Realización física del sistema de control

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Amparo Vázquez Maldonado
hace 5 años
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1 Unversdad de Ovedo Realacón físca del sstema de control Tema 0 Unversdad de Ovedo Indce Tarjetas AD/DA Estructura de los convertdores AD y DA Característcas de una tarjeta AD/DA Algortmos de conversón Cuantfcacón En la conversón AD/DA En los cálculos En la representacón de los parámetros Programacón drecta / estándar Algortmo de control Retardo computaconal Aspectos práctcos de la mplementacón 2

2 Unversdad de Ovedo Estructura del bloque A/D C O M P U T A D O R nco conversón fn conversón Convertdor A/D control control captura y mantenmento M U L T I P L E X O R acondconamento transductor transductor 3 Unversdad de Ovedo C O M P U T A D O R control Estructura del bloque D/A nco conversón fn conversón buffer control Convertdor D/A control D E M U L T I P L E X O R captura y mantenmento acconador acconador 4 2

3 Unversdad de Ovedo Crteros de seleccón ( Funcones que ncorpora A/D D/A líneas de E/S dgtal Temporadores Mcroprocesador de control de las funcones. Tempos de conversón A/D y D/A (hasta MH Resolucón (nº de bts (8 a 6 Nº de canales 5 Unversdad de Ovedo Crteros de seleccón (2 Tpo de señal de entrada y salda En tensón o corrente. Unpolar o bpolar Modo común o dferencal Rango Para las señales dgtales nº de líneas velocdad de entrada y salda de datos capacdad de corrente de las líneas Forma de conexón al ordenador Bus Vía sere o paralelo. 6 3

4 Unversdad de Ovedo Crteros de seleccón (3 Posbldad de transferenca de datos por DMA. Modo de nco de las conversones A/D comando software temporador programable nterno dsparo externo Modo de transferenca de los datos de la conversón A/D Comprobacón del fnal de conversón por programa Interrupcón DMA Calbracón y confguracón por software o por potencómetros, mcronterruptores y puentes. Exstenca en el mercado de drvers y software adecuado 7 Unversdad de Ovedo Algortmo de conversón A/D Seleccón de canal de lectura Inco de conversón Espera de fn de conversón Lectura de valor convertdo Reescalado del valor leído 8 4

5 Unversdad de Ovedo Algortmo de conversón D/A Conversón a entero de la varable de salda Escrtura del valor en el buffer de salda Inco de la conversón 9 Unversdad de Ovedo Cuantfcacón Al ntentar representar un número real con un número fnto de bts, se produce un error de cuantfcacón. Puede ocurrr: En la conversón (A/D y D/A En los cálculos En los parámetros de la ecuacón en dferencas 0 5

6 Unversdad de Ovedo Cuantfcacón AD. Modelo Este error se puede modelar como un rudo con dstrbucón unforme, de valor máxmo: Redondeo q ±½LSB LSB Truncado q LSB y desvacón típca: σ LSB 2 Unversdad de Ovedo Cuantfcacón AD. [Smth-97] 2 6

7 Unversdad de Ovedo Cuantfcacón AD. Ejemplo Rango: 0 V Tarjeta 8 bts ( Error sensor: mv (rms V 255 LSB mv LSB σ sensor LSB σ A/ D LSB 0. 29LSB 2 σ LSB La conversón ntroduce un ncremento del error del 50% 3 Unversdad de Ovedo Cuantfcacón en los cálculos En sstemas que realcen los cálculos en doble precsón, se dspone de 64 bts, con lo que los errores normalmente serán varos órdenes de magntud menores que los cometdos en los conversores. S se trabaja en coma fja, con 6 bts o menos, hay que ser muy cudadoso pues el resultado de las operacones puede ser muy sensble a la forma en que se mplementen. 4 7

8 Unversdad de Ovedo Cuantfcacón en los coefcentes Este error se hace más grande a medda que: aumenta el orden de la funcón de transferenca, los polos o ceros se aproxman a la crcunferenca de rado undad. Solucones: Programacón en sere Programacón en paralelo Programacón en escalera 5 Unversdad de Ovedo Programacón en sere G( K G( KG( G2(... Gp( j b a p j e c f d

9 9 Unversdad de Ovedo 7 Programacón en paralelo (... ( ( ( 2 G G G A G q q j j d c f e a b A G 2 2 ( Unversdad de Ovedo 8 Programacón drecta n n m m a a b b b U Y G ( ( ( 0 n m y a b u y 0 Necesta almacenar mn varables con valores de períodos anterores. Se puede reducr.

10 Unversdad de Ovedo Programacón estándar Y( H( Y( G( ( b0 b... b n m U( U( H( a... a n m H( U( a... a n n Y( b b... b 0 m H( m h u n a h y m 0 b h Sólo hace falta guardar n valores anterores 9 Unversdad de Ovedo Algortmo de control Peródcamente (cada período de muestreo se debe ejecutar el sguente algortmo de control: Captura y conversón Analógco-Dgtal de la señal del proceso (y de la referenca s procede. Cálculo de la señal de error (comparacón entre la referenca y la señal del proceso. Cálculo de la señal de control. Conversón Dgtal-Analógca de la señal de control. 20 0

11 Unversdad de Ovedo Algortmo de control. Retardo computaconal Ejecucón deal 0 T 2T Ejecucón real 0 T 2T t T << T t AD t C t DA t T < T 0 t T t AD t C t DA 2 Unversdad de Ovedo Algortmo de control. Retardo computaconal Para dsmnur el retardo entre la captura y la escrtura de la señal, convene mnmar el número de operacones entre ambas operacones. Una opcón es realar el precálculo de parte de los valores, al fnal de un período para tenerlos lstos para el sguente. El algortmo de control modfcado sería: Captura (AD Cálculo del error Cálculo mínmo (en operacones de la accón de control Escrtura (DA Precálculo (con valores dsponbles para próxmo período 22

12 Unversdad de Ovedo Aspectos práctcos de la mplementacón Desplaamento de valores Salda de rango en la conversón DA Implementacón en PC con nterrupcones 23 Unversdad de Ovedo Desplaamento de valores Al programar el algortmo de control puede aparecer un problema con los índces s no se hace de forma n m adecuada: h u a h y b h En realdad sólo hace falta guardar n valores anterores: 0 2 n h 0 Al fnal de cada período se desplaan. 24 2

13 Unversdad de Ovedo Conversón DA. Salda de rango Un problema frecuente es la saturacón. El convertdor tene un rango lmtado, pero el algortmo en prncpo no. Qué ocurre s el resultado de los cálculos es una accón de control de 0V y el rango de la tarjeta es ±5V? La accón externa queda lmtada, pero, s hay ntegrador, la nterna crece ndefndamente al no poder elmnar el error WINDUP Qué ocurre al escrbr 4096 en una tarjeta de 2 bts con rango ±5V? Los 2 bts bajos se quedan a 0. Pasa de 5 a Unversdad de Ovedo Rutna de nterrupcón vod nterrupt far nuevotmer(vod { char *data87[94]; /* Se reserva espaco para los regstros del copro */ asm fsave data87 /* Se salvan los regstros del copro */ _clear87(; /* Se ncala el copro */ /* Aquí va el cuerpo del algortmo de control */ asm frstor data87 /* Para salr se recuperan los regstros del copro */ } 26 3

14 Unversdad de Ovedo Programacón del Tmer del PC float frec_base ; /* La frecuenca de entrada es de.93 MH*/ contador cel(frec_base*ts; /* se calcula el valor del contador */ outportb(0x43, 0x36; /* carga la palabra de control */ contador_h contador / 255; /* byte alto del contador */ contador_lo fmod(contador, 255; /* byte bajo del contador */ outportb(0x40, contador_lo; /* escrbe el bajo */ outportb(0x40, contador_h; /* y luego el alto */ 27 Unversdad de Ovedo Instalacón de la rutna de nterrupcón dsable(; /* desactva nterrupcones para cambar la ISR */ vejotmer getvect(0xc; /* salva la dreccón veja */ setvect(0xc, nuevotmer; /* coloca la nueva */ enable(; /* hablta nterrupcones */ 28 4

15 Unversdad de Ovedo Repone condcones ncales Al salr se deja todo como estaba: dsable(; /* desactva nterrupcones para cambar la ISR */ setvect(0xc, vejotmer; /* restaura la veja ISR */ outportb(0x43, 0x36; /* restaura la frecuenca del reloj */ outportb(0x40, 0xFF; /* cargando el contador 0, con unos */ outportb(0x40, 0xFF; enable(; /* hablta nterrupcones */ 29 5

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