19.5. Описание программ регулятора

В качестве примера рассмотрим алгоритм программ ПИД – регуляторов, который заключается в вычислении значения выходной величины регулятора в зависимости от закона изменения входной величины ошибки управления. Общая формула разностного уравнения для вычисления значения выходной величины, полученная на основании методики синтеза цифровых регуляторов, изложенной в главе 17, имеет вид:

U_рег(iT)={b_nE(iT)+b_n-1E[(i-1)T]+…+b₀E[(i-n)T]-a_mU_рег[(i-1)T]-

-a_m-1U_рег[(i-2)T]-…-a₀U_рег[(i-m)T]}, (19.1)

где: b₀,b₁,…,b_n – коэффициенты числителя ДПФ регулятора;

a₀,a₁,…,a_m - коэффициенты знаменателя ДПФ регулятора, полученные в главе 17.

U_рег(iТ), U_рег [(i-1)T], U_рег[(i-2)T,],…, U_рег[(i-m)T] – дискретные значения регулируемой (выходной) величины регулятора;

E(iT), E[(i-1)T], E[(i-2)T], …, E[(i-n)T] – дискретные значения входной величины регулятора.

Константам a_m, a_m-1,…,a₀; b_n, b_n-1,…,b₀ соответствуют идентификаторы A_conM, A_conM-1,…, A_con0; B_conN, B_conN-1,…, B_con0 соответственно.

На каждом такте программа считывает дискретное значение ошибки управления Е_var0 и вычисляет выходное значение U_var0.

Для вычисления результата кромеE_var0 используются предыдущие входные Е_var1, E_var2,… и предыдущие выходные величины U_var1, U_var2,…. Для каждого метода численного интегрирования количество значений из предыдущих так-тов различно, но ал-горитм сходен. На рис.19.4 показана схема алгоритма ПИД–регулятора.

Тексты программ для различных мето-дов численного ин-тегрирования (метод трапеций, метод Си-мпсона, метод Уэд-ля) приведена на дискете. Там же при-ведены и макроопре-деления для каждой программы.

Д

Рис.19.4. Схема алгоритма работы программы ПИД - регулятора

Рис.19.4. Схема алгоритма работы программы ПИД-регялтора

ля упрощения программы и для уменьшения времени вычислений разност-ного уравнения про-изведения сомножи-телей (коэффициен-товb_i и а_i и переменных Е и U) и поочередное их суммирование со знаком выполняется в одной операции – умножения с суммированием (вычитанием) к общей переменной результата, обозначаемой как U_var0. В начале каждого такта вычислений переменная U_var0 обнуляется макрокомандой Clear - U_var1, затем в зависимости от знака, произведение либо складывается с U_var0 макрокомандой Ml-Plus, либо вычитается из U_var0 макрокомандой Mul-minus. Использование общей переменной U_var0 даёт возможность обойтись без промежуточных результатов.

Алгоритм программ произведения чисел со знаком, представленных в дополнительном коде, громоздкий и требует больших затрат времени, а использование прямого кода (старший бит – знаковый) требует анализа знаков и временного их маскирования перед каждым произведением чисел. Поэтому во всех программах ПИД–регуляторов, знаки всех переменных и константы хранятся в компактном виде (Sgn-var). Перед каждым циклом работы, знаки всех будущих произведений вычисляются одной операцией – логической функцией исключающего «ИЛИ». Результат запоминается в переменной Sgn-bt, содержимое которой побитно анализируется перед исполнением Mul-Plus, либо Mul-Minus. Для ускорения операции сдвига переменных, вместо команд пересылки данных типа “mov” в программах применены более эффективные цепочечные операции “movs”, осуществляющие перемещение заданного массива 16 – разрядных слов в определённом участке памяти. Перемещение можно выполнить за один приём: рассчитанный результат U_var0 помещается не в U_var1, а в последнюю из переменных Е_var . Так как Е_var и U_var размещаются в оперативной памяти последовательно друг за другом, в результате выполнения всех операций “movs” содержимое последней Е_var перепишется в U_var1.