Управления

1. СТРУКТУРА УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ 
МИКРОПРОЦЕССОРОВ 
Системы управления объектами могут строиться на базе одного управляю-
щего устройства, соединенного с объектом управления (ОУ) несколькими ка-
налами связи. Обобщенная структура такой системы управления показана на 
рис. 1.1. 
Рис. 1.1. Структура системы на базе одного микропроцессора 
В качестве управляющего устройства системы может использоваться мик-
ропроцессорный контроллер (МК), построенный на базе микропроцессора оп-
ределенного типа. Информация о состоянии объекта управления передается в 
микропроцессорный контроллер через блок нормирующих преобразователей 
(БН), коммутатор (К) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Нормирую-
щие преобразователи используются в системе для согласования уровней ин-
формационных сигналов на выходе объекта управления с уровнями входных 
сигналов коммутатора. Аналого-цифровой преобразователь служит для преоб-
разования аналоговых сигналов с выхода объекта в цифровой код. После пре-
образования цифровой информации о состоянии объекта управления по опре-
деленному алгоритму, обычно содержащемуся в памяти МК, вырабатываются 
управляющие воздействия, которые поступают на вход объекта управления че-
рез цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и исполнительное устройство 
(ИУ). Заметим, что, если мультиплексирование входных сигналов ОУ на входе 
АЦП возможно практически всегда, то мультиплексирование управляющих 
сигналов на входе МК часто недопустимо. Такая структура управляющей сис-
темы объясняется необходимостью запоминания каждого управляющего воз-
действия. Следует заметить, что среди выходных сигналов объектов управле-
ния аналогового типа могут быть и дискретные сигналы. Ввод таких сигналов в 
микропроцессорный контроллер осуществляется через блок формирования сиг-
нала (БФС), назначение которого – согласовать их уровни и мощности с вход-
ными цепями микропроцессорного контроллера. При наличии нескольких дис-
кретных сигналов для их ввода в МК можно использовать мультиплексирова-

---

4 
ние. При наличии на входе объекта управления исполнительного устройства 
дискретного типа (ИУД) (усилители мощности, тиристорные преобразователи, 
работающие в ключевом режиме), управляющее воздействие формируется в 
микропроцессорный контроллер и подается в ИУД без использования ЦАП. 
Система управления может решать различные задачи: поддержание на оп-
ределенном уровне или изменение по определенному закону выходных пара-
метров объекта управления; программное изменение выходных параметров 
объекта и отслеживание их изменений в соответствии с некоторыми внешними 
сигналами; отслеживание их изменений в соответствии с некоторыми внешни-
ми сигналами и другие. 
Центральное место в рассматриваемой системе занимает микропроцессор-
ный контроллер, а остальные элементы – БН, К, АЦП, ЦАП и ИУ – обеспечи-
вают связь микропроцессорного контроллера с объектом управления. Часто их 
объединяют одним общим названием – устройство связи с объектом (УСО). 
Конструктивно все элементы системы могут располагаться на одной плате, ко-
торая размещается в конструктиве объекта управления. Контроллер может быть 
выполнен на базе определенного типа микропроцессора и нескольких микро-
схем подкрепления. При использовании МК как встроенного средства управле-
ния в отдельно взятые объекты технические параметры микропроцессорного 
контроллера и УСО могут быть неунифицированными, и, следовательно, сис-
темы управления различных объектов не взаимозаменяемы. Общая стоимость 
автоматизированной системы при этом становится значительной. Для снижения 
затрат на систему управления возможно использование одного универсального 
комплекта МК и УСО, которые при необходимости могут быть подключены к 
любому из объектов. Такой подход к автоматизации особенно целесообразен, 
когда потребитель является обладателем бытовой ПЭВМ. Небольшим набором 
средств сопряжения с объектом можно обеспечить в этом случае решение мно-
гих задач. 
Объекты управления могут объединяться в группы, которые составляют 
технологическую линию. Системы управления объектами этого класса могут 
строиться по тому же принципу, составляя совокупность одноконтурных сис-
тем управления данного уровня (рис. 1.2). 
Рис. 1.2. Структура системы на базе нескольких микропроцессоров 
В этом случае каждая локальная система управления одним из объектов ра-
ботает независимо от других систем. При необходимости информация о со-
стоянии объектов может быть передана в центральное вычислительное устрой-
ство для решения некоторых общих для группы объектов управляющих задач. 

---

5 
Задачи, решаемые микропроцессорной системой управления (МПСУ), могут 
зависеть от характера входных воздействий, поступающих в систему. Так, на-
пример, управление роботом может осуществляться по разным алгоритмам в 
зависимости от результата решения задачи распознавания представленного ро-
боту объекта. В этом и подобных случаях структура МПСУ оказывается пере-
менной. В микропроцессорных системах она перестраивается программно. 
Сложные объекты управления (самолеты, космические аппараты, прокатные 
станы, роторные конвейерные линии и т. п.) представляют собой совокупность 
взаимосвязанных многорежимных управляемых систем, объединенных единой 
системой управления. Основополагающими принципами, определяющими 
структуру МПСУ подобными объектами, является иерархичность, независи-
мость управления по уровням иерархии и информационная замкнутость. 
Обобщенная структура иерархической МПСУ показана на рис. 1.3 [1]. 
Рис. 1.3. Структура иерархической МПСУ 
Здесь с объектами управления (ОУ) связаны микроконтроллеры (МК), а они 
по иерархии – с ЭВМ разного уровня. 
В качестве примера можно рассмотреть систему управления робота-
манипулятора. У него есть несколько звеньев, а в качестве входного воздейст-
вия используются положения схвата. При управлении только пространствен-
ным 
положением 
последнего 
звена 
можно 
записать 
уравнение 

---

6 
[
]
)
,...,
,
(
,
,
2
1
n
T
F
z
y
x
X
α
α
α
=
=
, где 
n
α
α
α
,...,
,
2
1
– текущие положения звеньев ме-
ханизма. Из формулы видно, что при этих условиях структура системы управ-
ления может иметь вид, показанный на рис. 1.4. 
Рис. 1.4. Общая структура системы управления робота-манипулятора 
На вход основной ЭВМ поступают (или вычисляются ей же) требуемые по-
ложения конечного звена робота-манипулятора. Основная ЭВМ запрашивает у 
контроллеров каждого звена их положения и, зная требуемое положение конеч-
ного звена, вычисляет новые их значения. Эти значения она отсылает для отра-
ботки в контроллеры систем управления звеньев робота. Эти контроллеры по-
стоянно контролируют положения звеньев и осуществляют замыкание обрат-
ных связей локальных систем управления (возможно, с какими-либо регулято-
рами). Также при необходимости контроллеры производят ограничение поло-
жения звеньев и сообщают об этой ситуации в основную ЭВМ. В результате у 
нас получилась иерархическая структура с двумя уровнями иерархии. 
Сама задача у нас определила структуру микропроцессорной системы. Но, 
кроме этого, на структуру может повлиять такой параметр, как интегральные 
характеристики управляющих микропроцессоров. В данной задаче, например, 
контроллеры систем управления звеньев робота-манипулятора могут иметь не-
высокие быстродействие, объемы памяти и пр. А вот основная ЭВМ должна 
решать задачу преобразования координат в реальном масштабе времени, по-
этому она должна обладать высоким быстродействием при решении математи-
ческих задач и, кроме того, иметь скоростные интерфейсы связи с управляю-
щими микропроцессорами и с наружным оборудованием. При недостатке этих 
ресурсов, возможно, придется вместо одной ЭВМ использовать систему ЭВМ, 
соединенных друг с другом каким-либо образом. 

---

7