68 ELEKTRO 3/2013 Počítač elektrických pohonů – základní principy, struktura a činnost Úvod V současném elektrickém pohonu je řídicí počítač (ŘP) základním funkčním blokem, kte-rý do velké míry určuje uživatelské vlastnosti celého řetězce počítač–výkonový polovodičo-vý měnič–elektrický motor (obr. 1). ŘP snímá (měří) analogové i digitální veličiny, komuni-kuje s nadřazeným systémem, změřené veliči-ny zpracovává a pro řízení výkonového měniče generuje vhodné (typicky impulzní) průběhy.Řízení elektrického pohonu pomocí ŘP má velké výhody, ale i určité nevýhody. Stručný pohled na vlastnosti obou možných řešení (počítač vs. analogové řízení) shrnuje následující seznam.Digitální versus analogové řízení elektrických pohonůDigitální řízení – výhody:– možná realizace složitých regulačních al-goritmů (adaptivní regulace), programové řešení,– dlouhodobá stabilita parametrů a vysoká přesnost – nezávisí na teplotě a stárnutí součástek (to se ovšem týká jen digitálních částí, nikoliv analogových bloků řídicího počítače),– změna (úprava) algoritmu řízení jen změ-nou softwaru (SW), hardware (HW) se ne-mění (aktualizace, vylepšení vlastností, od-stranění závad z vývoje beze změny HW),– snadné komunikační připojení k dalším blokům distribuovaného řídicího systému z více počítačů,– snadnější nastavení parametrů sériových výrobků (odladěný program pracuje v jed-notlivých kusech regulátoru vždy stejně, je-li HW v pořádku),– snadné připojení k zařízením pro komuni-kaci s lidskou obsluhou (ovládací a zobra-zovací panely, vizualizace),– snadné připojení ke globálním počítačo-vým sítím (internet),– možnosti vzdálené diagnostiky, úpravy parametrů a přenosu dat (prostřednictvím internetu nebo rádiových digitálních sítí – mobilní telefonní systémy),– možnosti upravovat vlastnosti změnou softwaru i po dodání zákazníkovi,– rychle se rozšiřující možnost (cenová i funkční) realizovat digitální regulaci v HW hradlových polí FPGA pomocí programovacích jazyků HDL (Hardware Description Language) – velká rychlost FPGA a možnost uživatelsky doplnit ne-zbytné digitální bloky,– nižší cena výrobku.Digitální řízení – nevýhody:– pro vývoj digitálních řídicích systémů jsou nutné další znalosti pracovníků (mimo zna-losti z oblasti řídicí techniky), tj. návrh HW řídicích počítačů, digitální zpracování signálů, programování pro řízení v re-álném čase a metodika ladění programů,– pro vývoj digitálních řídicích systémů nutné vhodné přístro-jové a softwarové vybavení (překladače a debugery, simu-látory kódu a HW a emuláto-ry, logické analyzátory, run-time monitory apod.),– pohled do činnosti řídicího počítače je velmi málo ná-zorný (ve srovnání s pohle-dem na osciloskop s analo-govým signálem),– dynamické vlastnosti řídicího algoritmu závisejí na vzorko-vací periodě T (viz dále); s je-jím zmenšováním se dynamic-ké vlastnosti lepší (více se blíží analogovému řešení), ale rych-le rostou požadavky na výpo-četní vlastnosti počítače a ve-likost jeho datové paměti; to vedlo až k založení speciální třídy počítačů – tzv. signálo-vých procesorů (DSP – Digi-tal Signal Processor); v těch-to počítačích jsou doplněny vlastnosti typicky používané v digitální regulační technice.Ing. Jiří Zděnek, CSc., Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze Obr. 3. Vzorkovaný signál Obr. 1. Řídicí počítač elektrického pohonu software (hlavní část počítače)řídicí počítačelektrický pohon výkonový měničUDC nadřazený systém (počítač//člověk)měření veličin motor Obr. 2. Analogový signál t (s) x (t)16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 k (1) x (t)16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 vzorky označené pořadovým číslem k, skutečný čas t = kT