Archives

Управляющий пульт
Управляющий блок является одной из ключевых составляющих контроллера центрального процессора (ЦП) и обычно вместе с программным счетчиком, регистром команд и другими элементами формирует управляющий модуль, отвечающий за общее координационное управление процессом выполнения инструкций [1]. Его основная функция заключается в генерации микроподписей управления на основе операционного кода инструкции и временных сигналов, а также в создании пути передачи данных для обеспечения полного цикла управления процессами: получение инструкции, анализ инструкции и выполнение инструкции. Внутри этого компонента находятся логические элементы, такие как генератор импульсов тактовых частот, матрица управления, генератор тактовых импульсов и другие, которые координируют выполнение инструкций посредством синхронного, асинхронного или комбинированного управления. Синхронное управление осуществляет собой продвижение последовательности операций по единому тактовому сигналу, а асинхронное управление использует механизм ответов для запуска последующих операций. Комбинированное управление сочетает оба подхода, обеспечивая синхронизацию внутри компонентов и асинхронную взаимодействие между ними. Благодаря управлению таким компонентами, как арифметический устройство и регистры, осуществляется передача данных и переходы между программными блоками, что гарантирует точное выполнение набора команд компьютера [1].

Асинхронное управление
Асинхронное управление — это специальный термин в области компьютерных наук и технологий, означающий метод управления, при котором операции выполняются независимо друг от друга в соответствии с фактическими потребностями, без соблюдения единого временного порядка. Основная техническая особенность заключается в использовании механизма ответов для планирования задач, что имеет ключевое практическое значение в таких сценариях, как обработка прерываний, определение оптимального выбора шины и операции ввода-вывода. Данная форма управления обеспечивает параллельную обработку множества задач посредством архитектуры, основанной на событиях, и по сравнению со синхронным управлением эффективно повышает пропускную способность системы и коэффициент использования ресурсов, особенно в сценариях взаимодействия памяти и периферийных устройств в однопроводных компьютерах. В области теории автоматического управления асинхронные системы управления из-за наличия асинхронности в распознавании режимов и переключении контроллеров называются «отключёнными системами управления» и обладают простотой эксплуатации и низкой стоимостью [1].

Синхронное управление
Синхронное управление — это система управления, обеспечивающая согласование временных последовательностей нескольких компонентов, которая с помощью точных тактовых сигналов запускает операции, гарантируя работу оборудования в заданном порядке. В приложениях LED-дисплеев система позволяет обеспечивать синхронизацию содержимого отображения и контролирующего компьютера в реальном времени: при выключении контролирующей стороны работа дисплея останавливается, тогда как асинхронная система управления продолжает работать независимо.

Такие системы делятся на синхронные по скорости и крутящему моменту, а также по положению, и требуют использования частотного преобразователя, датчиков и других устройств для синхронизации скорости, крутящего момента или положения двигателя. Они применяются в промышленной автоматизации, робототехнике, подключении к электросетям и других областях [1] [3] [5].

Основными модулями системы являются главный управляющий модуль и приемный модуль, которые через логику FPGA обеспечивают синхронизацию действий между устройствами и поддерживают функцию таймера по GPS [2]. Методы управления включают встроенные параметры настройки и программируемые типы, последние реализуются с помощью архитектуры «главный-второй» или беспроводной связи (например, попытки замены CAN и EtherCAT шинами с использованием технологии StarShine) для координации работы нескольких двигателей [6–7]. Метод нечеткого PID с архитектурой «главный-второй» повышает производительность и стабильность синхронизации двух двигателей за счет реального времени корректировки параметров [4].

Развитие технологий проявляется в виде соединения программируемых контроллеров через полевые шины, а также в применении беспроводных решений в интеллектуальном производстве. Система синхронного управления двигателями StarShine из лаборатории Цзи Хуа использует низколатентную связь для преодоления физических ограничений. Эта технология, сохраняя базовые характеристики синхронизации (например, совместное управление LED-экранами), способствует гибкой модернизации производственных линий [7].

Многокоммуникационная система

Система многокоммуникационного взаимодействия использует топологию «главный-второстепенный», состоящую из одного главного микроконтроллера и нескольких второстепенных устройств, формирующих сетевую структуру. Обмен данными осуществляется посредством последовательной связи: главный блок может отправлять информацию на все второстепенные устройства или на определённые из них, тогда как между второстепенными устройствами прямое взаимодействие невозможно [2–3]. В аппаратном обеспечении обычно применяется стандарт шины RS-485, который поддерживает максимальное расстояние передачи до 1200 метров и подключение до 400 узлов, а также сглаживает общемодовые помехи за счёт дифференциальных сигналов [3]. На уровне протокола связи предусмотрено различение адресных и данных кадров: главный блок отправляет адресный кадр с TB8=1 для адресации целевого второстепенного устройства, после чего соответствующее устройство переходит в режим приёма данных и завершает дальнейшее взаимодействие [2]. Данная система широко применяется в области промышленного управления, например, в распределённых сетях датчиков, сетях контроллеров пожарной сигнализации и других аналогичных сценариях.

Симулированное управление
Аналоговое управление — это технология управления на основе непрерывных сигналов в области автоматизации и научно-технических знаний, ключевой особенностью которой является мониторинг и динамическое регулирование физических величин в реальном времени с помощью аналоговых электронных схем. Этот термин в области электроэнергетики и инженерии был утверждён как стандартизированная профессиональная формулировка и соответствует английскому термину «analogue control» [1]. Как важная часть классической теории управления, его техническая реализация основана на замкнутых системах, состоящих из электронных компонентов, таких как резисторы и конденсаторы.

Контроль времени
Управление временным порядком — это технология, обеспечивающая временное регулирование времени генерации операционных сигналов компьютера, времени стабилизации, времени отмены и их взаимосвязи, что позволяет обеспечить согласованную работу всех компонентов системы с помощью синхронного, асинхронного и комбинированного управления [1] [6]. Основными элементами являются последовательность, точность времени (в миллисекундах/микросекундах) и синхронность, включая такие методы реализации, как тактовые сигналы, таймеры и автоматы состояний [4]. Синхронное управление использует фиксированные временные сигналы для единообразного управления микроперемещениями, простое в проектировании, но обладает ограниченной эффективностью; асинхронное управление динамически корректирует временные интервалы в соответствии с требованиями команд, отличается высокой эффективностью, но сложнее в реализации. Современные системы чаще применяют комбинированное управление, например, внутреннюю синхронизацию работы процессора или переключение на асинхронный режим при доступе к памяти [2-3] [6]. Устройство управления временем состоит из генератора временных сигналов (включая источник тактовых сигналов и кольцевой генератор импульсов) и контроллера операций, который делится на два типа: комбинационную логику и микропрограмму [3]. Данная технология широко применяется в цифровых схемах (синхронные триггеры), микропроцессорах (контроль потока команд), промышленной автоматизации (цикл сканирования ПЛК) и системах связи (синхронизация кадров) [4-5]. В аппаратном обеспечении контроллер временного порядка управляет циклами подачи электрической энергии с помощью схемы тайминга.

Цифро-аналоговое преобразование
Цифро-аналоговое преобразование (D/A-преобразователь) служит важным связующим звеном между системами сбора данных и управления компьютерными устройствами и объектами управления с аналоговыми величинами. Д/A-преобразователь выполняет функцию преобразования дискретного цифрового сигнала в непрерывно изменяющийся аналоговый сигнал. [1] Примером такого процесса может служить следующий: данные, полученные с компьютера, преобразуются в аналоговый сигнал с помощью модема, а затем передаются по телефонной линии с двойной изоляцией. Схема, выполняющая эту функцию, называется цифро-аналоговым преобразователем (DAC). В промышленных системах управления, использующих компьютерные системы сбора данных, D/A-преобразователь является неотъемлемой и важной составляющей.

Команды управления
Контрольные команды представляют собой набор предустановленных параметров, передаваемых через автоматизированную систему для обеспечения точного управления в таких сценариях, как промышленное оборудование и цифровые источники питания [1] [3]. В системах контроля уровня жидкости контролирующие команды управляют работой шаговых двигателей с помощью импульсных сигналов с определённым временным интервалом, достигая разрешающей способности 0,1 мл [1]; в системах дистанционного мониторинга используются двумодовые передачи команд по стандартам GSM/GPRS, а также реализуется механизм выполнения команд с тремя уровнями приоритета [2]. Бусы I2C и PM Bus обеспечивают управление заданными значениями параметров цифрового источника питания и замкнутый контроль за их изменением благодаря структурированной системе передачи команд [3]. Как классические системы автоматического регулирования, так и ПИД-регуляторы осуществляют замкнутое управление на основе контролирующих команд, регулируя параметры путём постоянного сравнения отклонений между фактическими и заданными значениями [4-5].

Управляющий блок вычислений
Операционный контроллер был официально включён в третий редакцию «Технических терминов компьютерных наук» 2018 года как научно-технический термин [1]. Его функция заключается в выполнении цифровых операций в программируемых логических контроллерах (ПЛК) для автоматического управления, и он состоит из таких функциональных модулей, как процессор, память для команд и данных, а также интерфейсы ввода/вывода [2]. Цикл выполнения одной инструкции операционного контроллера может достигать 0,01 мкс (серия RPC3000) или 0,06 мкс (серия RPC2000), поддерживает технологию резервирования и горячего подключения. В промышленном интернете данный компонент используется в качестве ключевого узла управления, выполняющего функции обработки данных на уровне оборудования, управления устройствами и сбора данных. Технические достижения отечественных ПЛК включают объединение технологий управления процессами и дискретного управления в серии RPC3000, а серия RPC2000 обладает передовыми возможностями обработки аналоговых сигналов.

МикропроцессорМикропроцессор — это центральный процессор, состоящий из одной или нескольких крупных интегральных схем. Эти схемы выполняют функции управляющего и арифметико-логического блоков. Микропроцессор способен выполнять операции по получению команд, выполнению команд, а также обмену информацией с внешней памятью и логическими компонентами, являясь вычислительно-управляющей частью миниатюрного компьютера. Он может объединяться с памятью и периферийными микросхемами в состав миниатюрного компьютера.