1.6. Требования, предъявляемые к микропроцессорным средствам, используемым в мпсу вентильным преобразователем

В системах управления энергетическими установками требования к микропроцессорным средствам подразделяются на несколько групп. Это математические операции, работа в режиме реального времени, контекстное переключение задач, средства коммуникации [8]. Рассмотрим подробнее каждую из этих групп.

Математические операции требуются для реализации фильтров, алгоритмов контроля и регулирования. Наиболее используемыми являются операции сложения, умножения, извлечения квадратного корня, тригонометрические операции. Реализация фильтров и различного рода регуляторов делает необходимым наличие операции умножения с накоплением (МАС). Реализация современных алгоритмов управления (регуляторов состояния, наблюдателей состояния и т.д.) требует сложных матричных вычислений [8]. Таким образом, состав системы команд должен максимально соответствовать операциям, необходимым для реализации алгоритма управления. Это требуется для повышения быстродействия МПСУ с целью реализации ее работы в режиме реального времени

Работа в режиме реального времени подразумевает несколько аспектов [24]. Во-первых, операции по переработке информации в микропроцессоре должны выполняться с той же скоростью, с которой происходят процессы в объекте управления. Особенно это важно для быстродействующего контура регулирования тока и системы управления собственно вентильным преобразователем, тем более что эти части информационного канала, как правило, многофазные. Время, отводимое для вычислений, чаще всего жестко задано и определяется интервалом дискретности работы преобразователя. Решение данной проблемы требует высокого быстродействия микропроцессора, наличия в системе команд соответствующих операций цифровой обработки сигналов, о чем говорилось выше, рационального построения программного обеспечения, использования в программе быстродействующих вычислительных алгоритмов, позволяющих произвести обработку нескольких сигналов обратной связи [10].

Во-вторых, работа МПСУ в режиме реального времени делает необходимой «привязку» (синхронизацию) выполнения программы к внешним событиям, что требует наличия в микропроцессоре системы прерывания. Такая привязка применительно к управляемому выпрямителю необходима для определения начала отсчета угла управления, т. е. точек естественной коммутации (ТЕК), а также для быстрой реакции МПСУ на возникновение аварийного режима. Время ожидания прерывания (задержка времени между запросом на прерывание и началом выполнения подпрограммы обслуживания) должно быть по возможности минимальным. Для обработки запросов на прерывание от различных источников необходимо иметь приоритет прерываний.

В-третьих, работа МПСУ в режиме реального времени подразумевает выполнение различных операций, имеющих дело с реальными временными интервалами. К таким операциям можно отнести следующее: формирование временной задержки (фазового сдвига) или длительности сигналов управления силовым преобразователем, измерение периода сетевого напряжения, генерацию периодических запросов на прерывание, реализацию широтно-импульсной модуляции импульсов, формирование частоты передачи данных по последовательному каналу и т. д. Как правило, указанные функции выполняются преобразователями «код–интервал», или программируемыми таймерами (ПТ), которые являются необходимыми компонентами управляющих микропроцессорных систем.

Контекстное переключение – важная операция в случае многозадачного регулирования, где работающей системе часто требуется сменить задачи согласно условиям работы и стратегии управления. К таким «сменным» задачам можно отнести подпрограммы обслуживания запросов на прерывание, изменение стратегии управления электроприводом (управление с постоянным моментом, с постоянной мощностью) и т. д. Микропроцессор должен быть способен управлять переключением контекста с минимальной задержкой, чтобы не допустить снижения производительности и появления сбоев в работе системы в целом.

Коммуникационная способность – неотъемлемое свойство микропроцессорных систем управления, так как большинство из них работают в сетевой среде, работу которой координирует центральная микроЭВМ. Примером таких систем может служить двухуровневая система управления многодвигательным электроприводом, в которой ЭВМ верхнего уровня координирует работу микроконтроллеров, управляющих работой отдельными двигателями [8].

Описанные выше четыре группы требований могут послужить отправной точкой для выбора микропроцессорной элементной базы МПСУ вентильными преобразователями. Кроме того, существуют общие подходы (рекомендации) к выбору микропроцессоров или микроконтроллеров. Эти подходы, в частности, можно почерпнуть из [25, 26].

Приведенная в данной главе информация призвана дать читателю общее (качественное) представление о требованиях, предъявляемых к МПСУ вообще и к МПСУ вентильными преобразователями в частности; о проблемах и сложностях, с которыми сталкивается разработчик таких систем; о том, сколько всего самого разнообразного ему необходимо учесть и реализовать в процессе проектирования. Более детальное представление обо всем вышесказанном читатель найдет в следующей главе, которая посвящена разработке МПСУ конкретным представителем семейства вентильных преобразователей с естественной коммутацией [23], а именно управляемым выпрямителем.