Распределенные системы управления

Для распараллеливания операций обработки информации в САУ реального времени с целью ускорения формирования управляющих воздействий, повышения надежности, производительности и гибкости применяемых микроЭВМ используется два класса структур цифровых САУ: многомикропроцессорные САУ (рис. 8.5.1) и многомашинные САУ (рис. 8.5.2) [1, 2, 8, 14, 16, 23].

Рис. 8.5.1 — Многомикропроцессорная система управления

Многомикропроцессорные САУ с параллельной работой ряда микропроцессоров на общую шину ЭВМ позволяют реализовать одновременное выполнение нескольких команд и нескольких программ и повысить производительность вычислений [2]. Однако при этом сохраняются все недостатки САУ с центральной управляющей ЭВМ — низкая надежность из-за отсутствия резервирования и необходимость длинных линий связей с объектами управления.

Многомашинные САУ с взаимосвязанным использованием определенного числа микроЭВМ позволяют создавать децентрализованные распределенные системы управления, обеспечивающие повышение надежности, экономичности, простоты и удобства эксплуатации, гибкости, живучести и производительности цифровых частей САУ [2, 39, 40]. Такие САУ строятся по следующим основным вариантам топологии многомашинных распределенных систем (рис. 8.5.2): а) иерархическая; б) шинная; в)сетевая; г) кольцевая; д) матричная; е) последовательная. МикроЭВМ изображены прямоугольниками, объекты управления — кружками, каналы информационных связей — линиями.

В распределенных САУ децентрализация предполагает не только рассредоточение аппаратуры по объектам управления, но и распределение функций обработки информации и управления между автономными микроЭВМ, в том числе и параллельное дублирование функций для обеспечения надежности и живучести системы. Поэтому, в отличие от систем с центральной ЭВМ и многомикропроцессорной ЭВМ, в распределенных САУ выход из строя любой микроЭВМ не приводит к отказу всей системы управления.

В распределенных системах управления для дистанционного сбора информации от многочисленных датчиков могут вводиться так называемые вынесенные
измерительные станции, которые получают и обрабатывают сигналы от датчиков и передают цифровую информацию в процессоры управляющих микроЭВМ. Вынесенные измерительные станции имеют собственный микропроцессор, мультиплексор и аналого-цифровой преобразователь, что позволяет разгрузить управляющие микроЭВМ от выполнения многих локальных функций и расширить их возможности при выполнении основных функций цифровых регуляторов в САУ.

Рис. 8.5.2 — Топология распределенных САУ

Режимы работы управляющих микроЭВМ подразделяются на режимы пакетной обработки задач (расчеты экономического и научно-технического характера, где время выполнения расчетов не влияет на результаты) и режимы работы в реальном времени, где результаты расчетов должны выдаваться с достаточно высокой скоростью, обеспечивающей своевременную отработку измененй внешних условий. Время ответа управляющей ЭВМ на внешние воздействия не должно превышать время регулирования, которое по теореме Котельникова равно , где  и  — частота среза амплитудно-частотной характеристики САУ, иначе возникнет неустранимое запаздывание.