Фото: mitsubishielectric.com
Термин «автоматика» - технический омоним, поэтому для уточнения области своей квалификации приведу только одну формулировку: система автоматического регулирования должна обеспечивать поддержание на определенном уровне или изменение по заданному закону некоторых переменных характеристик (регулируемых величин) в машинах и агрегатах без участия человека с помощью различного рода технических средств. Мои программные инструменты:
- MATLAB - вычисления, визуализация, взаимодействие с «железом»;
- Simulink - моделирование и анализ динамических систем;
- Control System Toolbox - исследование систем управления;
- Signal Processing Toolbox - цифровая обработка сигналов;
Теория автоматического управления
В моих практических задачах интеллектуальный штурм по автоматическому управлению происходит в парадигме устойчивые и неустойчивые, статические и астатические объекты регулирования; измерительные, усилительные, преобразующие и корректирующие устройства; исполнительные элементы; устойчивость и динамическая точность; нелинейные, импульсные, экстремальные, самонастраивающиеся системы автоматического регулирования.
При проектировании систем автоматического регулирования (далее САР) существует два варианта: метод анализа, когда при заранее выбранной структуре системы расчётным путём или моделированием определяют её параметры, и второй - метод синтеза, когда по требованиям к системе сразу же выбирают наилучшую её структуру и параметры. В обоих случаях эти процессы опираются на математику, физику, электронику и программирование.
Родная кафедра «прокачала» меня по следующим направлениям: передаточная функция, динамические звенья (апериодические, колебательные, трансцендентные и др.) и их логарифмические амплитудно-фазовые частотные характеристики, фазовая линейка, устойчивость по Ляпунову, критерий Гурвица, теорема Михайлова-Найквиста, показатели качества регулирования, D-разбиения, фазовая плоскость для нелинейных САР, методы Эйлера/трапеций/Адамса-Башфорта для цифровых систем, метод корневого годографа, анализ траекторий корней характеристического уравнения замкнутой системы, положительная/отрицательная обратная связь, минимизация интегральной ошибки, критерий оптимальности и много чего ещё.
Приведённые инструменты на практике ограничены сложностью описания объекта регулирования, но (к счастью для моего кармана) современные возможности полупроводниковой промышленности позволяют синтезировать САР не взирая на сложность математической интерпретации физических процессов в системе. Как результат: симбиоз классической теории автоматического управления и практические навыки аппаратного программирования выбранной платформы позволяет «в одну голову» создавать системы автоматического регулирования для объектов самой разнообразной природы происхождения.
Кроме теории автоматического управления имеются знания по IEC 61131-3, практические навыки по SIMATIC Step 7, Siemens S7-200/300/400. Есть нюанс: применение обозначенных программируемых логических контроллеров целесообразно в контексте ресурсоёмких проектов автоматизации (распределённые технологические процессы, промышленные установки, системы жизнеобеспечения), а эта область находится вне рамок заявленной концепции.
Практика автоматического регулирования
Проектирование систем автоматического регулирования во многом предопределило мой выбор аппаратной базы для электроники и программного обеспечения для программирования. В соответствии с классической структурой САР нужно аналоговые и/или цифровые сигналы от датчиков объекта регулирования (обратная связь) обработать по тематическому алгоритму и выдать управляющую последовательность на исполнительные механизмы, причём выходной сигнал также может быть как аналоговым, так и цифровым.
Многоканальная ШИМ для векторного управления асинхронными двигателями в PIC18 от Microchip, однотактные вычисления свёрток функций при цифровой фильтрации в dsPIC30 от Microchip, наносекундное квантование в MAX10 от ALTERA и это при наличии аппаратной возможности «заводить» непосредственно в ядро чипа обратную связь по напряжению, току, частоте, уровню, фазе.
Обозначенный функционал микросхем позволяет синтезировать на одной печатной плате аппаратные динамические звенья с регулируемыми параметрами. Если дополнить это предварительным моделированием в Simulink, то процесс внедрения очередной системы автоматического регулирования сводится преимущественно к адаптации уже готовых алгоритмов под выбранную аппаратную платформу.
Литература
Здесь представлены книги, составляющие основу моего академического фундамента по теории автоматического управления. В список намеренно не включены прикладные труды (научно-популярные статьи, спецификации, журналы и др.), так как «Знание принципов легко возмещает незнание фактов»(C).
Книги представлены исключительно в ознакомительных целях - любое использование этой литературы кроме предварительного ознакомления запрещено. Если Вы являетесь правообладателем одной из них и считаете, что подобная реклама Ваших трудов не приемлема - прошу связаться со мной одним из вариантов.
- Бесекерский В.А, Попов Е.П. Теория систем автоматического управления.
- Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем.
- Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления.
- Солодовников В.В. Спектральные методы расчёта и проектирования систем управления.
- Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью.
- Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода.
