На рис. 17 показана система автоматического регулирования, регулятор которой реализован с использованием ЭВМ (например, на программируемом контроллере). Выходная величина y(t) объекта управления Об измеряется измерительным преобразователем ИП и преобразуется в информационный сигнал, поступающий на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП. ЭВМ считывает цифровой код (двоичный код) управляемой величины y(t) на выходе АЦП под управлением программы и реализует алгоритм регулирования, используя выбранный закон регулирования,
где символом «звездочка» помечены коды соответствующих сигналов.
Вычисленное значение управления u*(t) выводится и цифро-аналоговым преобразователем ЦАП преобразуется в сигнал управления u(t), поступающий на вход управления объекта управления Об.
Схема алгоритма регулирования приведена на рис. 18. На выполнение алгоритма и на преобразование сигналов из аналоговой формы в дискретную требуется определенное время. Поэтому изменение сигнала управления в такой системе будет осуществляться не непрерывно, а с некоторой периодичностью Т, где Т – суммарное время, необходимое для преобразования сигналов и выполнения программы ЭВМ. Дискретность сигнала управления будет влиять на свойства системы автоматического регулирования (ее устойчивость и качество), что необходимо учитывать при анализе и синтезе подобной системы.
Характер изменения сигнала управления показан на рис 19, где кривая соответствует непрерывному сигналу, а ступенчатая линия – дискретному сигналу, который будет наблюдаться в системе регулирования с ЭВМ.
Ступенчатый график можно рассматривать как совокупность прямоугольных импульсов с изменяющейся амплитудой, с длительностью T и с периодом повторения T.
Дискретный характер сигналов может наблюдаться не только в цифровых системах. Система терморегулирования, показанная на рис. 20, тоже служит примером системы с дискретным характером сигналов. Нагревательный объект имеет теплоэлектронагреватель Rн, который питается от электрической сети через нормально замкнутый контакт S электромагнитного реле K. Для измерения температуры T(t) нагреваемого объема используется электроконтактный термометр, настроенный на заданную температуру Tз. В цепь контактов термометра включена обмотка реле K.
При включении системы нагреватель подключен к сети и температура внутри объема повышается за счет выделяемого нагревателем тепла. При достижении температурой заданного значения Tз столбик ртути в термометре замыкает электрический контакт и реле K срабатывает. В результате нагреватель отключается от сети и происходит процесс естественного охлаждения объекта. Температура понижается, что приводит к размыканию контактов термометра и включению нагревателя.
Описанный процесс будет постоянно повторяться, в результате чего будут наблюдаться небольшие колебания температуры относительно заданного значения Tз. В системе терморегулирования будет при этом наблюдаться установившейся колебательный процесс.
Управление в этой системе является дискретным, что иллюстрируется приведенным на рис. 20 ниже схемы системы графиком включения и выключения нагревателя.
Особенностью рассмотренных примеров является дискретность сигналов в описанных системах. Эта особенность влияет на свойства системы автоматического управления и нуждается в учете при проектировании системы.
Системы, в которых наблюдается дискретность сигналов, называются дискретными системами. Для анализа и синтеза дискретных систем в теории автоматического управления разработаны соответствующие математические модели и методы. Эти методы учитывают не только факт наличия дискретных сигналов, но и особенности этих сигналов.