Ответы к ГосЭкзамену 220402 (Информатика) (1088974), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Их стоимость при ограниченных интерфейсных функциях не будет превышать 10-20$.Основные затраты при разработке систем управления приводами приходятся не на создание аппаратной части контроллера, а на разработку алгоритмического и программного обеспечения. Поэтому роль специалистов в области теории электропривода существенно возрастает.В заключение отметим, что, несмотря на серьезную аппаратную поддержку методов векторной ШИМ,появившуюся в новейших микроконтроллерах, работы у программистов не уменьшилось.
Они по-прежнемудолжны обеспечить в реальном времени: расчет номера базового сектора и внутрисекторного угла; определение составляющих базовых векторов и перепрограммирование ШИМ-генератора; коррекцию влияния"мертвого" времени и потерь напряжения на силовых ключах; коррекцию изменения напряжения на звенепостоянного тока. Перечисленные задачи являются решаемыми, что дает уверенность в возможности быстрой разработки нового поколения перспективных цифровых систем управления приводами.Специфика применения микроконтроллеров в электроприводеМикроконтроллер является наиболее универсальным средством для создания ядра информационного канала современного электропривода.
Специфика требований к микроконтроллеру для электропривода выте-52кает из выполняемых им функций. С одной стороны, он управляет преобразователем силового канала, получая сигналы обратных связей по токам, напряжениям, скорости двигателя. С другой стороны, микроконтроллер должен обеспечивать интерфейсные функции для связи с оператором, устройством управленияверхнего уровня, другими технологическими объектами.Для управления силовыми ключами преобразователя в принципе можно использовать соответствующеечисло разрядов порта дискретных выходов, однако загружать процессор рутинными операциями по включению и отключению ключей целесообразно только для простейших алгоритмов управления при невысокихтребованиях к быстродействию и качеству регулирования.
Более рационально иметь в микроконтроллередостаточное число программируемых ШИМ-генераторов, получающих от процессора только уставки частоты и скважности и самостоятельно осуществляющих согласованное управление работой силовых ключей.ШИМ должен обеспечивать регулирование скважности от 0 до 100 % с точностью в 8...16 двоичных разрядов при частоте от 1 кГц до 20...50 кГц. Требуемое число каналов и выводов ШИМ определяется типом двигателя, числом его обмоток (фаз), требуемыми режимами работы, схемотехникой силового канала преобразователя и алгоритмом управления силовыми ключами. Для управления трехфазным мостовым инверторомнеобходимо 6 независимых каналов или 3 независимых канала с возможностью согласованного управленияот каждого верхним и нижним ключами полумоста (двумя выводами).Сигналы обратных связей имеют аналоговую форму (токи, напряжения) или дискретную (импульсные икодовые датчики).
Для ввода аналоговых сигналов в состав микроконтроллера включается многоканальныйаналого-цифровой преобразователь (АЦП) с программируемым циклом измерений заданного числа каналов.Требуемая разрядность и быстродействие АЦП сильно зависят от электромагнитных параметров обмоток,точности и быстродействия канала регулирования. Для применения в большинстве электроприводов оказывается достаточным 4...8 - канальный 8...12 - битовый АЦП с временем преобразования порядка десятковмикросекунд. Ввод информации от импульсных датчиков и ее первичная обработка в простейшем случаезаключается в подсчете числа поступивших импульсов.
Более полная обработка состоит в реверсивном счете с определением направления вращения по двум сдвинутым по фазе сигналам датчика (квадратурный режим работы) и с измерением периода следования импульсов. Такая обработка без привлечения центрального процессора может выполняться специальным модулем - процессором событий или таймерным сопроцессором.Управление электроприводом осуществляется в реальном масштабе времени при наличии определенноймногозадачности. Одновременное регулирование нескольких координат электропривода, диагностика функционирования системы, связь с другими объектами наиболее рационально организуются с помощью многоуровневой системы прерываний. Распределение приоритетов прерываний производится в соответствии стребуемым быстродействием контура регулирования, временем реакции на изменение входной информации.
Наибольший приоритет имеют сигналы аварийных ситуаций, вызывающие защитные процедуры, когдаот времени реакции зависит дальнейшая работоспособность всей системы. Требуемое число каналов прерывания определяется в каждом конкретном случае, так как оно зависит от распределения между аппаратнымии программными средствами защиты, структуры системы в целом. Применение механизма векторного прерывания, когда к одному входу запроса может быть подключено несколько устройств, позволяет увеличитьчисло обрабатываемых сигналов и более гибко использовать систему прерываний.Дополнительным средством организации работы программы в реальном масштабе времени может служитьодин или несколько таймеров как общего назначения, так и специальных.
Для повышения надежности работы системы необходимы средства, контролирующие в определенной мере правильность функционированияалгоритма управления и осуществляющие при необходимости перезапуск микроконтроллера. Полезнымимогут быть также схемотехнические решения, уменьшающие влияние различного рода помех на работумикроконтроллера, его входные и выходные цепи.В значительном числе случаев электропривод работает не автономно, а в составе некоего технологическогокомплекса. Если процессорной мощности микроконтроллера достаточно для управления собственно электроприводом и одновременного решения задач технологического управления, реализация технологическогоконтроллера на базе микроконтроллера может потребовать некоторого дополнительного числа входов АЦПи дискретных входов/выходов.Связь микроконтроллера с различными внешними устройствами обычно осуществляется по различным последовательным интерфейсам, поэтому в своем составе микроконтроллер должен иметь один или несколькомодулей приемо-передатчиков с возможностью программного изменения скорости обмена и параметров егопротокола.53В результате получаем, что микроконтроллер для применения в системах управления электропривода кромесобственно высокопроизводительного процессорного ядра должен иметь модули ШИМ, АЦП, таймеров,периферийных интерфейсов, процессор событий и развитую систему прерываний.
Следует оговориться, чтоуказанный набор свойств рассчитан на построение однокристального встраиваемого устройства управленияс алгоритмом средней сложности и может видоизменяться в зависимости от требований конкретного применения. Так, в разомкнутых системах программного управления шаговыми двигателями с аппаратной реализацией регулирования тока не нужен микроконтроллер со встроенным АЦП. В мультипроцессорных системах управления многокоординатными объектами, требующих большого объема сложных вычислений(системы числового программного управления обрабатывающих центров, робототехнические комплексы...),помимо специализированных микропроцессоров, решающих задачи локального регулирования, на первыйплан выходят цифровые сигнальные процессоры, структура которых не содержит указанных выше элементов, но зато оптимизирована именно для быстрого выполнения специфических вычислительных операций.Новый микроконтроллер серии С166 для управления электроприводамиСерия 16-разрядных микроконтроллеров фирмы Siemens AG разработана специально для обеспечениятребований задач управления встроенных систем реального времени.
Первым представителем семействабыл выпущен кристалл SAB-80C166-M и поэтому всю серию принято называть C166. Многочисленное семейство этих микроконтроллеров (в настоящее время около двух десятков) имеет в своем составе ядро процессора, использующего концепцию RISC (Reduced Instruction Set Computer).
Система команд семействаC166 оптимизирована для быстрого выполнения инструкций и для уменьшения времени отклика на прерывание. Интегрированные интеллектуальные периферийные модули микроконтроллеров построены такимобразом, чтобы минимизировать вмешательство процессора при их работе. Наличие мощного процессорного ядра, полного набора периферийных модулей, различных системных функций (гибкая системная шина,режимы энергосохранения, умножение/деление тактовой частоты) позволило достигнуть хорошего соотношения качество/цена. Микроконтроллеры этой серии сейчас применяются очень широко: в автомобилях,промышленных системах автоматизации и электропривода, связи, медицинском оборудовании и т.д.Для управления электроприводами различных систем наиболее подходят микроконтроллеры, перечисленные в табл.
1. Они позволяют формировать сигналы управления преобразователем с минимальным вмешательством ЦПУ, подключать аналоговые и импульсные сигналы обратных связей, организовывать связь с удаленным управляющим контроллером высшего уровня и решать другие вспомогательные задачи.Новый многофункциональный 16-разрядный микроконтроллер фирмы Siemens AG получил наименование C164CI.
И поскольку он содержит такой же модуль захвата-сравнения CAPCOM6, как и в микроконтроллере C504, основная область его применения системы управления электроприводами. Особенностимикроконтроллера C164CI, благодаря которым возможно успешное его применение для таких систем, этоядро процессора, система прерываний и модуль CAPCOM6.Основные характеристики микроконтроллера:минимальное время цикла инструкций 100 нсек с выполнением большинства инструкций заодин цикл;умножение 500 нсек (16 бит ґ 16 бит), деление 1 мксек (32 бит / 16 бит);регистровая структура с переключаемыми регистровыми банками;16 Мбайт линейное адресное пространство для кодов программ и данных;системный стек с автоматическим контролем границ стека;биты, байты и слова типы обрабатываемых данных;гибкая и эффективная система адресации для создания компактных выходных кодов;поддержка языков высокого уровня комплексными инструкциями условных переходов;2 Кбайт внутреннее ОЗУ для переменных, регистровых банков, системного стека и кода;64 Кбайт встроенная однократно-программируемая память программ (OTP);мультиплексированная внешняя шина;возможность сегментации памяти и наличие сигналов выборки микросхем;динамическое изменение шины 8 бит / 16 бит;16 уровней приоритетов прерываний;32 узла прерываний с раздельными векторами прерываний;300/500 нсек типичное/максимальное время перехода по прерыванию при работе с внутреннейпамятью;периферийный контроллер событий для передачи данных по прерыванию за один цикл;548-канальный 10-разрядный АЦП с временем преобразования 9,7 мксек;два модуля захвата-сравнения с независимыми базовыми таймерами для генерации различныхШИМ сигналов и обработки временных интервалов;многофункциональный модуль таймеров, содержащий три 16-разрядных таймера-счетчика сразрешением 400 нсек;универсальный синхронно-асинхронный последовательный порт (USART);высокоскоростной синхронный последовательный канал SSC;встроенный CAN-модуль версии 2.0B;часы реального времени на кристалле;рабочий диапазон температур -40...125C;корпус MQFP-80.55Таблица 1ТипТакт.ПЗУ,частота,байтмГцАдр.ОЗУ,САРТай- CAN,простр.,ШИМ АЦПбайтСОМмеры V2.0байтКорпусC164CI-8EM2064k OTP2k4M8+7-831PMQFP-80SAB80C166M20,25-/32k ROM1k256k16-105-PMQFP100C167-LM20-2k16M324165-PMQFP144C167SR-LM20,25-4k16M324165-PMQFP144C167CR-LM20,25-/128k ROM 4k16M3241651PMQFP144C167CR16FM20128kFLASH4k16M3241651PMQFP144C167CS32FM20256kFLASH4k16M3242452PMQFP1442.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
