Представьте себя в роли диспетчера общественной душевой, в которой находится некоторое число кабин. В системе водоснабжения установлен накопительный бак, чтобы обеспечить нормальную подачу воду во все кабинки при любом количестве посетителей. В накопительный бак вода поступает из входной трубы, на которой установлен кран, оборудованный электромагнитным клапаном. Клапан управляется с помощью рубильника дискретно, по принципу включить/выключить, т.е. нельзя плавно менять расход воды во входной трубе. Уровень воды в баке необходимо поддерживать в пределах между верхним и нижним критическими уровнями.
Так как же управлять такой системой?
Диспетчеру нужно постоянно контролировать уровень воды в баке. Выключать подачу воды при достижении верхнего критического уровня и включать — при достижении нижнего. Сложно, не так ли? Диспетчер даже кроссворд не сможет спокойно отгадывать – ему постоянно нужно следить за баком. Можно несколько облегчить ему задачу: поставить два датчика уровня. Тогда можно оповещать диспетчера о достижении одного из критических значений, включив их в цепь с сиреной.
Критический уровень
Давайте выясним что это за уровни и откуда они берутся.
Критическое значение параметра (в нашем случае уровня воды) – это значение, при котором система полностью или частично теряет свою работоспособность.
Они довольно просто определяются из соображений здравого смысла. В нашем случае:
Верхний критический уровень – уровень, при котором существует угроза перелива бака и затопления помещения. Очевидно, что запас до края бака должен быть таким, чтобы оператор успел выключить воду раньше, чем она достигнет края бака.
Нижний критический уровень – уровень, при котором возможна потеря системой работоспособности в случае максимального потока посетителей душевой. Это можно определить из статистики посещаемости.
Я думаю, принцип понятен. В любой другой системе критические состояния определяются схожим образом.
Гистерезис
Зачем же нам нужны два критических уровня? Почему нельзя выбрать один оптимальный уровень воды и поддерживать его?
Потому что в этом случае нам слишком часто пришлось бы включать/выключать воду. Поэтому в системах, которые управляются дискретно, вводится такое понятие как гистерезис.
Гистерезис(зона нечувствительности) –диапазон входного параметра регулятора, в котором система не меняет управляющего воздействия. Входным параметром в нашем случае является уровень воды в баке, регулятором – диспетчер, а управляющем воздействием – включение или выключение воды.
На графике это выглядит так:
Как видно из графика, управляющее воздействие меняется с «ВКЛ.» на «ВЫКЛ.» только в критических точках. Диапазон между верхним и нижним критическими уровнями – это и есть зона нечувствительности (гистерезис).
А теперь представьте, что мы хотим поддерживать один оптимальный уровень воды – тогда обе точки перехода сойдутся в одну. В этой точке будут происходить постоянные переключения «туда-сюда». Таких постоянных переключений не выдержит ни одно оборудование, и уж тем более бедный диспетчер. Именно поэтому дискретный регулятор всегда имеет зону нечувствительности.
Датчики уровня
Для того, чтобы зарегистрировать критические уровни — нам понадобятся датчики. Нам не нужно знать числовое значение уровня воды в баке в каждый момент времени, а только нужно регистрировать достижение критических значений – поэтому подойдут поплавковые датчики.
Они работают по принципу обыкновенного рыболовного поплавка – отсюда и название. Как только уровень воды достигает поплавковой части датчика – он всплывает и замыкает контактную площадку на своей стационарной части, выполняя при этом роль обычного размыкателя цепи.
Такие датчики называют датчиками с выходом типа «сухой контакт». Слово «сухой» означает, что сам по себе датчик никакого напряжения не выдаёт.
Убираем диспетчера
Вот мы и добрались до самого главного: давайте уберём из системы диспетчера и заставим интеллектуальное устройство (регулятор) трудиться вместо него.
Для этого нам понадобится контроллер, который имеет, по крайней мере, два дискретных входа и дискретный выход. Запрограммируем контроллер, используя всего два условия:
Можно ли обойтись без программирования в такой несложной системе? Конечно! Сейчас выпускается огромное количество регуляторов, предназначенных для дискретного регулирования. Их не нужно программировать, достаточно просто сконфигурировать. Но сути дела это никак не поменяет.
Вот и всё! Подключаем датчики на входы контроллера, не забывая пропитать их от внешнего источника (датчики-то «сухие», а контроллеру на входе нужно напряжение). К выходу подключаем клапан подачи воды. Наша система управления готова к работе.
Заключение
В этой статье мы на простом примере посмотрели, как работает система управления дискретного типа. Точно так же устроены многие системы управления. В быту: автоматика газового котла, домашнего электрообогревателя, утюга, холодильника – все эти устройства могут быть оснащены подобной системой управления. Да и в промышленности дискретные регуляторы представлены не менее широко, как в качестве отдельного управляющего модуля, так и в составе сложных систем автоматизации.
На сегодняшний день существует достаточно много простых и не очень схем регуляторов мощности. Каждая приципиальная схема имеет свои преимущества и недостатки. Рассматриваемая сегодня выбрана мной не случайно. Итак, попал ко мне советский электрокамин (обогреватель) Мрия. Состояние его можно оценить по фото.
Рисунок 1 – общий первоначальный вид
Справа на верхней пластмассовой крышке имелось отверстие под ручку встроенного регулятора мощности, которого там не оказалось. По счастливой случайности мне через некоторое время попался рабочий экземпляр такого же камина. В качестве регулятора там оказалась на первый взгляд довольно сложная схема на двух тиристорах и множеством очень мощных резисторов. Её повторение не имело смысла, хотя у меня и есть доступ к практически любым советским радиодеталям, так как это обошлось бы в разы дороже, чем тот вариант, который изготовлен сейчас.
Для начала камин был подключён к сети напрямую, ток потребления оказался 5,6 А, что соответствует паспортной мощности камина 1,25 кВт. Но зачем тратить столько энергии, тем более что она не дешёвая, и не всегда нужно включать обогреватель на полную мощность. Поэтому было принято решение приступить к поискам мощного регулятора мощности. У себя в загашниках нашёл уже готовую схему от китайского пылесоса, на симисторе ВТА12-600. Симистор, с его номинальным током 12 А, отлично мне подходил. Этот регулятор являлся фазовым, т.е. такой тип регуляторов пропускает не всю полуволну сетевого синусоидального напряжения, а только её часть, тем самым ограничивая мощность, подводимую к нагрузке. Регулировка осуществляется открытием симистора при нужном фазовом угле?
Рисунок 2 – а) обычная форма сетевого напряжения; б) напряжение, поданное через регулятор
Преимущества фазового регулятора:
— простота изготовления — дешевизна — лёгкая управляемость
Недостатки:
— при простой схеме нормальная работа наблюдается только с нагрузками типа ламп накаливания — при мощной активной нагрузке появляется неприятный гул (дребезг), который может возникать как в самом симисторе, так и на нагрузке (нагревательная спираль) — создаёт множество радиопомех — загрязняет электросеть
В итоге, протестировав схему регулятора из пылесоса, выявлено дребезжание спирали электрокамина.
Рисунок 3 – Вид внутри камина
Спираль имеет вид намотанной проволоки (материал определить не могу) на двух планках, залитой для фиксации на ребрах планок каким-то термостойким затвердителем. Возможно, дребезг мог вызвать его разрушение. Были предприняты попытки включить дроссель последовательно с нагрузкой, зашунтировать симистор RC-цепочкой (что является частичным спасением от помех). Но ни одна их этих мер не дала полного избавления от шума.
Было принято решение использовать другой тип регулятора – дискретный. Такие регуляторы открывают симистор на период целой полуволны напряжения, но количество пропущенных полуволн ограничивается. Например, на рисунке 3 сплошная часть графика – прошедшие сквозь симистор полуволны, пунктиром – не прошедшие, то есть в это время симистор был закрыт.
Рисунок 4 – Принцип дискретного регулирования
Преимущества дискретных регуляторов:
— меньший нагрев симистора — отсутствие звуковых эффектов даже при достаточно мощной нагрузке — отсутствие радиопомех — отсутствие загрязнения электросети
Недостатки:
— возможны скачки напряжения (при 220В на 4-6 В при нагрузке 1.25 кВт), что может быть заметно на лампах накаливания. На остальной домашней технике этот эффект не заметен.
Выявленный недостаток проявляется тем заметнее, чем на меньший предел регулировки установлен регулятор. На максимуме нагрузки скачков совершенно нету. Как возможное решение данной проблемы возможно использование стабилизатора напряжения для ламп накаливания. На просторах интернета была найдена следующая схема, которая привлекала своей простотой и удобством управления.
Описание управления
При изготовлении платы первый раз применил ЛУТ, и не правильно отзеркалил при распечатке, поэтому контроллер перевёрнут вверх-ногами Индикатор тоже не совпал, поэтому припаял его проводками. Когда рисовал плату, по ошибке разместил стабилитрон после диода, пришлось его впаять на другой стороне платы.
Рисунок 6,7 – Готовая плата регулятора
На рисунке указан симистор ВТ136, но мой ВТА12 прекрасно работает с указанными номанилами деталей. Радиатор возможно великоват, можно было поставить и по меньше, но другого у меня не оказалось. При первом включении у меня на индикаторе моргал 0, на нажатие кнопок не было реакции. Проблема решилась установкой конденсатора по питанию на 1000 мкФ, вместо 220. Так же изготовил ножки для камина. В итоге имеем следующую конструкцию.
В течении недели использования никаких проблем в работе не выявлено. Схема, прошивка, печатная плата в архиве. Специально для сайта radioskot.ru. Antonmeytosik@gmail.com
Форум по обсуждению материала ДИСКРЕТНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ
Обзор готового модуля усилитель звуковой частоты на TDA7377 с модулем Bluetooth для беспроводной передачи аудиосигнала.
Пайка SMD компонентов 1206, 0805, MELF, SO8, SO14, SO28, TQFP32 в домашних условиях обычным паяльником.
Что такое дискретность (дискретная математика, сигнал, величины, видеокарты, а так же дискретность в биологии)
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Знать все обо всем попросту невозможно. Человек на протяжении всей жизни стремится познать себя и окружающую его действительность.
Вот и сегодня мы продолжим свой познавательный процесс, поговорим о новом (для многих) термине – « дискретность», и о сферах, где он применяется.
Дискретность – это …
Наш мир непрерывен, мы живем в постоянно меняющемся времени и пространстве. Наша жизнь тоже непрерывна до своего конечного момента. Согласитесь, невозможно сейчас жить, через час не жить, а потом вновь возродиться.
В противопоставлении непрерывности существует дискретность. В переводе с «вечно живого» латинского языка «дискретность» (discretus) обозначает прерывность, разделенность.
Дискре́тность (от лат. discretus — разделённый, прерывистый) — свойство, противопоставляемое непрерывности, прерывистость. Синонимы к слову дискретный: корпускулярный, отдельный, прерывистый, раздельный и т. п.
Например, линия непрерывна (на определенном промежутке), пунктир – прерывистая линия. Поэтому пунктир можно назвать дискретной линией. Проиллюстрирую понятие дискретности:
Дискретность можно толковать следующим образом:
Далее проанализируем особенности применения термина в различных областях.
Дискретная математика
Если коротко и простыми словами, то дискретная математика (ДМ)– это наука, которые изучает математические объекты, принимающие отдельные (дискретные) значения.
ДМ условно подразделяется на пять направлений:
Дискретная величина
Дискретность какой-либо величины подразумевает, что ее значения можно пронумеровать, измерить и посчитать.
Такими величинами оперирует, например, экономика. Различные экономические показатели фиксируют и рассчитывают с определенной периодичностью (например, раз в месяц, квартал, полугодие и т.д.). Таким образом, изменение показателей происходит не непрерывно во времени, а как бы «скачками» через установленные интервалы времени.
Дискретность в информатике
Программирование – это создание программ с использованием различных алгоритмов и языков программирования. Алгоритмы являются дискретными объектами, потому как представляют собой четкое последовательное выполнение ранее разработанных упрощенных шагов-действий (подпрограмм).
Только исполнение шага № 1 дает возможность выполнить шаг № 2 и т.д. Таким образом, этот процесс дискретен.
Как пример – алгоритм умывания (компьютерные программы создаются по тому же принципу):
Дискретная видеокарта
Видеокарта – один из важнейших элементов компьютера, отвечающий за визуализацию информации. Конструкция компа может быть оснащена либо интегрированной (встроенной) видеокартой, либо дискретной. Встроенная размещается в процессоре или на материнской плате, т.е. она неотделима от конкретного компьютера.
Дискретная видеокарта выполнена на отдельной плате, снабжена индивидуальным графическим процессором и памятью. Поэтому она более производительна, чем интегрированная.
Часто в компьютерах применяются видеокарты обоих видов, что позволяет пользователю при необходимости переключаться с одной на другую.
Дискретность в биологии
Все биологические объекты состоят из отдельных (дискретных) «кирпичиков», которые в совокупности образуют единый организм. Например, скелет человека состоит из костей, кости –из костной ткани, она, в свою очередь – из клеток.
Автор статьи: Елена Копейкина
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
В дискретных системах автоматического регулирования преобразова» ние сигналов происходит не непрерывно, а дискретно по времени, по уровню или по времени и уровню одновременно. В зависимости от этого все дискретные системы можно разделить на импульсные, релейные и цифровые.
Импульсные системы автоматического регулирования характеризуются тем, что действующие в них сигналы представляют собой последовательности равноотстоящих импульсов (с периодом Т), высота или длительность которых пропорциональна значениям самих сигналов в дискретные моменты времени (рис. 11.17, а и б). Устройством, преобразующим непрерывный сигнал в таких системах, является импульсный элемент (см. гл. XV).
К релейным системам автоматического регулирования принято относить такие систему, в которых происходит преобразование сигнала по уровню (рис. 11.17, в). Как уже говорилось выше, в таких системах устройством, преобразующим непрерывный сигнал, является релейный элемент (см. гл. XIV).
Рис. II.18. (см. скан) Упрощенная схема дискретной системы программного регулирования подачи стола фрезерного станка
И, наконец, цифровые системы автоматического регулирования характеризуются тем, что в них сигнал преобразуется как во времени, так и по уровню (рис. 11.17, г). В качестве устройств, преобразующих сигналы в цифровых системах, применяют преобразователи «код—аналог», «аналог—код» и цифровую вычислительную машину (см. гл. VI).
В виде первого примера дискретной системы автоматического регулирования рассмотрим систему программного регулирования подачи по одной координате стола фрезерного станка [39]. Упрощенная схема этой системы изображена на рис. 11.18. Из рисунка видно, что система состоит из следующих основных устройств: I — вводного; II — фотоэлектрического аналого-кодового преобразователя; III — двойного реверсивного счетчика импульсов; IV — преобразователя «код—аналог»; V — усилителя мощности; VI — электрического шагового двигателя; VII — механического редуктора с цилиндрической зубчатой передачей; VIII — рейки, скрепленной со столом фрезерного станка.
Вводное устройство представляет собой лентопротяжный механизм с магнитной лентой, на которой для управления по одной координате записаны импульсы: на одной дорожке импульсы для управления движением стола станка в одном направлении, а на другой дорожке — в противоположном направлении. С магнитных головок 1 сигналы поступают на блок 2, где они усиливаются и формируются в правильные прямоугольные импульсы. Одновременно с этим выполняется их синхронизация в блоке 3 с импульсами, поступающими от фотодиодов фотоэлектрического аналого-кодового преобразователя (см. гл. VI). Схема синхронизации служит для исключения возможности потери информации при совпадении во времени на двоичном реверсивном счетчике (см. гл. VI) импульсов от входного устройства и от фотоэлектрического преобразователя.
Двоичный реверсивный счетчик выполняет функцию сравнивающего устройства, где происходит вычитание поступающих на него импульсов. Счетчик запоминает любое число импульсов от 0 до 128. За нулевое состояние счетчика принимается такое состояние, когда в нем находится 64 импульса.
К выходу счетчика подключен преобразователь «код—аналог» (см. гл. VI), преобразующий импульсы в напряжение постоянного тока, котороепоступает в усилитель мощности. Усилитель не только усиливает сигнал постоянного тока, но и обеспечивает практически безынерционное подключение в определенной последовательности обмоток статора шагового электродвигателя (см. гл. VII). Шаговый двигатель через редуктор обеспечивает перемещение рейки, а следовательно, и стола подачи.
Диск с кодовой маской фотоэлектрического преобразователя поворачивается одновременно с валом шагового двигателя. Кодовая маска 7 представляет собой чередование прозрачных и непрозрачных участков, расположенных в определенной последовательности. Когда световой поток от лампочки 4 проходит через щелевую диафрагму 5, то образующийся плоский пучок 6 попадает через прозрачные участки диска на многоячеечный фотоэлемент 8, где вырабатываются импульсные сигналы.
Рис. II.19. (см. скан) Блок-схема дискретной системы программного регулирования подачи стола фрезерного станка
В результате этого с фотоэлементов снимаются импульсные сигналы, соответствующие углу поворота диска, так как различным углам поворота соответствует свое вполне определенное сочетание прозрачных и непрозрачных участков [78].
Дискретная система работает следующим образом. Управляющий сигнал, считанный с магнитной ленты, через электронные схемы формирования импульсов и синхронизации поступает на первый вход реверсивного счетчика. На его выходе образуется импульсный сигнал, который преобразователем «код—аналог» превращается в постоянное напряжение.
Это напряжение усиливается и поступает на статорные обмотки шагового двигателя. Шаговый двигатель поворачивается и перемещает станину станка на один шаг. Одновременно поворачивается и кодовый диск. В результате этого на фотоэлементах образуется импульсный сигнал, который также после формирования и синхронизации поступает на второй вход реверсивного счетчика. Сигнал по второму входу компенсирует сигнал по первому входу, и станина станка, переместившись на один шаг, останавливается.
Величина одного шага в системе соответствует минимальному значению подачи стола фрезерного станка. У большинства современных автоматических фрезерных станков с программным регулированием она составляет 0,01-0,02 мм.
На рис. 11.19 показана блок-схема дискретной системы программного регулирования подачи стола фрезерного станка.
В виде второго примера дискретной системы автоматического регулирования рассмотрим следящую систему радиолокационной станции. В радиолокационных станциях дальность до цели измеряется по сдвигу времени [40] между импульсами, посланными передатчиком, и импульсами, принятыми приемником. Если измерять то дальность до цели в метрах будет определяться по формуле
Рис. II.20. Блок-схема следящей системы радиолокационного дальномера
Рис. II.21. Типы сигналов в следящей системе радиолокационного дальномера
Блок-схема следящей системы радиолокационного дальномера приведена на рис. 11.20. Отраженные от цели импульсы (рис. 11.21) на выходе дискриминатора образуют двухполярные импульсы разной амплитуды постоянная составляющая которых и представляет сигнал ошибки.
После дискриминатора устанавливают запоминающий элемент (см. гл. XV), в котором каждое импульсное значение сигнала запоминается до прихода следующего сигнала. В результате этого образуется ступенчатый сигнал в виде напряжения постоянного тока
После этого сигнал усиливается в усилителе и поступает на шаговый электродвигатель, где вырабатывается сигнал На оси электродвигателя установлен фазовращатель, питающийся синусоидальным напряжением нулевая фаза которого совпадает по времени с моментом излучения импульса передатчиком (рис. 11.21).
Синусоидальное напряжение на выходе фазовращателя сдвинуто по фазе на 90° относительно После фазовращателя установлен формирующий элемент, который и формирует полустробы сопровождения таким образом, чтобы их середина совпадала с нулевой фазой сигнала Эти полустробы поступают на дискриминатор. Если середина отраженных импульсов не совпадает с серединой полустробов, то на выходе дискриминатора возникает сигнал ошибки такого знака, что после поворота фазовращателя полустробы перемещаются, уменьшая ошибку рассогласования. В результате этого шаговый двигатель поворачивается на угол, величина которого пропорциональна дальности до цели.
Индикатор тоже не совпал, поэтому припаял его проводками. Когда рисовал плату, по ошибке разместил стабилитрон после диода, пришлось его впаять на другой стороне платы.
Обзор готового модуля усилитель звуковой частоты на TDA7377 с модулем Bluetooth для беспроводной передачи аудиосигнала.
Пайка SMD компонентов 1206, 0805, MELF, SO8, SO14, SO28, TQFP32 в домашних условиях обычным паяльником.
[40] между импульсами, посланными передатчиком, и импульсами, принятыми приемником. Если измерять 
то дальность до цели в метрах будет определяться по формуле
(рис. 11.21) на выходе дискриминатора образуют двухполярные импульсы разной амплитуды 
постоянная составляющая которых и представляет сигнал ошибки.
На оси электродвигателя установлен фазовращатель, питающийся синусоидальным напряжением 
нулевая фаза которого совпадает по времени с моментом излучения импульса передатчиком (рис. 11.21).
сдвинуто по фазе на 90° относительно 
После фазовращателя установлен формирующий элемент, который и формирует полустробы сопровождения таким образом, чтобы их середина совпадала с нулевой фазой сигнала 
Эти полустробы поступают на дискриминатор. Если середина отраженных импульсов не совпадает с серединой полустробов, то на выходе дискриминатора возникает сигнал ошибки такого знака, что после поворота фазовращателя полустробы 
перемещаются, уменьшая ошибку рассогласования. В результате этого шаговый двигатель поворачивается на угол, величина которого пропорциональна дальности до цели.