Дискретизация по уровню и по времени непрерывного сигнала.

Звено, в котором происходит дискретизация сигнала, называется квантователем или дискретным элементом.

Процесс преобразования непрерывного сигнала в дискретный называется квантованием.

Различают следующие виды квантования:

1. по уровню;

2. по времени;

3. по уровню и времени.

При преобразовании непрерывного сигнала в дискретный осуществляется квантование по уровню и по времени.

На рис. представлен непрерывный сигнал и полученный из него после квантования по уровню и по времени цифровой сигнал.

При преобразовании всегда возникает вопрос - каковы должны быть кванты по уровню и по времени?

Величина кванта по уровню - это, разрешающая способность системы управления, единица младшего разряда цифрового кода. Учитывая, что непрерывные сигналы датчиков и регуляторов систем управления и других источников не могут быть точнее 0.025-0.1%, нет необходимости иметь точность преобразования более высокой. Поэтому используются 10-12-тиразрядные ЦАП и АЦП. При 10-тиразрядном преобразователе инструментальная погрешность D= =0.1%,

при 12-тиразрядном преобразователе D= =0.025%.

Квантование по времени вносит в системы управления запаздывание на период квантования. Следует учитывать и теорему Котельникова - Шеннона, согласно которой предельная полоса пропускания дискретной системы теоретически не может быть больше половины частоты квантования: f_пр £ f_кв/2.

Теорема: если непрерывная функция x(t) удовлетворяет условиям Дирихле (ограничена, кусочно-непрерывна и имеет конечное число экстремумов), и её спектр ограничен некоторой частотой среза w_С, то существует такой максимальный интервал Dt между отсчётами, при котором имеется возможность безошибочно восстанавливать дискретизируемую функцию x(t) по дискретным отсчётам. Этот максимальный интервал Dt=p/w_С=1/(2f_C).

Чрезмерное увеличение частоты квантования требует увеличения скорости вычислений в дискретной части системы. Но нет особой необходимости увеличивать полосу пропускания дискретной части больше, чем полоса пропускания непрерывной части системы. Поэтому в системах ЧПУ при управлении тиристорными следящими электроприводами частоту квантования принимают 100-125Гц (период квантования (8-10мс)).

При управлении транзисторными приводами получить полосу пропускания дискретной части 250-300Гц не всегда удаётся. Быстродействие электроприводов тогда недоиспользуется.

Информационные потоки в СЧПУ:

1.Уровень объекта - физический уровень:

скорость, положение, температура, давление, расход, U, I, включено, отключено, открыто, закрыто и т.д.

2.Уровень датчиков:

U, I, фаза, частота, цифровой код, t° > t°доп., включено/отключено, замкнуто/разомкнуто и т.д.

3.Уровень ЭВМ, регуляторов, систем исполнения:

буквенно-цифровой, цифровой коды, U, I, вкл./откл., замкн./разомкн. и т.д.

4.Уровень оператора:

входы - световая, звуковая, графическая (дисплей, прибор) информация,

выход - механическое воздействие на кнопки, клавиши и др. управляющие устройства.

Рассмотрим, как и в какой форме потоки информации передаются в СЧПУ. Первоначально информация представлена в буквенных и десятичных кодах чертежа. Данная информация вводится оператором в память СЧПУ через клавиатуру какого-либо устройства программирования по определённым правилам специализированного языка ввода программ (ISO-7bit, Ярус 2, АРТ, Микрон и др.) для задания режимов работы программируемого устройства.

Далее информация преобразуется (транслируется) в машинную форму, понятную СЧПУ (двоичные, дискретные, позиционные коды) для последующей обработки программы по определённым заранее алгоритмам. Выходной код СЧПУ для управления электроприводами – аналоговый код задания скорости следует на замкнутую САР скорости. С датчиков положения ДП информация поступает в СЧПУ для организации цифрового или фазо-импульсного регулятора положения.

Дискретные выходы программируемого контроллера ПК следует на электроавтоматику. С последней сигналы обратной связи об отработке заданий и состоянии дискретных элементов поступают в ПК.

Ход ввода, отработки программы, индикация перемещений, состояние электроавтоматики и другая информация отображается на дисплее для оператора.

Информационные потоки соответствуют технологическому процессу. Однако можно выделить обобщённую локальную систему автоматизации.

Кодирование информации:

-Буквенные коды:

1.Алфавит языка общения (интерфейс) между людьми. Развитие от иероглифов, клинописи, арамейского языка (без гласных), древнегреческого (с гласными), к современным языкам общения.

2.Машинно-ориентированный язык – ассемблер (DEC, INTEL и др.). Команды ассемблера: INC, ADD, MUL, HALT, MOV и др.

3.Языки высокого уровня (интерфейс между человеком и ЭВМ): системные, технологические языки: БЕЙСИК, ПАСКАЛЬ, СИ, ФОРТРАН, ЯРКС, МИКРОЛ, PLC

-Буквенно-цифровые коды:

Буквы – адрес, команда, другая качественная информация; цифры – количественная информация.

Данные коды получили наибольшее распространение в системах автоматизации. Буквам и цифрам соответствует цифровой код, поскольку любая информация может быть записана и передана в цифровом виде.

1. ASCII – American Standard Code for Information Interchange (американский стандартный код для обмена информацией). В настоящее время является мировым стандартом для ЭВМ.

2. ISO-7bit – International Standards Organization (европейский код для систем ЧПУ)

3. EIA – Electronic Industring Association (американский код для систем ЧПУ 1969 года) – это стандарт ассоциации промышленников по радиоэлектронике и телевидению.

Код ISO-7bit утвержден в России, – смотри ГОСТ 20999-83 (СТСЭВ3585-82).

Коды ISO-7bit и EIA легко переводятся с одного на другой. Это 7-битные коды, т.е. позволяют кодировать до 127 символов. Восьмой бит используется для бита приоритета (контроля достоверности информации по четности или нечетности).

Первые 32 кода (0ё1F) - управляющие: служат для представления сигналов, которые имеют специальное назначение:

· При выводе информации на печать

· При передаче ее по линиям

· Может пользоваться по усмотрению разработчиков систем;

Изображение их зависит от знакогенератора дисплея.

Расширение таблицы (80ёFF) кода ASCII имеет различное наполнение:

1) Стандартный знакогенератор IBM PC, псевдографика, математические символы и др.

2) Знакогенератор с русским шрифтом, используется в отечественных ПЭВМ (ЕС1840, ЕС1841).

3) Знакогенератор с русским шрифтом (альтернативный вариант), в котором использован зарубежное ППО без настройки на новые символы псевдографики. Поставляется обычно драйвер ALFA.exe в ОЗУ (загрузка в начале сеанса), который перехватывает символы 80ёFF при выводе на дисплей и переделывает их в то, что нужно для знакогенератора.

-Цифровые коды:

Цифровые коды служат для записи как дискретной (численной) информации, так и буквенной. Цифровой код – позиционный, т.е. значение кода зависит от места (позиции), которое занимает та или иная цифра. Число в позиционном коде определяется по формуле , где i – номер разряда; – цифра, стоящая в i-ом разряде; a – основание системы счисления. Можно преобразовать десятичное число в 2/10 и двоичного просто получить 8-ое или 16-ое (символы 8-го числа от 0 до 7, символы 16-го: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F).

Двоично-десятичный код используется как переходный при введении оператором десятичной информации в ЭВМ с целью начального запоминания с будущим преобразованием в двоичный.

Восьмеричный код используется для задания адреса в системе команд DEC, шестнадцатеричный код для задания адреса в системе команд INTEL.

Унитарный код – последовательность импульсов, несущая двойную информацию: частота импульсов, количество импульсов.

Позиционный код – это фактически n отдельных информационных дискретных сигналов, дискретный код (дискретная информация).

Код Грея – двоичный код датчика положения, в котором между двумя соседними значениями кода имеется разница только в одном разряде.