в цепь нагревательного элемента 3. Движок реостата 4 перемещается двигателем 6 в сторону, соответствующую уменьшению отклонения температуры от ее заданного значения, до наступления равенства между Ет и £/зад. Если вращение кулачка прекратить, то система будет вести себя как автоматическая система стабилизации, поддерживающая определенную заданную температуру. Для системы программного регулирования главным воздействием является изменение заданного значения, т. е. управляющего воздействия.
Следящая система — это автоматическая система, в которой выходная величина с определенной точностью воспроизводит изменяющуюся заранее неизвестным образом входную величину. Следящие системы можно рассматривать как результат дальнейшего развития и совершенствования систем дистанционной передачи угловых или линейных перемещений. Следящие системы широко применяют в различных областях техники, где перемещения одного устройства требуется воспроизвести другим устройством без механической связи между ними. По принципу следящих систем работают многие системы дистанционного управления механизмами (вентилями, клапанами, задвижками, рулями самолетов, кораблей, воротами шлюзов и т. д.) и различные счетно-решающие устройства. Следящие системы используют в станках с автоматическим программным управлением — в копировальных, станках. Практически везде, где нужно добиться высокой точности и надежности автоматического управления, используют следящие системы. Важнейшим показателем работы следящей системы является точность ее действия — слежения выходной величины р за изменением входной а. Точность следящей системы оценивают величиной ошибки.
Следящая система должна удовлетворять заданным требованиям в отношении точности работы, быстродействия, чувствительности и устойчивости. С целью определения соответствия характеристик следящей системы предъявляемым требованиям проводят анализ устойчивости и качества ее работы. Следящие системы обычно работают по замкнутому циклу, т. е. имеют главную обратную связь. Обязательным признаком следящих систем является наличие в них усилителей мощности.
Операторная форма записи дифференциальных уравнений первого и второго порядков. Передаточные функции.
Дифференциальное уравнение, описывающее САУ, имеет вид: уравнение САУ:
Применив преобразование Лапласа, считая начальные условия нулевыми, получим
,
где - передаточная функция по каналу управления,
- передаточная функция по каналу возмущения.
Передаточная функция системы – отношение изображения по Лапласу её выходного сигнала к изображению по Лапласу её входного сигнала при нулевых начальных условиях.
Выражение
является характеристическим многочленом системы.
Корни полинома знаменателя передаточной функции называются её полюсами, а корни полинома числителя – нулями.
Так как произвольный полином можно разложить на простые множители, то передаточную функцию системы (звена)
всегда можно представить в виде произведения простых множителей и дробей вида
k, s, , (1.4)
Звенья, описываемые дифференциальными уравнениями 1 и 2 порядка, называют элементарными, или типовыми.
Здесь к называется передаточным коэффициентом, Т — постоянной времени и (0 < < 1) — коэффициентом демпфирования.
Звено с передаточной функцией W(s) = к называется пропорциональным звеном, звено с передаточной функцией W(s) — ks — дифференцирующим звеном, звено с передаточной функцией \Y(s) = = k/s — интегрирующим звеном, звено с передаточной функцией W(s) = k(Ts+ l) — форсирующим звеном (первого порядка), звено с передаточной функцией W(s) = k/(Ts+ l) — апериодическим звеном, звено с передаточной функцией
(0 < ϛ < 1- колебательным звеном, ϛ > 1 апериодическим звеном 2 порядка)
Существуют также звенья, которые не являются в полном смысле элементарными, но их относят к числу типовых:
Реальное дифференцирующее звено, реальное интегрирующее звено, консервативное звено, форсирующее звено 2 порядка.
В таблице приведены дифференциальные уравнения объедков управления 1,2 порядка.
Характеристика объекта могут быть получены экспериментальным путем (переходная, весовая функция, частотные характеристики). В таблице показана также связь параметров передаточной функции, получаемой из диф. уравнения, с видом переходной функции ОУ.
При этом следует учитывать, что временные характеристики интегрирующих и дифференцирующих звеньев практически не применяются.
|
Звено |
Уравнение звена |
Передаточная функция |
|
|
Усилительное |
|||
|
Интегрирующее |
|||
|
Апериодическое |
|||
|
Колебательное |
при |
||
|
Дифференцирующее идеальное |
|||
|
Дифференцирующее реальное |
|||
|
Запаздывающее |
НИ
R0
R1
RХ
R
ВБ
ЕН
ЕХ
П
1
2
Компенсационные измерительные схемы.
Принцип действия компенсатора основан на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения известным падением напряжения на образцовом резисторе. Момент полной компенсации фиксируется по показаниям индикаторного прибора (нуль-индикатор).
Упрощенная схема компенсатора постоянного тока приведена на следующем рисунке. Схема содержит источник образцовой ЭДС , образцовый резистор , вспомогательный источник питания , переменное (компенсационное) сопротивление , регулировочный реостат и нуль-индикатор . Нуль-индикатором служит обычно гальванометр с нулем посредине шкалы. В качестве образцовой ЭДС используется нормальный элемент – изготавливаемый по специальной технологии гальванический элемент, среднее значение э.д.с. которого при температуре 20 оС известно и равно В. Процесс измерения напряжения состоит из двух операций: установления рабочего тока и уравновешивания измеряемого напряжения. Для установления рабочего тока переключатель П ставят в положение 1 и, регулируя сопротивление , добиваются отсутствия тока в гальванометре. Это будет иметь место в том случае, когда падение напряжения на резисторе станет равным ЭДС нормального элемента:.
При этом рабочий ток в цепи
.
После установки рабочего тока переключатель П устанавливают в положение 2 и, не изменяя рабочего тока, устанавливают такое значение сопротивления , при котором измеряемое напряжение будет уравновешено падением напряжения и ток в цепи гальванометра снова будет отсутствовать. Отсюда
и .
Одно из основных достоинств компенсаторов – отсутствие потребления мощности от объекта измерения, т.е. возможность измерения ЭДС.
Погрешность компенсатора определяется погрешностями резисторов ЭДС нормального элемента, а также чувствительностью индикатора. Современные потенциометры постоянного тока выпускаются классов точности от 0,0005 до 0,2.
В современных конструкциях компенсаторов вместо нормального элемента используются стабилизированные источники напряжения с более высоким значением , что позволяет расширить верхний предел измерения компенсатора до нескольких десятков вольт.
Компенсационные методы используются также для измерения на переменном токе.
Аппаратурные средства для получения, передачи и обработки информации.
Аппаратура, предназначенная для сопряжения по соответствующим каналам связи датчиков (измерительных преобразователей) с исполнительной аппаратурой автоматизации и преобразования информации, т. е. с автоматическими регулирующими устройствами, техническими средствами показания, записи, сигнализации измеряемых и регулирующих параметров, относится к устройствам связи с объектом (УСО). Таким образом, УСО предназначены для ввода сигналов с датчиков в устройства обработки и вывода сигналов для управления исполнительными механизмами.
Модули ввода/вывода являются локальными УСО и осуществляют первичную обработку непрерывных и дискретных сигналов от входных датчиков и выдачу управляющих воздействий на ИМ. Каждый модуль имеет выход в технологическую сеть на основе интерфейса. Обработанный сигнал преобразуется модулем в защитный цифровой код для дальнейшей передачи в сеть. Из сети модуль получает команды на выдачу управляющих воздействий. Вычислительные мощности модулей обеспечивают также выря-ботку дополнительных сигналов о выходе значения за допустимые пределы, синхронизацию ведения единого времени систеМй взаимодействие с минипультом и т. п.
Каждый модуль представляет собой функционально законченное устройство, все модули имеют единые конструкцию, интерфейс и питание.
Модули УСО выполняют:
ввод аналоговых сигналов среднего уровня ±10 В; ±5 мА; +20 мА> 4-5-20 мА (в том числе с подавлением помех нормального " общего вида, с гальванической развязкой);
ввод аналоговых сигналов низкого уровня от термоэлектрических преобразователей (термопар) и термометров сопротивления (в том числе с применением выносных преобразователей, имеющих искробезопасное исполнение);
ввод аналоговых сигналов переменного тока от вращающихся и дифференальных трансформаторов;
ввод дискретных сигналов постоянного напряжения и тока: 6; 12; 48; 110; 220 В; 5 мА; 20 мА; «сухой контакт» (в том числе инициативных сигналов); сигналов напряжения переменного тока 24; 110; 220 В;
ввод импульсных (число-импульсных и время-импульсных) и частотных сигналов;
вывод (формирование) аналоговых сигналов напряжения и тока ±10 В, ±5 мА, ±20 мА;
вывод (формирование) гальванически развязанных дискретных сигналов постоянного напряжения от 5 до 48 В (в том числе с контролем линии связи и с защитой от перегрузок);
вывод (формирование) импульсных сигналов напряжения до 24 В (в том числе с заданным периодом следования и с заданной длительностью);
вывод дискретных сигналов постоянного и переменного тока для управления исполнительными механизмами путем коммутации исполнительных цепей с токами до 10 А при напряжении до 220 В (с применением выносных бесконтактных и релейных формирователей);
вывод (формирование) сигнала управления асинхронными электродвигателями (с применением выносных бесконтактных пускателей 220/380 В на ток от 5 до 25 А, обеспечивающих включение, реверс, динамическое торможение, защиту от перегрузок); обеспечивается метрологическая аттестация каналов связи с объектом.
В современной автоматике большое число автоматических систем управления формируются на основе применения промышленных компьютерных систем, выполняющих функции центрального элемента (звена) сбора, обработки информации, а также выработки и передачи управляющих сигналов на исполнительные устройства.
К промышленным компьютерным системам предъявляются специфические требования, которые, в основном, определяются Условиями эксплуатации в производственных помещениях. Специфичность этих условий определяется повышенным содержанием пыли и влаги в окружающей среде, изменениями температурных режимов, повышенной вибрацией, наличием сильных электромагнитных полей и т. д.
Устройства связей «датчик — человек — компьютер» должны быть выполнены с учетом жестких условий эксплуатации, требований представления информации человеку-оператору, а также возможности оперативного вмешательства в процесс управления.
Важным компонентом любой автоматизированной системы управления технологическими процессами является УСО — устройство связи с объектом. УСО предназначено для сопряжения аппаратуры (Д или ПИП), исполнительных механизмов (ИМ), управляемого (контролируемого) объекта (технологического процесса) с вычислительными и управляющими средствами компьютерных систем.
Основные функции УСО.
1. Нормализация аналогового сигнала — приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала Д или ПИП к одному из стандартных диапазонов входного сигнала аналого-цифрового преобразователя (АЦП) измерительного канала. В настоящее время наибольшее распространение получили сигналы по напряжению: 0 +5 В, -5 +5 В, О +10 В; по току: 0-20, 4 + 20 мА. Ряд ПИП (или датчиков) имеют входные сигналы, отвечающие требованиям ГСП, которые могут быть восприняты управляющей частью ПТК АСУТП или промышленным компьютером. Однако непосредственно их включать в систему не всегда можно. Осуществить это возможно лишь посредством УСО, так как только они обладают функцией гальванической развязки между источниками измерительного сигнала и другими элементами системы.
2. Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала, т. е. ограничение полосы частот первичного непрерывного сигнала в целях снижения влияния на результат измерения помех различного происхождения. На промышленных объектах наибольшее распространение получили помехи с частотой сети переменного тока, а также хаотические импульсные помехи, вызванные влиянием на технические средства измерительных переходных процессов и наводок при коммутации исполнительных механизмов повышенной мощности.
3. Обеспечение гальванической изоляции (развязки) между источником аналогового или дискретного сигнала и измерительными или другими статусными каналами системы. Это относится И к изоляции между каналами дискретного вывода системы Я управляемым силовым оборудованием. Кроме собственно защиты входных и выходных цепей гальваническая изоляция позволяет
снизить влияние на систему помех по цепям заземления за счет С одного разделения оборудования вычислительной системы и нТролируемого оборудования. При этом УСО может выполнять некоторые специальные задачи с помощью наличия в системе япугих цепей и интерфейсов. К этим задачам можно отнести: защиту от перенапряжения; фильтрацию высоких частот; подавление помех на частоте 50 Гц, а также специфические функции, связанные с особенностями обслуживания конкретной системы, g схемах и конструкциях УСО должны быть определены требования по надежности, удобству обслуживания, возможности «наращивание-расширение» и др.
Для реализации указанных задач и функций УСО разрабатывается и конструктивно изготавливается широкая номенклатура модулей. Каждый модуль выполняется в виде функционально законченного устройства (платы), заключенного в соответствующий корпус и оснащенного клеммами, штырьевыми или другими соединителями для входных и выходных цепей. Модули УСО, как правило, монтируются на стандартных несущих рельсах, которые можно объединить в монтажные панели. Такая конструктивно-технологическая схема наиболее распространена для УСО как зарубежного, так и отечественного производства.
Модуль УСО конструктивно и функционально состоит из ряда элементов, входящих в состав УСО любой конфигурации, предназначенных в первую очередь для выполнения основных функций, указанных выше, а конкретнее — для нормализации (нормирования) сигналов, фильтрации сигналов и обеспечения гальванической изоляции (развязки).
Измерительные усилители (ИУс) предназначены для усиления уровня входного напряжения тока и введения его в диапазон нормирования, удобный для последующих преобразований или индикации. ИУс выполняют следующие требования: обеспечение большого коэффициента усиления, постоянство коэффициента Усиления; минимальное выходное напряжение и его изменение (дрейф) при нулевом напряжении на выходе; максимальное входное сопротивление; минимальная инерционность.
Этим требованиям, предъявляемым к ИУс, удовлетворяют Усилители постоянного тока в интегральном исполнении с глубокой отрицательной связью, т. е. операционные усилители (ОУ). Операционные усилители с глубокой отрицательной обратной связью удовлетворяют вышеуказанным требованиям. Например, схема инвертирующего измерительного усилителя выполняет эти требования, т. е. изменяет полярность выходного напряжения по отнощению к входному. Она состоит из операционного усилителя, резисторов обратной связи и корректирующего резистора.
В дифференциальных усилителях наряду с усилением входного сигнала осуществляется и дифференцирование его по времени, т. е. учитывается скорость его изменения. Эта операция реализуется схемно комбинацией ОУ с LRС-цепочками.
Гальваническая связь — это связь электронных (электрических) элементов и схем, реализуемая посредством активных сопротивлений (резисторов) устройства. Гальванические связи между элементами схем могут возникать через общие шины питания, «земли», шасси и по другим каналам. Гальваническая изоляция (или развязка) является необходимой для электрической изоляции между источниками аналоговых или дискретных электрических сигналов различного вида и статусными каналами УСО, а также для изоляции между каналами дискретного вывода системы и управляемым силовым оборудованием (исполнительными устройствами и механизмами).
Гальваническая изоляция позволяет снизить влияние помех на систему по цепям заземления посредством полного разделения вычислительной системы ПТК АСУТП (или промышленного компьютера) от управляемого оборудования.
Простейшим устройством гальванической изоляции-развязки являются электромагнитные реле. Однако они инерционны, имеют значительные габариты, невысокую надежность и высокое потребление энергии. Наиболее часто в качестве элементов гальванической изоляции применяются резисторные, резисторно-емкостные, резисторно-индуктивные, емкостно-индуктивные цепи и фильтры. Например, используются аттенюаторы, обеспечивающие при постоянном уровне мощности или напряжения сигнала на входе возможность уменьшить выходной сигнал в заданное число раз; применяются LRС-цепочки, эффективность которых зависит от соотношения между постоянной времени х = RC и периодом входного сигнала /. При х«t автоматически выполняется соотношение ивых« ивх.
В последнее время в устройствах УСО находят применение оптроны (оптроны, оптопары), представляющие собой оптоэлек-тронное устройство, состоящее из источника света, фотоприемника и оптической согласующей или управляющей среды, которые могут быть связаны оптически, электрически или обоими видами связи. Наиболее распространенными являются оптроны с пассивной оптической средой, которые выполняют роль согласующего элемента для получения максимального коэффициента передачи светового сигнала от источника света к фотоприемнику-
Важной функцией модулей УСО является фильтрация сигналов как на входе и выходе, так и на его внутренних связях.
фильтры электрических сигналов позволяют ограничивать частный спектр сигналов или выделять сигналы в пределах ограниченной полосы частот.
фильтры разделяются на несколько видов: нижних частот, верхних частот, полосопропускающие и полосозаграждающие.
Идеальный фильтр низких частот имеет нулевой коэффициент передачи на частотах выше частоты среза, т. е. частоты, которая измеряется при условии, что мощность выходного сигнала фильтра уменьшилась на 50% в сравнении с мощностью входного сигнала. На частотах ниже частоты среза он пропускает сигнал без его ослабления. Идеальный фильтр высоких частот не оказывает влияния на амплитуду сигналов, имеющих частоту выше частоты среза, не пропускает более низкочастотные сигналы, чем частота среза.
Идеальный полосопропускающий (полосозаграждающий) фильтр пропускает (не пропускает) сигналы в интервале между их нижней и верхней частотами среза. Частотные фильтры представляют собой LC-цепочки требуемых параметров. Для получения требуемых параметров фильтров используются высокоточные и высокостабильные конденсаторы и катушки индуктивности.
Микропроцессоры. Организация и структура микропроцессора.
Использование новых принципов и совершенствование технологии интегральных микросхем позволили довести степень интеграции до такого уровня, при котором в объеме одного кристалла с линейным размером в несколько миллиметров оказалось возможным разместить сотни тысяч активных и пассивных элементов электроники.
При этом количество стало переходить в качество: появилась возможность органичного объединения арифметического устройства, логических элементов и триггеров оперативной памяти с устройством управления и сокращения до минимума длины линий (доли микрометра) и времени (доли микросекунды) передачи внутренних сигналов управления.
Так возник микропроцессор, решающий разнообразные математические и логические задачи с точностью и скоростью соизмеримой, а иногда и не уступающей тем, которые достигнуты в современных больших электронных вычислительных машинах. Такие кристаллы с помощью устройств ввода — вывода информации включаются в системы автоматического управления, практически неограниченно расширяя их возможности, вплоть до наделения элементами интеллекта.
Области применения микропроцессоров расширяются. Соответственно умножаются и требования, предъявляемые к ним. Естественно, что одна, даже многофункциональная, схема не в состоянии удовлетворить всем потребностям практики с учетом технологических и экономических ограничений. Установлено, например, что двукратное увеличение разрядности двоичных чисел, с которыми оперирует микропроцессор, приводит к увеличению его стоимости примерно в десять раз.
Микропроцессоры отличаются друг от друга сложностью, возможностями и стоимостью. Микропроцессор, предназначенный для решения одной задачи в конкретной системе автоматического управления, проще универсального микропроцессора, рассчитанного на применение в различных САУ или в микроЭВМ.
Важнейшие характеристики микропроцессора — разрядность и быстродействие. Разрядность определяет точность обработки информации и, следовательно, точность работы САУ, а быстродействие — возможность работы устройства в реальном масштабе времени, что существенно для многих, в том числе и управляющих технологическими процессами, систем.
Серийно выпускаются микропроцессоры с разрядностью 4, 8, 16, 32. В некоторых микропроцессорах предусмотрена возможность удвоения количества разрядов. Быстродействие составляет от 200 тыс. до 2 млн. опер/с.
Широко применяются два типа микропроцессоров: с аппаратным и микропрограммным устройством управления.
Микропроцессор с аппаратным управлением рассчитан на решение жестко фиксированной задачи или группы однотипных задач. Вычислительный процесс и логика его работы определены характером внутренних соединений элементов схемы и не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Принципиальная схема взаимодействия основных блоков микропроцессора, имеющего аппаратное управление, приведена на рис. 1. Схемные блоки связаны многопроводными шинами, формируемыми в процессе изготовления кристалла БИС. Для уменьшения количества внешних соединений кристалла одни и те же линии используются как для ввода, так и для вывода данных. Специальное устройство (в схему на рис. 1 оно не включено) осуществляет разделение процессов ввода и вывода во времени. Входные данные (например, сигнал от предшествующего звена САУ) поступают в устройство управления (УУ), которое вырабатывает фиксированную последовательность команд, выполняемых арифметическо-логическим устройством (АЛУ) и регистрами. Полученные в результате работы микропроцессора данные (выходной сигнал) через шину ввода — вывода передаются в последующее звено системы автоматического управления.
Группа регистров содержит регистры общего назначения и специальные регистры. Регистры общего назначения (обычно их 16) служат оперативной памятью микропроцессора. От их количества зависят его разрядность и быстродействие. Специальные регистры используются для счетчика команд, выработки признака результата и некоторых других функций.
Микропроцессоры с аппаратным управлением выполняются в одном кристалле.
Микропроцессоры с микропрограммным управлением имеют универсальное назначение. Они могут решать различные математические и логические задачи в зависимости от сменных программ, вводимых в память микропроцессора. Может меняться и длина их разрядной сетки.
Шина ввода-вывода
Регистры
Внутренняя шина данных
Рис. 1. Принципиальная схема микропроцессора с аппаратным управлением.
Технологические процессы как объекты автоматического управления. Возмущения, управляющие воздействия, входы и выходы. Обобщенная, структурная схема.
Производственный процесс на машиностроительном предприятии может состоять из технологических операций непрерывных, характерных для химических производств, и дискретных, чаще распространенных в машиностроении, приборостроении и др. Однако при всем многообразии технологических процессов, встречающихся в машиностроении, большинство из них можно отнести в первом приближении к категории непрерывных на отрезке времени «контроль—управление».
Любой производственный, технологический процесс или технический объект характеризуются определенными физическими параметрами (расход вещества и энергии, режимы резания, температура, давление). Для обеспечения требуемого режима эти параметры необходимо поддерживать постоянными или изменять по определенному закону
Управление – воздействие на основе имеющихся данных, на процесс, с целью получения желаемого результата на выходе объекта.
Объект управления независимо от его физической природы схематично изображают в виде и с помощью стрелок, отражающих его взаимодействие с внешней средой. Формальную модель объекта можно представить в виде множества величин, описывающих процесс функционирования реального объекта и образующих в общем случае следующие подмножества:
Рисунок 2. Схема объекта управления
Объект управления – место протекания рабочего процесса.
Возмущения – это воздействие некоторых величин, не относящихся на прямую к рабочему процессу, но определяющие условия, в которых протекает рабочий процесс (обычно воздействие окружающей среды).
Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления приведена на рисунке 5. Основными элементами ее являются: АР - автоматический регулятор, УМ - усилитель мощности, ИМ - исполнительный механизм, РО - регулируемый орган, СОУ - собственно объект управления, Д - датчик, НП - нормирующий преобразователь, ЗД - задатчик, ЭС - элемент сравнения.
Рисунок 5. Структурная схема САР промышленным объектом управления.
Обозначение переменных: уз- задающий сигнал, е- ошибка регулирования, ир - выходной сигнал регулятора, - управляющее напряжение, h- перемещение регулирующего органа, Qт- расход вещества или энергии, F- возмущающее воздействие, T- регулируемый параметр (например температура), yoc- сигнал обратной связи (выходное напряжение или ток преобразователя).
Характерной особенностью схемы является наличие нормирующего преобразователя НП, обеспечивающего работу автоматического регулятора со стандартными значениями тока (4-20 mA) или напряжения (0-10 В).
По характеру установившегося значения выходной величины объекта при действии на его вход ступенчатого сигнала выделяют объекты с самовыравниванием и без самовыравнивания.
По количеству входных и выходных величин и их взаимосвязи объекты делятся не одномерные (один вход и один выход) и многомерные. Последние могут быть многосвязными - когда наблюдается взаимное влияние каналов
Правила преобразования структурных схем управления. Связь между передаточными функциями разомкнутой и замкнутой систем.
Обычно структурная схема САР состоит из отдельных элементов, соединенных последовательно, параллельно или с помощью обратных связей. Каждый элемент имеет один вход и один выход и заданную передаточную функцию. Существуют следующие правила структурных преобразований, позволяющие по передаточным функциям отдельных элементов определить требуемую передаточную функцию. При последовательном соединt нии элементов передаточные функции перемножаются. Для построения передаточной функции системы между заданными входом и выходом нужно преобразовать структурную схему так, чтобы в конечном счете остался один блок с известной передаточной функцией. Для этого используют структурные преобразования.Легко показать, что передаточные функции параллельного и последовательного соединений равны соответственно сумме и произведению исходных передаточных функций:
Действительно, в изображениях по Лапласу для параллельного соединения получаем
Y(s)= Y1(s)+ Y2(s)= W1(s)X(s)+ W2(s)X(s)=[ W1(s)+ W2(s)] X(s)
а для последовательного
Y(s)= W2(s)Y1(s)=W1(s)W2(s) X(s)
Для контура с отрицательной обратной связью имеем
Для доказательства заметим, что Y(s)= W1(s)E(s) , а изображение ошибки равно
E(s) =X(s)-F(s)= X(s)-F(s)= X(s)- W2(s) Y(s)
Поэтому
Y(s)= W1(s)[X(s) - W2(s)Y(s)]
Перенося X(s) в левую часть, получаем
Y(s)= [1+ W1(s)W2(s)]= W1(s)X(s) => Y(s)=W1(s)/ 1+ W1(s)W2(s)
Если обратная связь – положительная (сигналы x и f складываются), в знаменателе будет стоять знак «минус»:
Y(s)=W1(s)/ 1- W1(s)W2(s)
Звено можно переносить через сумматор как вперед, так и назад. Чтобы при этом передаточные функции не изменились, перед сумматором нужно поставить дополнительное звено:
Для следующей пары это условие тоже выполняется:
Звено можно переносить также через точку разветвления, сохраняя все передаточные функции:
Эти две схемы тоже равносильны:
Методы измерения расхода жидкостей.
Количество вещества, проходящее в единицу времени по трубопроводу, каналу и т.п., называется расходом вещества. Количество и расход вещества выражают в объемных или массовых единицах измерения.
Объемными единицами количества обычно служат литр (л) и кубический метр , а массовыми – килограмм (кг) и тонна (т).
Объемное количество газа часто для сравнения представляют приведенным к нормальному состоянию – абсолютному давлению 101 325 Па, температуре 200С, относительной влажности 0%.
Наиболее распространенными единицами объемного расхода являются л/ч, м3/с и м3/ч, а массового – кг/с, кг/ч, т/ч.
Переход от объемных единиц расхода к массовым и обратно производится по формуле:
Qм = Q0 ρ
где, Qм – массовый расход вещества, кг/ч;
Q0 – объемный расход вещества, м3/ч;
ρ – плотность вещества, кг/ м3.
Приборы для измерения количества вещества называются счетчиками количества, а для измерения расхода вещества – расходомерами.
Для определения расхода и количества жидкости, газа, пара и сыпучих материалов применяются следующие основные методы измерений:
Для измерения расхода химически агрессивных (кислот, щелочей), абразивных и других жидкостей применяются электромагнитные (индуктивные) расходомеры.
Эти приборы предназначены для измерения расхода жидкостей с удельной электропроводностью от 10-3 до 10 см/м и температурой до 150 0С.
Запоминающие устройства, элементы памяти на МОП – интегральных транзисторах.
Цифровыми запоминающими называют устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Запоминающие устройства (ЗУ) классифицируют по назначению, технологии изготовления, способу адресации, способу хранения информации и т. д. По назначению запоминающие устройства подразделяют на оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). ОЗУ обеспечивает режим записи, хранения и считывания информации в процессе ее обработки. ПЗУ в рабочем режиме допускает только считывание информации.
По технологии изготовления ЗУ делятся на биполярные (ТТЛ -,ТТЛШ -, ЭСЛ-, И2Л -технологии) и униполярные (n - МОП, КМОП - и другие технологии).
По способу адресации все ЗУ делятся на адресные и безадресные (ассоциативные). В адресных ЗУ обращение к элементам памяти производится в соответствии с их адресом, задаваемым двоичным кодом. Большинство ЗУ являются адресными. В ассоциативных ЗУ считывание информации осуществляется по ее содержанию и не зависит от физических координат элементов памяти. Ассоциативные ЗУ не имеют входов адресных сигналов.
К основным параметрам ЗУ относятся информационная емкость, потребляемая мощность, время хранения информации, быстродействие и др.
Информационная емкость определяется числом ячеек памяти ЗУ и указывает максимальный объем хранимой информации. Если ЗУ рассчитано на хранение n чисел (слов), каждое из которых имеет m разрядов, то информационная емкость N определяется выражением N = n • m. Так, например, если ЗУ предназначено для хранения слов, каждое из которых содержит 4 разряда, то ЗУ имеет структурную организацию 16х4 и информационную емкость N = 16x4 = 64 бит. ЗУ емкостью 64 бит может быть организовано и как ЗУ 32х2 (32 слова по 2 разряда каждое). Емкость часто выражают в байтах (1 байт = 8 бит). Емкость ЗУ составляет от нескольких десятков до нескольких миллионов бит.
Потребляемая мощность — мощность, потребляемая ЗУ в установившемся режиме работы.
Время хранения информации — интервал времени, в течение которого ЗУ сохраняет информацию в заданном режиме.
Быстродействие — промежуток времени, необходимый для записи или считывания информации.
Основой любого ЗУ является матрица памяти (накопитель), которая состоит из n строк. Каждая строка имеет m ячеек памяти, образующих m-разрядное слово. Соответствующие шины в матрице памяти управляются от дешифраторов строк и столбцов. Выбор требуемой ячейки памяти осуществляется с помощью дешифраторов и столбцов путем подачи на них соответствующих адресных сигналов.
Оперативные запоминающие устройства
ОЗУ (их обозначают английской аббревиатурой подразделяются на статические и динамические). В статических ОЗУ запоминающая ячейка представляет coбой триггер на биполярных или полевых транзисторах, что определяет потенциальный характер управляющих сигналов и возможность считывания информации без ее разрушения. В динамических ОЗУ элементом памяти является емкость (например, затвора полевого транзистора), что требует периодического восстановления (регенерации) записанной информации в процессе ее хранения.
ОЗУ динамического типа позволяют реализовать большой объем памяти, но они сложнее в использовании, так как необходимо наличие специальной схемы управления режимами работы. В современных динамических ОЗУ имеются встроенные системы регенерации и синхронизации. Такие ОЗУ по внешним сигналам управления не отличаются от статических ОЗУ.
Рассмотрим в качестве примера некоторые микросхемы ОЗУ (рис. 2).
Выводы микросхем имеют следующие назначения: CS — выбор микросхемы, Ai — адресные входы, DIi — информационные входы, DOi — информационные выходы W/R — разрешение записи/считывания, RAS — строб адреса строки, CAS — строб адреса столбца, СЕ — сигнал разрешения.
Микросхема К155РУ2 — это статическое ОЗУ с открытым коллекторным выходом — выполнена на основе ТТЛ-структур емкостью 64 бит. Имеет структуру 16x4, т. е. может хранить 16 слов длиной 4 разряда каждое.
Микросхема К537РУ8 — это статическое ОЗУ объемом 2 Кбайта, выполнена на основе структур КМОП, по входу и выходу совместима с ТТЛ-структурами. Имеет двунаправленную 8-разрядную шину данных, которая используется и для записи, и для считывания информации.
Микросхема К565РУ5 — это динамическое ОЗУ на основе n-МОП-структур, по входам и выходам совместима с ТТЛ-структурами, имеет организацию 64Кх1. Шина адреса работает в мультиплексном режиме. Вначале на ней выставляются адреса строк, которые запоминаются во внутреннем регистре по спаду сигнала RAS. Затем выставляются адреса столбцов, которые запоминаются по спаду сигнала CAS.
Постоянные запоминающие устройства
Все ПЗУ можно разделить на следующие группы:
• программируемые при изготовлении (обозначают как ПЗУ или ROM);
• с однократным программированием, позволяющим пользователю однократно изменить состояние матрицы памяти электрическим путем по заданной программе (обозначают как ППЗУ или PROM);
• перепрограммируемые (репрограммируемые), с возможностью многократного электрического перепрограммирования, с электрическим или ультрафиолетовым стиранием информации (обозначают как РПЗУ или RPROM).
Для обеспечения возможности объединения по выходу при наращивании памяти все ПЗУ имеют выходы с тремя состояниями или открытые коллекторные выходы.
В ППЗУ накопитель построен на запоминающих ячейках с плавкими перемычками, изготовленными из нихрома или других тугоплавких материалов. Процесс записи состоит в избирательном пережигании плавких перемычек.
В РПЗУ запоминающие ячейки строятся на основе МОП-технологий. Используются различные физические явления хранения заряда на границе между двумя различными диэлектрическими средами или проводящей и диэлектрической средой.
В первом случае диэлектрик под затвором МОП-транзистора делают из двух слоев: нитрида кремния и двуокиси кремния (SiN4 — SiO2). Было обнаружено, что в сложной структуре SiN4 — SiO2 при изменении электрического напряжения возникает гистерезис заряда на границе раздела двух сдоев, что и позволяет создавать запоминающие ячейки.
Во втором случае основой запоминающей ячейки является лавинно-инжекционный МОП-транзистор с плавающим затвором (ЛИПЗ МОП).
В лавинно-инжекционном транзисторе с плавающим, затвором при достаточно большом напряжении на стоке происходит обратимый лавинный пробой диэлектрика, и в область плавающего затвора инжектируются носители заряда. Поскольку плавающий затвор окружен диэлектриком, то ток утечки мал и хранение информации обеспечивается в течение длительного промежутка времени (десятки лет). При подаче напряжения на основной затвор происходит рассасывание заряда за счет туннельного эффекта, т. е. стирание информации.
Сравнительные характеристики систем управления с жесткой и гибкой обратными связями.
Сложные элементы автоматических систем и сами автоматические системы состоят из некоторого числа соединенных между собой динамических звеньев. Наиболее простыми и часто встречающимися соединениями являются последовательное (рисунок 1,а), параллельное (1,б) и соединение, называемое встречно-параллельным или - охват звена обратной связью (рисунок 1,в)
a)
б) в)
Рисунок 1.Типовые соединения динамических звеньев: а) последовательное; б) параллельное; в) звено , охваченное обратной связью посредством звена
При последовательном соединении выходная величина каждого из звеньев, кроме последнего, служит входной величиной последующего звена. Эквивалентная передаточная функция последовательного соединения в общем случае определяется по формуле
(1)
При параллельном соединении все звенья имеют одну и ту же входную величину, а их выходные величины суммируются. Передаточная функция параллельного соединения n звеньев равна
\ (2)
Соединение звеньев, представленное на рисунок 1,в приводит к образованию замкнутой системы и состоит из двух звеньев. Звено с передаточной функцией является прямой цепью передачи сигналов, а звено с передаточной функцией осуществляет обратную связь. Обратная связь это воздействие выходной величины какого-то звена на его вход. Если это воздействие совпадает по знаку с входной величиной, то обратная связь - положительная. В противном случае обратная связь - отрицательная.
Передаточная функция замкнутой автоматической системы
(3)
где знак "+" в знаменателе соответствует отрицательной обратной связи и знак "-" - положительной.
На практике наиболее употребительны жесткая и гибкая (дифференциальная) обратные связи.
Обратные связи изменяют свойства типовых динамических звеньев. Проиллюстрируем это на примере интегрирующего звена с передаточной функцией
при охвате его жесткой отрицательной обратной связью .
Передаточная функция замкнутой системы равна
Полученное выражение приведем к виду, принятому в теории автоматического управления, для чего разделим числитель и знаменатель на Тем самым
где
Сравнивая передаточные функции и видим, что характер после охвата его отрицательной обратной связью изменился, так как передаточная функция представляет собой инерционное звено первого порядка.
При жесткой положительной обратной связи имеем
Звено с такой передаточной функцией представляет собой неустойчивое апериодическое звено первого порядка, т.е. и в этом случае характер звена изменился.
Отметим, что выводы об изменении характера исходного звена справедливы при
Устойчивость (в широком смысле) - это свойство системы возвращаться в некоторый или близкий к нему установившийся режим из начальных состояний.
Процесс регулирования определяется решением дифференциального уравнения как сумма двух решений - частного решения неоднородного уравнения с правой частью и общего решения уравнения без правой части, т.е. с правой частью равной нулю
(4)
В случае , это будет установившееся значение. Первое слагаемое (4) называют также вынужденным решением , а второе слагаемое - переходной составляющей . Тогда выражение (4) может быть записано в виде
Система будет называться устойчивой, если с течением времени при переходная составляющая будет стремиться к нулю: Найдем эту составляющую, решив дифференциальное уравнение без правой части
(5)
Этому дифференциальному уравнению соответствует характеристическое уравнение
(6)
Так как в решении характеристического уравнения содержится n корней, то переходная составляющая может быть записана в виде
(7)
где корни характеристического уравнения; постоянные интегрирования, определяемые из начальных условий.
Корни характеристического уравнения определяются только видом левой части дифференциального уравнения. Постоянные интегрирования определяются также и видом правой его части. Поэтому быстрота затухания и форма переходного процесса определяются как левой, так и правой частями исходного дифференциального уравнения. Однако поскольку в понятие устойчивости системы входит только факт наличия или отсутствия затухания переходного процесса (независимо от быстроты затухания и формы переходного процесса). то устойчивость линейной системы не зависит от вида правой части исходного дифференциального уравнения и определяется только характеристическим уравнением (6), а конкретно его корнями. Для затухания процесса необходимо и достаточно, чтобы вещественные части корней были отрицательными. Это относится как к вещественным, так и к комплексным корням. Если хотя бы один корень характеристического уравнения будет иметь положительную вещественную часть, то переходный процесс в целом будет расходиться, т.е. система окажется неустойчивой.
Можно показать, что необходимым (но не достаточным) условием устойчивости системы является положительность всех коэффициентов характеристического уравнения. Это значит, что при положительности всех коэффициентов система может быть устойчивой, но не исключена возможность неустойчивости системы. Если же не все коэффициенты характеристического уравнения положительны, то система наверняка неустойчива и никаких дополнительных исследований устойчивости не требуется.
Необходимое условие устойчивости становится достаточным только для уравнений первого и второго порядков. В этом случае система будет устойчивой при положительности всех коэффициентов характеристического уравнения, в чем можно убедиться прямым нахождением корней характеристического уравнения.
Покажем на примере влияние обратной связи на устойчивость. Пусть имеем звено с передаточной функцией Решив характеристическое уравнение найдем его корни т.е. это звено является устойчивым.
Охватив его жесткой отрицательной связью с коэффициентом обратной связи Имеем
где
Характеристическое уравнение имеет вид и его корень т.е. при охвате инерционного звена жесткой отрицательной обратной связью его устойчивость не нарушится.
Иное дело при охвате инерционного звена жесткой положительной обратной связью. Имеем
где причем в зависимости от значения величина может быть или меньше нуля, или больше нуля, т.е. корень характеристического уравнения при будет и система устойчива; при корень равен и система неустойчива.
Если же , то имеем , т.е. изменился характер переходного процесса, т.к. это интегрирующее звено с корнем характеристического уравнения и тем самым система находится на границе устойчивости. Охватим это же инерционное звено гибкой отрицательной связью Имеем
где
Характеристическое уравнение в этом случае имеет вид и его корень равен т.е. при охвате инерционного звена гибкой отрицательной обратной связью устойчивость его не нарушится.
Охватим инерционное звено гибкой положительной обратной связью. Имеем
где причем в зависимости от значения величина может быть или меньше, или больше нуля, т.е. корень характеристического уравнения при будет равен и тем самым система устойчива; при корень равен и система неустойчива.
Если же то имеем то изменился характер переходного процесса, т.к. это усилительное безынерционное звено.
Методы измерения уровня жидкостных сред.
Бесконтактный метод измерений позволяет производить вычисления уровня и других величин, не вступая в непосредственный контакт с измеряемым продуктом. Типичными представителями этого метода измерений являются радарные уровнемеры.
Контактные методы измерений уровня (гидростатические, волноводные, поплавковые/буйковые и другие уровнемеры) довольно популярны и повсеместно применимы. Самыми известными средствами непрерывного измерения уровня являются датчики давления. Гидростатический метод измерения уровня в настоящее время широко применяют во всех типах производств.
Принцип измерения радарным уровнемером.
Уровень жидкости измеряется короткими импульсами радара, которые передаются от антенны, находящейся в верхней части резервуара, по направлению к этой жидкости.
Когда импульс радара достигает среды с иной диэлектрической постоянной, часть энергии отражается обратно к датчику. Разница во времени между переданным и отраженным импульсом пропорциональна расстоянию, от которого рассчитывается уровень.
Используемая технология обработки сигнала обеспечивает высокоэффективное подавление паразитных отражений, а также помех, связанных с волнением поверхности измеряемого продукта и загрязнениями антенны датчика уровня. Таким образом, можно с высокой точностью вычислить расстояние до продукта и уровень продукта в резервуаре.
Радарные уровнемеры обладают высокой надежностью и точностью измерений уровня, не имеют в своем составе частей, контактирующих непосредственно с измеряемым продуктом, не требуют технического обслуживания, и поверка их осуществляется без проведения демонтажа. Радарные датчики нечувствительны ко многим вызывающим проблемы характеристикам жидкостей, например, изменение плотности, диэлектрических свойств или проводимости. Кроме того, радарный луч свободно проникает через слои пены и изолирующие прокладки, на него не влияют изменения объема заполненного парами пространства резервуара. Единственным недостатком радарных уровнемеров является их относительно высокая стоимость, но она компенсируется низкой стоимостью владения.
Волноводные уровнемеры позволяют с высокой точностью и надежностью измерять не только уровень продукта, но и уровень раздела двух сред, завоевывают свою нишу прежде всего там, где раньше использовались буйковые, поплавковые системы измерений. Отличительной особенностью приборов этой серии является двухпроводная линия питания и получения информации, отсутствие движущихся частей, удаленное конфигурирование и настройка, легкая интеграция и монтаж практически в любой резервуар и систему АСУ ТП.
Аналого-цифровые преобразователи. Структурные схемы АЦП.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для автоматического преобразования (измерения и кодирования) непрерывно изменяющихся во времени (т. е. аналоговых) величин в соответствующие значения числовых кодов. В данном случае под словом «цифра» понимается двоичный код. Когда, например, говорят о цифровой звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуре или о цифровой телефонии, то подразумевают, что непрерывно изменяющийся звуковой сигнал записывается или передается именно в виде двоичных (бинарных) кодов, т. е. «оцифрованным».
В зависимости от способа преобразования АЦП подразделяют на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. На рис. 4 показан АЦП последовательного типа.
По команде «Пуск» цифровой автомат ЦА вырабатывает последовательность двоичных чисел, которые поступают на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), вырабатывающего напряжение 1/иш, соответствующее каждому входному двоичному сигналу. Это напряжение Umn непрерывно растет (пока работает ЦА) и поступает на один из входов компаратора К, на другой вход которого поступает входное напряжение 11Ш. Компаратор сравнивает эти два сигнала и выдает сигнал при их равенстве. По этому сигналу останавливается ЦА, а на его выходе фиксируется двоичный код, соответствующий Um. Таким образом, преобразование в последовательном АЦП происходит в ступенчатом режиме, отдельными шагами (тактами), последовательно приближаясь к измеряемому значению. Поэтому последовательные АЦП на каждое преобразование аналогового сигнала затрачивают много времени. Для повышения их быстродействия используется метод поразрядного уравновешивания. Иллюстрирующая этот метод схема показана на рис. 5.
Роль цифрового автомата выполняет регистр Рг с датчиком тактовых импульсов ДТИ. Считывание выходного кода происходит по сигналу схемы готовности данных СГД, который поступает при поступлении сигнала от компаратора К о равенстве входного напряжения UBX и напряжения Uum. Работа компаратора синхронизирована
импульсами ДТИ. Эти же импульсы последовательно переводят разряды регистра Рг в состояние «1», начиная со старшего, а младшие разряды при этом остаются в состоянии «О». При этом ЦАП вырабатывает соответствующее напряжение, которое сравнивается в компараторе К с входным. Если Uuan больше
Рис.4. Аналого-цифровой преобразователь последовательного типа
UBX, то по команде компаратора старший регистр сбрасывается в состояние «О», если Uum меньше UBX, то остается «1» в старшем разряде. Затем в состояние «1» переводится следующий по старшинству разряд Рг и снова производится сравнение напряжений Uwn и UBX. Цикл повторяется до тех пор, пока не произойдет сравнение в младшем разряде. После этого СГД выдает сигнал о выдаче выходного кода. Число циклов сравнения в таком АЦП будет равно числу разрядов выходного кода.
Наиболее быстродействующими являются АЦП параллельного типа. Преобразование аналогового сигнала в код в таких АЦП осуществляется за один шаг. Но такие АЦП требуют нескольких компараторов. Выходное напряжение одновременно сравнивается во всех компараторах с несколькими опорными напряжениями. Параллельные АЦП имеют большее число элементов, чем последовательные. Рассмотрим работу трехразрядного параллельного АЦП (рис. 6). Тремя двоичными разрядами можно представить восемь чисел: от 0 до 7. Поэтому используется 7 компараторов для сравнения входного напряжения с опорными напряжениями, получаемыми с помощью схемы резисторного делителя. От каждого компаратора получается сигнал «О», если входное напряжение меньше опорного, и «1» — в противном случае.
Состояние компараторов и соответствующих им двоичных кодов показано в табл. 4. Преобразователь, кода выдает двоичное трехразрядное число. Время преобразования параллельных АЦП может составлять несколько десятков наносекунд, что в сотни раз быстрее, чем у последовательных АЦП.
Рис. 6. Трехразрядный параллельный АЦП.
Цифровые преобразователи. Схема цифрового преобразователя.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рис. 1 представлена классификационная схема ЦАП по схемотехническим признакам. Кроме этого, ИМС цифро-аналоговых преобразователей классифицируются по следующим признакам: По виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения; По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным
Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1.
Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 3.
Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице.
Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах. Схема последовательного ЦАП, приведенная на рис. 2, позволяет выполнить цифро-аналоговое преобразование за значительно меньшее число тактов. В этой схеме емкости конденсаторов С1 и С2 равны. Перед началом цикла преобразования конденсатор С2 разряжается ключом S4. Входное двоичное слово задается в виде последовательного кода. Его преобразование осуществляется последовательно, начиная с младшего разряда d0. Каждый такт преобразования состоит из двух полутактов. В первом полутакте конденсатор С1 заряжается до опорного напряжения Uоп при d0=1 посредством замыкания ключа S1 или разряжается до нуля при d0=0 путем замыкания ключа S2. Во втором полутакте при разомкнутых ключах S1, S2 иS4 замыкается ключ S3, что вызывает деление заряда пополам между С1 и С2. Пока на конденсаторе С2 сохраняется заряд, процедура заряда конденсатора С1 должна быть повторена для следующего разряда d1 входного слова. Точно также выполняется преобразование для остальных разрядов слова.
Таким образом, представленная схема выполняет преобразование входного кода за 2N квантов, что значительно меньше, чем у ЦАП с ШИМ. Здесь требуется только два согласованных конденсатора небольшой емкости. Конфигурация аналоговой части схемы не зависит от разрядности преобразуемого кода. Однако по быстродействию последовательный ЦАП значительно уступает параллельным цифро-аналоговым преобразователям, что ограничивает область его применения.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) предназначен для автоматического преобразования (измерения и кодирования) непрерывно изменяющихся во времени (т. е. аналоговых) величин в соответствующие значения числовых кодов. В данном случае под словом «цифра» понимается двоичный код. Когда, например, говорят о цифровой звукозаписывающей и воспроизводящей аппаратуре или о цифровой телефонии, то подразумевают, что непрерывно изменяющийся звуковой сигнал записывается или передается именно в виде двоичных (бинарных) кодов, т. е. «оцифрованным».
В зависимости от способа преобразования АЦП подразделяют на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. На рис. 4 показан АЦП последовательного типа.
По команде «Пуск» цифровой автомат ЦА вырабатывает последовательность двоичных чисел, которые поступают на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), вырабатывающего напряжение 1/иш, соответствующее каждому входному двоичному сигналу. Это напряжение Umn непрерывно растет (пока работает ЦА) и поступает на один из входов компаратора К, на другой вход которого поступает входное напряжение 11Ш. Компаратор сравнивает эти два сигнала и выдает сигнал при их равенстве. По этому сигналу останавливается ЦА, а на его выходе фиксируется двоичный код, соответствующий Um. Таким образом, преобразование в последовательном АЦП происходит в ступенчатом режиме, отдельными шагами (тактами), последовательно приближаясь к измеряемому значению. Поэтому последовательные АЦП на каждое преобразование аналогового сигнала затрачивают много времени. Для повышения их быстродействия используется метод поразрядного уравновешивания. Иллюстрирующая этот метод схема показана на рис. 5.
Роль цифрового автомата выполняет регистр Рг с датчиком тактовых импульсов ДТИ. Считывание выходного кода происходит по сигналу схемы готовности данных СГД, который поступает при поступлении сигнала от компаратора К о равенстве входного напряжения UBX и напряжения Uum. Работа компаратора синхронизирована
импульсами ДТИ. Эти же импульсы последовательно переводят разряды регистра Рг в состояние «1», начиная со старшего, а младшие разряды при этом остаются в состоянии «О». При этом ЦАП вырабатывает соответствующее напряжение, которое сравнивается в компараторе К с входным. Если Uuan больше
Рис.4. Аналого-цифровой преобразователь последовательного типа
UBX, то по команде компаратора старший регистр сбрасывается в состояние «О», если Uum меньше UBX, то остается «1» в старшем разряде. Затем в состояние «1» переводится следующий по старшинству разряд Рг и снова производится сравнение напряжений Uwn и UBX. Цикл повторяется до тех пор, пока не произойдет сравнение в младшем разряде. После этого СГД выдает сигнал о выдаче выходного кода. Число циклов сравнения в таком АЦП будет равно числу разрядов выходного кода.
Наиболее быстродействующими являются АЦП параллельного типа. Преобразование аналогового сигнала в код в таких АЦП осуществляется за один шаг. Но такие АЦП требуют нескольких компараторов. Выходное напряжение одновременно сравнивается во всех компараторах с несколькими опорными напряжениями. Параллельные АЦП имеют большее число элементов, чем последовательные. Рассмотрим работу трехразрядного параллельного АЦП (рис. 6). Тремя двоичными разрядами можно представить восемь чисел: от 0 до 7. Поэтому используется 7 компараторов для сравнения входного напряжения с опорными напряжениями, получаемыми с помощью схемы резисторного делителя. От каждого компаратора получается сигнал «О», если входное напряжение меньше опорного, и «1» — в противном случае.
Состояние компараторов и соответствующих им двоичных кодов показано в табл. 4. Преобразователь, кода выдает двоичное трехразрядное число. Время преобразования параллельных АЦП может составлять несколько десятков наносекунд, что в сотни раз быстрее, чем у последовательных АЦП.
Транзисторы. Типы. Характеристики.
Транзи́стор— электронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.
Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).
В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.
Вся современная цифровая техника построена, в основном, на полевых МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторах (МОПТ), как более экономичных, по сравнению с БТ, элементах. Иногда их называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- транзисторы. Транзисторы изготавливаются в рамках интегральной технологии на одном кремниевом кристалле (чипе) и составляют элементарный «кирпичик» для построения микросхем логики, памяти, процессора и т. п. Размеры современных МОПТ составляют от 90 до 32 нм. Транзистор - электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин — BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.
Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи.
По типу используемого полупроводника транзисторы классифицируются на кремниевые, германиевые и арсенид-галлиевые. Другие материалы транзисторов до недавнего времени не использовались. В настоящее время имеются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников для использования в матрицах дисплеев. Перспективный материал для транзисторов — полупроводниковые полимеры. Также имеются отдельные сообщения о транзисторах на основе углеродных нанотрубок.
По мощности различают маломощные транзисторы (рассеиваемая мощность измеряется в мВт), транзисторы средней мощности (от 0,1 до 1 Вт рассеиваемой мощности) и мощные транзисторы (больше 1 Вт). На фотографии мощность транзисторов возрастает слева направо.
По исполнению различают дискретные транзисторы (корпусные и бескорпусные) и транзисторы в составе интегральных схем.
По основному полупроводниковому материалу
Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металл выводов, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «Металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы:
* Германиевые
* Кремниевые
* Арсенид-галлиевые
Амплитудно-частотная (АЧХ), фазо-частотная (ФЧХ) и амплитудо-фазо-частотная (АФЧХ) характеристики.
Частотной характеристикой линейной системы или, что эквивалентно, комплексной частотной функцией линейной системы называется функция W(i), получаемая из передаточной функции системы при подстановке p=i.
- комплексная частотная характеристика (КЧХ);
- вещественная частотная характеристика (ВЧХ);
- мнимая частотная характеристика (МЧХ);
- амплитудная частотная характеристика (АЧХ);
- фазовая частотная характеристика (ФЧХ);
- логарифмическая амплитудная частотная характеристика (ЛАЧХ);
- логарифмическая фазовая частотная характеристика (ЛФЧХ);
Рассматривая как вектор и варьируя частоту входного сигнала от 0 до , получим на комплексной плоскости кривую, описываемую концом этого вектора. Эта кривая называется годографом вектора комплексной частотной функции или амплитудно–фазовой частотной характеристикой (АФЧХ).
Тензопреобразователи. Принцип действия и конструктивные формы.
В основе работы тензорезисторных преобразователей лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при деформации сжатия – растяжения.
При деформации проводника изменяется его длина l и площадь поперечного сечения; при деформации кристаллической решетки – удельное сопротивление . Эти изменения приводят к изменению сопротивления проводника. Изменение сопротивления проволоки при ее сжатии или растяжении связано с относительной деформацией .
Важная характеристика тензоэффекта – коэффициент чувствительности, который определяется уравнением
,
где – относительное изменение удельного сопротивления проволоки при ее деформации;
– коэффициент Пуассона (для металлов 0,24–0,4);
– удельное сопротивление металла;
– длина проволоки.
По измеренному относительному изменению сопротивления проводника вычисляют относительную деформацию . Зная зависимость , можно определить усилие , изменяющееся в широком диапазоне.
Сжатие
Растяжение
а)
б)
Наиболее часто применяемые для изготовления тензорезисторов материалы: константан, нихром, манганин, никель, висмут, титаноалюминиевый сплав и полупроводниковые материалы (соединения германия, кремния и т.д.). В настоящее время наиболее широко применяют проволочные, фольговые, пленочные и полупроводниковые тензорезисторы.
Проволочные тензопреобразователи представляют собой полоску тонкой бумаги или лаковую пленку, на которую наклеивается уложенная зигзагообрано тонкая проволока диаметром 0,02…0,05 мм. К концам проволоки присоединяются (сваркой или пайкой) выводные медные проводники, служащие для включения преобразователя в измерительную цепь. Сверху преобразователь покрывается слоем лака или заклеивается бумагой или фетром. Такой преобразователь приклеивается к испытуемой детали так, что проволока воспринимает деформацию поверхностного слоя испытуемой детали, вследствие чего изменяется сопротивление проволоки.
Фольговые преобразователи представляют собой тонкую лаковую пленку, на которую нанесена фольговая тензочувствительная решетка из константана толщиной 4…12 мкм. При изготовлении таких преобразователей путем травления можно получить любой рисунок решетки, что является достоинством фольговых преобразователей.
Металлические пленочные преобразователи изготавливаются методом вакуумной возгонки тензочувствительного материала и последующей конденсации его на подложку. Форма тензорезистора задается маской, через которую производится напыление. Действие датчика основано на изменении омического сопротивления тензочувствительной обмотки при деформации упругого элемента под воздействием измеряемой силы.
Полупроводниковый чувствительный элемент в полупроводниковых тензорезистораз состоит из кремниевой полоски с n- или p-проводимостью, обладающей пьезоэффектом, при котором механическая нагрузка вызывает положительное или отрицательное изменение сопротивления. Полупроводниковый тензорезистор шириной 0,2 мм и толщиной около 0,02 мм может быть изготовлен на подложке или использоваться без нее. Преимуществом таких тензодатчиков является высокая чувствительность, которая постоянна только в узком диапазоне. Его характеристика нелинейна, величина сильно изменяется при изменении удлинения и температуры.
Применяются тензопреобразователи для измерения деформаций и механических напряжений, а также других статических и динамических механических величин, которые пропорциональны деформации вспомогательного упругого элемента(пружины), например пути, ускорения, силы, изгибающего и вращающего момента, давления газа или жидкости и т.д. По этим измеряемым величинам можно определить производные величины, например массу (вес), степень заполнения резервуаров и т.д.
Состав и особенности одноуровневых САПР
Техническое обеспечение современных САПР имеет иерархическую структуру. Принято выделять в качестве уровня САПР следующие комплексы аппаратуры:
1. Центральный вычислительный комплекс ЦВК — для решения сложных задач проектирования и представляет собой ЭВМ средне (или высокой) производительности с штатным набором периферийных устройств. Для повышения производительности в ЦВК используют многопроцессорные комплексы.
2. Автоматизированное рабочее место АРМ — предназначена для решения сравнительно несложных задач и организации эффектного общения проектировщика с комплексом технических средств, включает в свой состав мини или микро ЭВМ. Для АРМ характерен интерактивный режим работы с обработкой графической информации.
3. Рабочие станции РС — для подготовки и редактирования информации, выполнении несложных проектных операций, подготовки и выпуска конструкторско-технической документации, создание архивов типовых проектных решений и каталогов.
Наличие такого разделения в составе технических средств приводит к соответствию структурных программ и информационного обеспечения. В результате уровни ЦВК, АРМ и РС, первоначально выделяемых как уровни технического обеспечения, становятся уровнями САПР. Существующие САПР делятся на одно-, двух- и трехуровневые.
Наиболее распространен вариант — одна суперЭВМ с большим количеством терминалов.
В одноуровневых САПР, построенных на основе ЦВК, выполняются процедуры, характеризующиеся большой трудоемкостью вычислений при сравнительно малых скоростях исходных данных. В таких САПР, но уже на базе АРМ, выполняются проектные процедуры, в которых скорость вычислений и скорость выпуска проектной документации сравнительно невелики.
В двухуровневых САПР возможно сочетание ЦВК-АРМ, ЦВК-РС, АРМ-РС, в которых используются совокупные возможности соответствующих уровней. В наибольшей степени при автоматизированном проектировании выполняют трехуровневые САПР.
Алгебраический критерия устойчивости Рауса – Гурвица.
Данные критерии не применимы для систем с запаздыванием
Критерий Гурвица
Пусть дано характеристическое уравнение замкнутой системы
.(1)
Составим определитель Гурвица из коэффициентов уравнения (1):
|
a1 |
a3 |
a5 |
a7 |
... |
0 |
0 |
||
|
a0 |
a2 |
a4 |
a6 |
... |
0 |
0 |
||
|
0 |
a1 |
a3 |
a5 |
... |
0 |
0 |
||
|
0 |
a0 |
a2 |
a4 |
... |
0 |
0 |
||
|
... |
... |
... |
... |
... |
... |
... |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
... |
an-1 |
0 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
... |
an-2 |
an |
Алгоритм составления определителя ясен из его структуры. По главной диагонали последовательно записываются n коэффициентов характеристического уравнения, начиная с . Столбцы определителя, начиная от элементов главной диагонали, заполняются вверх по возрастающим индексам, вниз – по убывающим. Коэффициенты с индексом меньше нуля или больше n заменяются нулями.
Теорема. Для того чтобы стандартный полином являлся полиномом Гурвица, необходимо и достаточно, чтобы были положительны все главные диагональные миноры определителя Гурвица:
.
Критерий Рауса
Теорема. Для устойчивости линейной САУ необходимо и достаточно чтобы все элементы главной диагонали ∆ - й матрице Гурвица были положительны.
|
с1 |
... |
... |
... |
... |
... |
... |
||
|
0 |
с2 |
... |
... |
... |
... |
... |
||
|
0 |
0 |
с3 |
... |
... |
... |
... |
||
|
0 |
0 |
0 |
с4 |
... |
... |
... |
||
|
... |
... |
... |
... |
... |
... |
... |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
... |
сn-1 |
... |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
... |
0 |
сn |
Под устойчивостью системы понимается способность ее возвращаться к состоянию установившегося равновесия после снятия возмущения, нарушившего это равновесие. Неустойчивая система непрерывно удаляется от равновесного состояния или совершает вокруг него колебания с возрастающей амплитудой.
Раус предложил критерий устойчивости САУ в виде алгоритма, по которому заполняется специальная таблица с использованием коэффициентов характеристического уравнения:
1) в первой строке записываются коэффициенты уравнения с четными индексами в порядке их возрастания; 2) во второй строке - с нечетными; 3) остальные элементы таблицы определяется по формуле: ck,i = ck+ 1,i - 2 - rick + 1,i - 1, где ri = c1,i - 2/c1,i - 1, i 3 - номер строки, k - номер столбца. 4) Число строк таблицы Рауса на единицу больше порядка характеристического уравнения.
Критерий Рауса: для того, чтобы САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы коэффициенты первого столбца таблицы Рауса c11, c12, c13,... были положительными. Если это не выполняется, то система неустойчива, а количество правых корней равно числу перемен знака в первом столбце. Достоинство - критерий прост в использовании независимо от порядка характеристического уравнения. Он удобен для использования на ЭВМ. Его недостаток - малая наглядность, трудно судить о степени устойчивости системы, на сколько далеко отстоит она от границы устойчивости.
Гурвиц предложил другой критерий устойчивости. Из коэффициентов характеристического уравнения строится определитель Гурвица по алгоритму:
по главной диагонали слева направо выставляются все коэффициенты характеристического уравнения от a1 до an; 2) от каждого элемента диагонали вверх и вниз достраиваются столбцы определителя так, чтобы индексы убывали сверху вниз; 3) на место коэффициентов с индексами меньше нуля или больше n ставятся нули. Критерий Гурвица: для того, чтобы САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы все n диагональных миноров определителя Гурвица были положительны. Эти миноры называются определителями Гурвица. Критерий Гурвица применяют при n 4. При больших порядках возрастает число определителей и процесс становится трудоемким. Недостаток критерия Гурвица - малая наглядность. Достоинство - удобен для реализации на ЭВМ. Его часто используют для определения влияния одного из параметров САУ на ее устойчивость. Так равенство нулю главного определителя n = ann-1 = 0 говорит о том, что система находится на границе устойчивости. При этом либо an = 0 - при выполнении остальных условий система находится на границе апериодической устойчивости, либо предпоследний минор n- 1 = 0 - при положительности всех остальных миноров система находится на границе колебательной устойчивости. Параметры САУ определяют значения коэффициентов уравнения динамики, следовательно изменение любого параметра Ki влияет на значение определителя n-1. Исследуя это влияние можно найти, при каком значении Ki определитель n-1 станет равен нулю, а потом - отрицательным (рис.67). Это и будет предельное значение исследуемого параметра, после которого система становится неустойчивой.
Дифференциальное уравнение, передаточная функция, график переходной функции и частотные характеристики усилительного звена.
Примером такого звена является рычаг (усилительное звено) или нагруженная силой (выходная координата ) пружина в результате перемещения ее свободного конца. Данное звено описывается следующим уравнением: aoy(t)=bog(t) (1), где ao и bo коэффициенты .Запишем это уравнение в стандартной форме. Для этого разделим (1) на ao: y(t)=g(t) y(t)=kg(t) (2), где k=-коэффициент передачи. Запишем исходное уравнение в операторной форме, используя подстановку p= .Получим: y(t)=kg(t) (3) .
Получим передаточную функцию для идеального звена. Воспользуемся преобразованиями Лапласа: y(t)=Y(s) g(t)=G(s). По определению передаточная функция находится как отношение выходного сигнала к входному. Тогда уравнение (2) будет иметь вид: Y(s)=kG(s) W(s)=k (4) .
Найдем выражения для переходной функции и функции веса. По определению аналитическим выражением переходной функции является решение уравнения (2) при нулевых начальных условиях, т.е. g(t)=1. Тогда h(t)=k1(t) (5)
Функцию веса можно получить дифференцированием переходной функции: w(t)==k(t) (6) .
Получим частотную передаточную функцию, заменив в передаточной функции (4) s на j: W(s)=k W(j)=k (7) W(j)=U()+jV() U()=k V()=0
Получим аналитические выражения для частотных характеристик. По определению амплитудная частотная характеристика (АЧХ) - это модуль частотной передаточной функции, т.е. A()=W(j) A()=k (8)
Фазовая частотная характеристика (ФЧХ) - это аргумент частотной передаточной функции, т.е. ()=argW(j)
()=0 (9)
Для построения логарифмических частотных характеристик вычислим L()=20lg A() L()=20lgk
Примером рассмотренного звена может являться механический редуктор, делитель напряжения, индукционные датчики и т.д. Но беэынерционное звено является некоторой идеализацией реальных звеньев. В действительности ни одно звено не может равномерно пропускать все частоты от нуля до бесконечности.
Нормирующие преобразователи и их характеристики.
К преобразователям механических перемещений и усилий относятся следующие унифицированные преобразователи системы ГСП: пневмосиловой, электросиловой токовый и частотносиловой. Эти преобразователи используются в комплекте с чувствительными элементами, с вторичными приборами, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления для непрерывного преобразования механических перемещений и усилий, создаваемых изменениями теплотехнических, технологических и других параметров, в стандартные выходные сигналы.
Приборы унифицированной системы ГСП состоят из двух основных блоков: измерительного, преобразующего контролируемый параметр в усилие, и блока, преобразующего это усилие в выходной стандартный сигнал: пневматический (0,2 ÷ 1,0 кгс/см²), электрический (0 − 5 mА, 0 − 20 mА или 1 − 10 В) и частотный (1500 − 2500 Гц).
Давление питания пневмосиловых преобразователей − 1,4 кгс/см². Предельное расстояние передачи выходного сигнала по пневмотрассе до 300 м. Расход воздуха питания в установившемся режиме не более 3 л/мин. Воздух для питания должен быть подготовлен в соответствии с требованиями стандарта (ГОСТ 11882-86).
Выходной сигнал от унифицированных электросилового и частотно-силового преобразователей передается по двух проводной линии связи на расстояние до 10 км.
Механоэлектрический преобразователь предназначен для непрерывного преобразования углового или линейного перемещения чувствительного элемента в пропорциональный сигнал постоянного тока. Преобразователь состоит из блока питания, высокочастотного генератора и магнитоэлектрического гальванометра.
Ферродинамические преобразователи (токовые и напряжения) предназначены для связи приборов с электрической ветвью ГСП. Выходной величиной преобразователя токового типа является постоянный (пульсирующий) ток, пропорциональный сигналу обратной связи. В преобразователе напряжения выходной величиной является постоянное (сглаженное) напряжение на нагрузке, имеющей строго определенную величину. Сопротивление линии связи от выхода преобразователей до нагрузки не более 15 Ом.
Для преобразования изменения переменного напряжения невзаимозаменяемых преобразователей (омических, индукционных и дифференциально-трансформаторных) в пропорциональное ему изменение унифицированного сигнала постоянного тока 0 − 5 mА применяют нормирующие преобразователи. Пределы входного напряжения от преобразователей первичных приборов от 0 до 0,5 В и от 0 до 1,5 В при выходном токе от 0 до 5 mА.
Для преобразования изменений сопротивлений медных и платиновых преобразователей сопротивления и э.д.с. термоэлектрических преобразователей (термопар) в пропорциональный этим изменениям постоянный ток применяют соответствующие нормирующие преобразователи.
Для преобразования э.д.с. электродных систем с внутренним сопротивлением 0 − 1000 Мом в унифицированный сигнал постоянного тока предназначен преобразователь измерительный промышленный (типа П − 261). Такие преобразователи обычно работают в комплекте с чувствительными элементами рН − метров со стеклянным рабочим электродом (измерение рН в потоке или в емкостях). Пределы измерения от +1500 до -1500 мВ.
Цифро-аналоговые преобразователи. Структурные схемы ЦАП разных типов.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рис. 1 представлена классификационная схема ЦАП по схемотехническим признакам. Кроме этого, ИМС цифро-аналоговых преобразователей классифицируются по следующим признакам:По виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения; По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода ;По числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные;По быстродействию: умеренного и высокого быстродействия.
Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1.
Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 3.
Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице.
Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах. Схема последовательного ЦАП, приведенная на рис. 2, позволяет выполнить цифро-аналоговое преобразование за значительно меньшее число тактов. В этой схеме емкости конденсаторов С1 и С2 равны. Перед началом цикла преобразования конденсатор С2 разряжается ключом S4. Входное двоичное слово задается в виде последовательного кода. Его преобразование осуществляется последовательно, начиная с младшего разряда d0. Каждый такт преобразования состоит из двух полутактов. В первом полутакте конденсатор С1 заряжается до опорного напряжения Uоп при d0=1 посредством замыкания ключа S1 или разряжается до нуля при d0=0 путем замыкания ключа S2. Во втором полутакте при разомкнутых ключах S1, S2 иS4 замыкается ключ S3, что вызывает деление заряда пополам между С1 и С2. Пока на конденсаторе С2 сохраняется заряд, процедура заряда конденсатора С1 должна быть повторена для следующего разряда d1 входного слова. Точно также выполняется преобразование для остальных разрядов слова.
Таким образом, представленная схема выполняет преобразование входного кода за 2N квантов, что значительно меньше, чем у ЦАП с ШИМ. Здесь требуется только два согласованных конденсатора небольшой емкости. Конфигурация аналоговой части схемы не зависит от разрядности преобразуемого кода. Однако по быстродействию последовательный ЦАП значительно уступает параллельным цифро-аналоговым преобразователям, что ограничивает область его применения.
|
Звено |
Уравнение звена |
Переходная функция |
Передаточная функция |
Частотные характеристики |
|
Апериоди-ческое |
||||
|
Звено |
||||
|
Апериоди-ческое |
Дифференциальное уравнение, передаточная функция, график переходной функции и частотные характеристики апериодического звена.
Методы измерения плотности веществ.
Плотность – это отношение массы вещества к его объему.
,
где ρ – это плотность однородного вещества или средняя плотность неоднородного вещества;
m и V – масса и объем вещества.
Единица плотности в Международной системе СИ – это килограмм на кубический метр (кг/м 3). В качестве кратных и дольных единиц плотности используют:
мегаграмм на кубический метр (Мг/м3), килограмм на кубический дециметр (кг/дм3), грамм на кубический сантиметр (г/см3), грамм на кубический дециметр (г/дм3), грамм на литр (г/л) и грамм на миллилитр (г/мл). Единицы г/л и г/мл не применяют при точных измерениях.
Плотность жидкостей и твердых тел мало изменяется под действием внешнего давления.
Зависимость плотности от температуры при постоянном давлении выражается уравнением:
,
где ρ1 и ρ2 – соответственно плотность при температуре t1 и t2;
β – это средний коэффициент объемного теплового расширения в интервале от t1 до t2.
В промышленности наибольшее распространение получили:
1) механические плотномеры (поплавковые, весовые, гидростатические);
2) рефрактометрические и поляризационные;
3) кондуктометрические;
4) радиоизотопные и ультразвуковые.
В поплавковых плотномерах непрерывное автоматическое измерение плотности жидких и газообразных веществ основано на изменении массы поплавка в зависимости от плотности среды, в которой он находится (закон Архимеда).
Поплавковые плотномеры бывают двух типов:
В приборах первого типа измеряется глубина погружения поплавка, обратно пропорциональная плотности жидкости. В приборах второго типа глубина погружения поплавка остается постоянной и измеряется действующая на него выталкивающая сила, пропорциональная плотности среды.
Весовые или пикнометрические (гравитационные) плотномеры основаны на непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества. При постоянном объеме масса вещества пропорциональна его плотности, поэтому прибор градуируют в единицах плотности. Основное применение весовые плотномеры нашли для измерения средней плотности суспензий, вязких жидкостей и жидкостей, содержащих твердые включение. В жидкостных весовых плотномерах непрерывно измеряется вес U-образной трубки вместе с протекающей через нее жидкостью.
Вес трубки 1 с жидкостью передается на заслонку 2, перекрывающую сопло 5, и через усилитель 3 в виде унифицированного пневматического сигнала на вторичный прибор. С помощь сильфона 4 осуществляется отрицательная обратная связь и восстанавливается равновесие в системе, соответствующая измеряемой плотности жидкости. Установку настраивают таким образом, чтобы при отсутствии жидкости в трубке 1 показания вторичного прибора были равны нулю.
Гидростатические плотномеры основаны на том, что давление P в жидкости на глубине Н от поверхности определяется уравнением:
Р= ρ g H,
где ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.
При неизменной высоте столба жидкости Н давление Р является мерой ее плотности.
Измерение давления столба жидкости производится различными методами. Наибольшее распространение получили мембранные, сильфонные и пьезометрические гидростатические плотномеры.
Сглаживающие фильтры. Стабилизаторы напряжения.
Напряжение на выходе любого выпрямителя всегда пульсирующее и содержит постоянную и переменную составляющую напряжения. Для сглаживания пульсаций применяют сглаживающие фильтры (СФ) - устройства, предназначенные для подавления пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя. СФ бывают активные и пассивные. Простейшим СФ является кондер, включаемый параллельно нагрузке. Также можно влепить катушку индуктивности (дроссель), но уже последовательно с нагрузкой. А можно комбинировать. 28.4 Сглаживающие фильтры. Стабилизаторы напряжения.
Для питания ряда узлов электронной аппаратуры обычно требуется постоянное напряжение. Напряжение же, получаемое на выходе рассмотренных выпрямительных схем, является или пульсирующим (трехфазный выпрямитель), или импульсным (одно- и двух-полупериодный выпрямитель). Для того чтобы выпрямленное напряжение имело требуемую форму, применяют сглаживающие фильтры.
Количественно работа фильтра характеризуется коэффициентом сглаживания пульсации q, который показывает, во сколько раз уменьшается пульсация при прохождении сигнала через данный фильтр:
q = kn / k'п,
здесь kn и k'п,— коэффициенты пульсации сигнала до и после.
Наряду с малым значением коэффициента пульсации в фильтре не должно быть значительных потерь постоянной составляющей выпрямленного напряжения.
Сглаживающие фильтры подразделяются на емкостные, индуктивные, индуктивно-емкостные и резисторно-емкостные.
Наиболее простым является емкостный фильтр, который состоит из конденсатора Сф включенного параллельно с нагрузкой Rn (рис. 18.10, а). Работа фильтра основана на способности конденсатора быстро запасать электрическую энергию, а затем относительно медленно отдавать ее в нагрузку.
Когда напряжение на диоде Д, равное разности напряжения источника и напряжения на конденсаторе положительно, т.е. UД = и - Uс > 0, то диод открыт и Сф заряжается. Как это видно из графика рис. 18.10,б, зарядка происходит в интервале времени от t1 до t2. Так как сопротивление диода Д весьма мало, конденсатор успевает зарядиться почти до и. Затем, когда и - Uс<0, диод заперт и конденсатор медленно разряжается через RH до тех пор, пока напряжение источника и снова не станет больше Uc. Время разрядки зависит от постоянной времени = СфRн, которая показывает, в течение какого времени напряжение на конденсаторе уменьшится в 2,72 раза.
Чистое запаздывание. Передаточная функция звена чистого запаздывания. Графики его переходной функции и частотных характеристик.
Звеном чистого запаздывания называется звено, в котором изменения выходной координаты полностью повторяют изменения входной координаты , но смещены относительно ее во времени, т.е. происходят с некоторым запаздыванием (рис. 1, а).
Реально такое звено не существует. Путем искусственного введения в цепочку САР звеньев запаздывания удается приблизить их математическое описание к реальным процессам, например, двигателя, можно учесть тепловое и химическое запаздывание между процессом ввода топлива и сгоранием, дискретность топливоподачи, наличие люфтов и зазоров в передаче сигнала от регулятора к топливной аппаратуре и т.п. Зависимость между входной и выходной координатами записывается следующим уравнением: , где - временное запаздывание.
Передаточная функция имеет вид .
Амплитудная фазовая частотная характеристика имеет вид.
Переходный процесс звена чистого запаздывания и его характеристики приведены на рис. 1.
Сельсинные преобразователи. Принцип действия. Применение в пищевой промышленности.
В системах автоматического контроля и регулирования иногда необходимо передавать на расстояние заданный угол поворота вала контролируемого или регулируемого объекта или получать информацию о угловом положении вала этого объекта. Для этой цели применяют системы дистанционной передачи угла на электрических машинах синхронной связи, называемых сельсинами. Сельсины относятся к информационным электрическим машинам, так как преобразуют угол поворота в электрический сигнал и, наоборот, электрический сигнал в угловое перемещение.
На рис. 10.1 показаны структурные схемы систем дистанционной передачи угла поворота вала с помощью сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП, соединенных линией связи ЛС. При повороте вала В на угол а (рис. 10.1, а) сельсином-датчиком вырабатывается соответствующий этому углу сигнал, который передается по линии связи на сельсин-приемник СП, где он преобразуется в угловое перемещение ротора СП на угол а. Рассмотренная система называется индикаторной, так как вал сельсина-приемника поворачивает стрелку индикатора И, отмечающую на шкале угол поворота вала В. Индикаторная система только передает информацию об угловом положении контролируемого вала.
Рис. 10.1. Структурные схемы дистанционных систем передачи угла поворота на сельсинах: индикаторная (а), трансформаторная (б)
Если требуется воспроизвести угол поворота а вала В на каком-либо рабочем механизме, то система дополняется усилителем мощности У и исполнительным двигателем ЯМ (рис. 10.1, б), который через редуктор Р создает на валу рабочего механизма РМ вращающий момент, достаточный для поворота вала на угол а. Одновременно поворачивается ротор сельсина-приемника СП на угол а. Такая система дистанци-Рис 10.2. Схема однофазного онной передачи называется транс-сельсина форматорной.
Сельсины применяют также в системах электрического вала, осуществляющих синхронное вращение валов нескольких механизмов, находящихся на расстоянии друг от друга.
Наибольшее применение в системах дистанционной передачи угла получили однофазные сельсины. Такой сельсин состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. На статоре однофазного сельсина (рис. 10.2) расположена однофазная обмотка возбуждения ОВ, а на роторе — трехфазная обмотка синхронизации ОС, соединенная звездой. Для электрической связи обмотки ротора с внешней цепью используются контактные кольца и щетки. Кольца закреплены на валу сельсина и изолированы друг от друга.
Между кольцами и щетками осуществляется скользящий контакт, так как кольца вращаются вместе с ротором, а щетки неподвижны. Помимо рассмотренного сельсина, называемого контактным, существуют бесконтактные сельсины, у которых все обмотки расположены на статоре, следовательно, у них нет контактных колец и щеток (см. § 10.4).
Сельсин — индукционная электрическая машина, так как ее принцип действия основан на трансформаторной связи между обмотками на статоре и роторе: напряжение, поданное на одну из обмоток, передается на другую обмотку за счет индуктивной связи между ними.
Особенности построения радиальных многоуровневых САПР
Многоуровневая система.
Существует иерархия. Чаще всего на нижнем уровне — высокопроизводительные интеллектуальные терминалы (ПК). На втором уровне ставятся миниЭВМ, на верхнем уровне — большие, суперЭВМ.
Радиальная симметрия — форма симметрии, при которой тело (или фигура) совпадает само с собой при вращении объекта вокруг определённой точки или прямой. Часто эта точка совпадает с центром симметрии объекта, то есть той точкой, в которой пересекается бесконечное количество осей двусторонней симметрии. Радиальной симметрией обладают такие геометрические объекты, как круг, шар, цилиндр или конус.
Кольцевая САПР - основана на использовании однонаправленного высокоскоростного канала связи, образующего замкнутое кольцо или петлю. ЭВМ подключается к сети через активные элементы, входящие в состав сети, и транслируют циркулирующие в сети сообщения.
Достоинства:
- высокая скорость обмена;
- простота организации связи между отдельными ЭВМ;
Недостатки:
- невысокая надежность при использовании единственной однонаправленной линии связи. Для повышения надежности используются двойные линии связи с возможностью переключения при отказе одной из них. Распределенная многоуровневая система(САПР) - системы, объединенные в локальную сеть с одной или несколькими рабочими станциями и ПК; функциональные возможности ПО в этом случае отличаются: на высокопроизводительных рабочих станциях устанавливаются мощные и достаточно дорогие САПР, а на персоналки - их существенно более дешевые, но несколько сокращенные функциональные аналоги; в этом случае на рабочих станциях осуществляется укрупнение и сборка деталей и узлов, сконструированных на ПК; примером подобной организации работ может служить программный тандем, образованный системами Euclid и Prelude фирмы MATRA Datavision;
многоуровневая САПР - система, предназначенная для проектирования и подготовки производства сложных изделий, как правило, имеют и достаточно сложную внутреннюю иерархию информпотоков, наложенную на запутанную структуру технических и программных средств; современные высокоуровневые САПР имеют все средства для организации параллельно-агрегатного инжиниринга, позволяющего управлять работой как отдельных исполнителей, работающих в рамках одного проекта, так и работой целых конструкторских отделов, решающих совершенно разные задачи;
Процесс создания САПР включает в себя восемь стадий: предпроектные исследования, техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочий проект, изготовление, отладка и испытание, ввод в действие.
Руководство разработкой, внедрением, эксплуатацией и модернизацией систем и компонентов САПР в проектной организации должно заниматься специализированное подразделение, включающее группы специалистов соответствующих направлений.
Предпроектные исследования проводятся для выявления готовности конкретной проектной организации к внедрению автоматизированных методов. Основу этой работы составляет системное обследование объекта проектирования и используемых в инженерной практике традиционных методов и приемов проектирования, а также объема технической документации, разрабатываемой в процессе проектирования. Процесс обследования осуществляется главным образом опросом опытных проектировщиков и конструкторов.
В результате обследования определяется необходимость и экономическая эффективность создания автоматизированной системы. При этом учитывается объем проектно-конструкторских работ, их периодичность, общие затраты инженерного труда, возможность создания адекватного математического описания и оптимизационных процедур, необходимость повышения качественных показателей проектируемого изделия, сокращение сроков проектирования.
Существенным фактором при решении вопроса о целесообразности создания САПР является подготовленность соответствующего проектного подразделения к созданию и внедрению САПР. Подготовленность может быть оценена по следующим критериям:
возможность формализации проектно-конструкторских задач и реализации математических методов их решения;
наличие требуемых технических средств и необходимость приобретения и установки дополнительных агрегатов;
подготовленность информационных фондов и технических средств хранения и обработки информации.
Кроме того, важно выявить факторы оценки подготовленности кадров для эксплуатации САПР, к которым можно отнести следующие:
соответствие внедряемой системы принятой организации проектных работ;
наличие в проектно-конструкторской организации кадров для эксплуатации и поддержания работоспособности САПР;
отношение руководства организации к созданию ситемы и уровень организации этих работ;
психологическая подготовленность коллектива к внедрению САПР.
Техническое задание (ТЗ) является исходным документом для создания САПР и должно содержать наиболее полные исходные данные и требования. Этот документ разрабатывает головной разработчик системы. ТЗ на создание САПР должно содержать следующие основные разделы:
Наименование и область применения, где указывают полное наименование системы и краткую характеристику области ее применения;
Основание для создания, где указывают наименование директивных документов, на основании которых создается САПР;
Характеристика объектов проектирования, где приводят сведения о назначении, составе, условиях применения объектов проектирования;
Цель и назначение, где перечисляют цель создания САПР, ее назначение и критерий эффективности ее функционирования;
Характеристика процесса проектирования, где приводят общее описание процесса проектирования, требования к входным и выходным данным, а также требования по разделению проектных процедур (операции), выполняемых с помощью неавтоматизированного и автоматизированного проектирования;
Требования к САПР, где перечисляют требования к САПР в целом и к составу ее подсистем, к применению в составе САПР ранее созданных подсистем и компонентов и т. п.;
Технико-экономические показатели, где оценивают затраты на создание САПР, указывают источники получения экономии и ожидаемую эффективность от применения САПР.
На стадиях технического предложения, эскизного и рабочего проектирования выбираются и обосновываются варианты САПР, разрабатываются окончательные решения. При этом выполняются следующие основные виды работ:
выявление процесса проектирования (его алгоритм), т. е. принятие основных технических решений;
разработка структуры САПР и ее взаимосвязи с другими системами (определение состава проектных процедур и операции по подсистемам, уточнение состава подсистем и взаимосвязи между ними, разработка схемы функционирования САПР в целом);
определение состава методов, математических моделей для проектных операций и процедур, состава языков проектирования, состава информации (объем, способы ее организации и виды машинных носителей информации), состава общего, специализированного общего и специального программного обеспечения;
формирование состава технических средств (ЭВМ периферийные устройства и другие элементы);
принятие решений по математическому, информационному, программному и техническому видам обеспечения по САПР в целом и отдельно по подсистемам;
расчет технико-экономических показателей САПР.
Оформление всей документации, необходимой для создания и функционирования САПР, выполняют на стадии рабочего проектирования.
На стадии изготовления, отладки и испытания производят монтаж, наладку и испытание комплекса технических средств автоматизации проектирования, на тестовых примерах доводят программное обеспечение и подготавливают проектную организацию к вводу в действие САПР.