Дослідження впливу обмеженої розрядності на поведінку мікроконтролерного регулятора САР
Автор: Янчак Тарас-Максим Іванович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: АНОТАЦІЯ Янчак Т.-М. І. Дослідження впливу обмеженої розрядності на поведінку мікроконтролерного регулятора САР, _73__сторінок, _7_таблиць, _35_рис.Керівник – проф., д.т.н., професор Мороз Володимир Іванович. Актуальність теми.Підвищення продуктивності технічних засобів може бути досягнута розподіленою обробкою множинних потоків даних. Ефективна організація розподіленої обробки потребує вирішення проблеми інформаційних зв’язків між пристроями, що включає, зокрема, фільтрацію вхідних даних і врахування обмеженої розрядності апаратних засобів. Мета і задачі дослідження:проведення аналізу мікроконтролерів та їх програмного забезпечення, мікроконтролерна реалізації цифрової фільтрації вхідного сигналу, дослідження та визначення мінімального періоду дискретизації в цифрових системах за умови забезпечення їхньої стійкості та відповідності поведінці неперервної системи (прототипу) у випадку обмеженої розрядності обчислень і точності задавання даних. Задачі дослідження: ? здійснити аналіз існуючих мікроконтролерів; ? вивчити способи їхнього під’єднання до комп’ютера; ? запропонувати методи фільтрації вхідного сигналу; ? запропонувати рішення для зменшення впливу обмеженої розрядності в цифрових системах для розширення діапазону раціональної частоти дискретизації. Об’єкт дослідження – сучасні мікроконтролери та реалізація програмного забезпечення для них. Предмет дослідження –функціональні можливості та будова сучасних мікроконтролерів, методи фільтрування цифрового сигналу, вплив обмеженої розрядності даних у мікроконтролері на поведінку дискретної передавальної функції цифрового регулятора. Ключові слова: декомпозиція, дискретизація, мікроконтролер, мікропроцесор, передавальна функція, перехідний процес, фільтрування сигналів, розрядність, нулі та полюси передавальної функції. У першому розділі пояснювальної записки вводиться поняття процесора та мікропроцесорної техніки. Описується основні архітектури мікропроцесорів (CISC, RISC, MISC, VLIW), поділ їх на класи відповідно до розрядності. Розглянуто питання класифікації мікроконтролерів. В основному увага приділяється аналізу сучасних мікроконтролерів (мікроконтролерів Tiny, Arduino, PIC Microchip, STM, Renesas). Подано аналіз сучасного програмного забезпечення та способів програмування мікроконтролерів (програми MiniPro, Arduino IDE, FLProg, e2studio). Розглянуто основні переваги та недоліки використання розглянутих мікроконтролерів та їх програмного забезпечення. Аналіз різноманітності сучасних мікроконтролерів та їхньої широкої номенклатури моделей, різних виробників у даній роботі дозволяють здійснити правильний підбір, виходячи з економічної доцільності та вимог технічного завдання проектованої системи. У другому розділі висвітлено поняття фільтрації сигналу, обговорюються питання застосування подібних фільтрів у системах управління. Розкрито основні типи цифрових фільтрів, їхні переваги та недоліки, умови їхнього використання. Подано характеристики фільтрів низької, високої частоти, спеціального призначення та фільтру Калмана. Розгорнуто описано та сформульовано програми для найбільш раціональних фільтрів у сучасних системах. Також у розділі наведено код програми для реалізації фільтрів експоненціального та Калмана. Показано фільтрування зашумленого сигналу з використанням даних фільтрів. У третьому розділі розглянуто можливість синхронізації математичного пакету MATLAB/Simulink та мікроконтролерів. Згадано особливості передачі інформації між контролером і програмним обчислювальним середовищем. Подано спосіб додання додаткових бібліотек плат у програмне середовище MATLAB на основі сімейства плат Arduino та подальшого його конфігурування для початку роботи з ним. Описано взаємодію середовища MATLAB з мікроконтролером Arduino з прикладом побудови перехідних характеристик. У четвертому розділі здійснено аналіз однієї з малодосліджених проблем у цифрових системах керування – вплив на їхню поведінку обмеженої розрядності передатних функцій. Дослідження проводилися методом нулів і полюсів та перехідної характеристики. Висвітлені проблеми обмеженої розрядності, подано вплив обмеженої розрядності при зміні кроку дискретизації. У дослідженнях впливу обмеженої розрядності обчислень для тестування використані стандартні біноміальній форми п’ятого та сьомого порядків. Проведено розрахунки впливу обмеженої розрядності на перехідні функції та розміщення нулів та полюсів на комплексній площині. Описано розміщення нулів та полюсів відповідно до асимптотичною стійкості системи. Показано вплив кроку дискретизації у випадку обмеженої розрядності системи на перехідний процес та зміну положень нулів та полюсів на комплексній площині. Сформульовані алгебраїчні залежності між мінімальним кроком дискретизації та сталою часу передавальних функції нижчих порядків: 1-го та 2-го порядку.