Диссертация (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления), страница 10

Программное обеспечение микроконтроллера осуществляет доступ к первичной информации с датчиков и выполняет их обработку: фильтрацию, усреднение и т.д.В разработанном образце реализовано достаточное для большинства случаев применения количество каналов приѐма сигналов с датчиков:- 3 канала датчиков Холла;- 1 канал индукционного датчика;- 4 канала потенциометрических датчиков;- 8 каналов токовых датчиков стандарта 4..20 мА;- 5 каналов подключения терморезисторов типа PT1000;- 3 канала подключения терморезисторов типа PT200;- 4 канала аналоговых входов до 5 В.Все внешние каналы датчиков имеют гальваническую развязку от вычислительной части электронного блока.Кроме внешних датчиков на плате блока управления установлено 2 внутренних датчика:- датчик атмосферного давления MPXA4250;- технологический датчик температуры TMP102.Технологический датчик температуры предназначен для оценки уровнятеплового обмена внутри корпуса электронного блока и предупреждения аварийных ситуаций, связанных с перегревом блока.Для управления исполнительными механизмами системы предусмотрено:71- 20 каналов стабилизированных регулируемых токовых выходов дляуправления электромагнитными клапанами форсунок;- 24 канала ШИМ-регуляторов;- 4 канала аналоговых выходов по напряжению с токовой нагрузкой до 15мА.Программное обеспечение контроллера реализует алгоритмы управления и регулирования и содержит программные блоки обработки входных сигналов от датчиков и выходных сигналов на исполнительные устройства.Программное обеспечение СКАУД разработано в соответствии с методами и подходами объектно-ориентированного программирования [91].

Преимущества этого подхода заключаются в том, что за счѐт усложнения структуры ииерархии отдельных функций становится возможным разбиение программы наотдельные модули, каждый из которых выполняет определѐнную функцию, атакже упрощается дальнейшее расширение программы.Программное обеспечение СКАУД разработано в среде Code ComposerStudio, предлагаемой компанией Texas Instruments [90], язык программированияC++. Для иллюстрации структуры программного обеспечения рассмотрим основные модули и классы, формирующие программу и их функции.В основе главного тела программы лежит класс «EC_Engine», в рамкахкоторого определены процедуры режимов работы двигателя, а также множество различных вспомогательных системных процедур.

Каждая из них определена в соответствующем файле. Ключевые процедуры, отвечающие за обработку прерываний, вынесены в модуль «interrupts».Дляобобщенияфункцийнастройкиоборудованиясозданкласс«EC_Hardware». Для обеспечения адаптивного мониторинга отдельных элементов системы управления был разработан класс «EC_Devices».

Также был созданряд вспомогательных классов, предназначенных для пересылки сообщений поCAN-шине и других служебных целей.При создании программного обеспечения для микроконтроллера использовались предоставленные производителем (Texas Instruments) библиотеки, а72также исходные коды и заголовочные файлы, обеспечивающие низкоуровневую работу с регистрами процессора.Отдельные модули помещены в папки по смысловому содержанию дляупрощения навигации по программе. Часть модулей оставлена в корневом каталоге программного обеспечения.Состав программного обеспечения показан на Рисунке 2.8.Рисунок 2.8. Состав ПОМодули, помещѐнные в корневой каталог, определяют наиболее общиедляпрограммыфункции,типы,переменныеиимена.Файл«2837x_FLASH_lnk_cpu1_diesel.cmd» отвечает за выделение памяти для секцийпрограмм и данных и распределяет отдельные части кода в соответствующихсекциях.

С помощью него обеспечивается загрузка кода в энергонезависимую(FLASH) память процессора, копирование критических секций кода в опера-73тивную (энергозависимую) память и указание на точку начала программы. Копирование из энергонезависимой памяти в оперативную необходимо в связи стем, что время доступа к FLASH-памяти значительно дольше из-за особенностей работы с ней [91].Модуль «can_par_id» определяет имена и константы, отвечающие за обозначение параметров системы, которые передаются с помощью сообщенийCAN-шине. По факту, он определяет интерфейс взаимодействия встроеннойпрограммы СКАУД с программой-клиентом, позволяющей отслеживать и изменять в реальном времени ключевые параметры системы. В качестве клиентабыла разработана специальная программа с графическим интерфейсом (см.

раздел 1.3), которая так же использует этот модуль.В модуле «ecu_global_defines» определяется ряд глобальных констант ипространство имѐн EG (сокращение от «ECUGlobalparameters» – «глобальныепараметры электронного блока управления»), которое объединяет общие дляСКАУД параметры, которые могут запрашиваться и изменяться в произвольном месте выполнения программы. Здесь осуществляется первичная инициализация этих параметров. Таким образом, этот модуль является аналогом главного настроечного файла системы, а в случае выполнения программы управленияна двух и более процессорах, отвечает также за межпроцессорное взаимодействие и обмен параметрами.Модуль «main» является главным модулем программы и обеспечиваетинициализацию системы, завершение работы и переходы между всеми возможными состояниями системы.Модули, помещенные в папку «data» отвечают за выборку данных из полей характеристик.

Папка «drv» содержит модули, обеспечивающие обмен информацией между различными модулями программного обеспечения. Модули,входящие в данные папки показаны на Рисунке 2.9.В папке «drv» определены низкоуровневые функции, обеспечивающиевзаимодействие центрального процессора с платой сопряжения (ПЛИС [92]) исобственными периферическими устройствами. Хотя все соединительные ин-74терфейсы и разъѐмы установлены на плате сопряжения, ряд каналов (например,дискретные выходы и CAN-интерфейс) напрямую связаны с центральным процессором и не задействуют вычислительные и аппаратные возможности ПЛИС.Это обеспечивает с одной стороны быстродействие работы этих функций, а сдругой - независимость от функционирования ПЛИС (необходимо только, чтобы передавалось питание).Рисунок 2.9.

Содержимое каталогов «data» и «drv»Ключевыми функциями являются getSensor() и setSensor() – первая позволяет считать значение с любого канала датчиков платы сопряжения, втораяустанавливает произвольное значение на любой канал исполнительныхустройств, за исключением форсунок. Для них ввиду обеспечения максимального быстродействия и удобства пользования была разработана другая схемауправления.75Для работы с форсунками выделяются функции setInjector(), котораяустанавливает текущие параметры впрыска для всех форсунок, и startInjector(),принимающая на вход номер цилиндра и обеспечивающая впрыск в конкретный цилиндр. За счѐт разделения этих команд ускоряется работа всей системы(нет необходимости указывать параметры каждый раз перед впрыском, а значит, не тратится время на передачу значений в плату сопряжения и на их установку в соответствующие регистры), а также становится возможным управлятьвпрысками в конкретные цилиндры (например, реализация стратегии отключения цилиндров).В этой же папке содержится модуль, отвечающий за низкоуровневую передачу сообщений по CAN-шине (высокоуровневые команды и процедурыформирования пакетов данных являются методами класса «EC_Engine» и находятся в модуле «engine»).Модули, входящие в каталог «engine» показаны на Рисунке 2.10.

В данном каталоге собраны файлы, обеспечивающие базовую функциональность основного тела программы, инициализацию программы, расчѐт параметров двигателя. Также в данном каталоге расположен файл «interrupts» содержащийнабор команд, выполняемых в прерываниях процессора.Рисунок 2.10. Каталог «engine»76В модуле «devices» определѐн класс «EC_Devices». Он в обобщѐнном виде определяет периферийное устройство системы управления (датчик или исполнительное устройство) и определяет ряд функций, связанных с этим устройством.

Для каждого зарегистрированного объекта определены некоторые параметры (например, диапазон изменений сигнала), которые отвечают «нормальной» работе данного устройства. При выходе этих параметров за допустимыепределы устройство считается «неисправным» и, если это допустимо для обеспечения работы системы в целом, сигнал с этого устройства заменяется на программно определяемый.В модуле «engine» определены системные функции, не зависящие от состояния системы и не являющиеся критическими по времени.

К ним относятсяпроцедуры пересчѐта углов момента впрыска, величины подачи топлива, процедуры мониторинга состояния СКАУД, сбор сигналов с датчиков педали, режима и др., формирование пакетов данных для передачи по CAN-шине и парсинг приходящих пакетов, а также многие другие процедуры, необходимые дляработы верхнего уровня программы управления.Для управления работой СКАУД и мониторинга ключевых параметровбез применения отладочных средств (что во-первых, может сильно влиять навыполнение программы управления, а во-вторых требует подключения к ПК спомощью интерфейса JTAG [93], что оказывается маловозможным в реальныхусловиях применения блока управления) используется последовательный порт,покоторомусообщенияпередаютсясогласнопротоколуCAN(ControlAreaNetwork). Этот протокол устанавливает формат сообщения, в котором на полезную информацию выделяется от 0 до 8 байт информации.