17. fejezet - Irányítási rendszerek implementálása, beágyazott rendszerek
17.1. Az implementálás alapfeladatai
Egy komplex rendszer működése során különféle feladatokat old meg:
-
Mérés, adatgyűjtés és adatfeldolgozás.
-
Detektálás.
-
Irányítás.
-
Beavatkozás.
-
Kommunikáció.
Ezek a feladatok egymással összefüggnek, általában kölcsönhatásban vannak, amit a 70 ábra illusztrál. Az alábbiakban röviden áttekintjük a legfontosabb elemek jellemzőit.
17.1.1. Mérés, érzékelés
Komplex műveletek:
-
Digitalizálás, előfeldolgozás.
-
Jelfeldolgozás: szűrések, transzformációk.
-
Detektálás: változásdetektálás, hibadetektálás.
Komplex érzékelők:
-
Bonyolult mérési feladatok: GPS - vevő.
-
Bonyolult mérési eredmény: képérzékelő, kamera.
Példaként egy jármű pozicióérzékelését mutatjuk be a 71 ábrán. A GPS vevő által szolgáltatott pozició értékek a vevő mintavételezési gyakorisága, valamint a működés során gyakra tapasztalt műhold érzékelési bizonytalanságok miatt pontatlan lehet. A pozicióértékek pontosításáért az inerciális mérőrendszer a felelős. Ez a jármű gyorsulás és szögsebesség adatai alapján az adatok rövidtávú korrekciójára képes.
17.1.2. Beavatkozás
A beavatkozás a feladat jellegével összhangban egyszerű vagy összetett beavatkozó szervek működését igényli.
Egyszerű beavatkozó szervek: Kapcsolók, relék, elektromágneses aktuátorok, elektromos motorok. Példát mutat a 72 ábra. Komplex beavatkozó szervek: szervo mechanizmusok, szabályozott beavatkozások.
Egy gépjármű fékrendszer működésén keresztül mutatjuk be a szabályozott beavatkozások működését. Egy féket illusztrál a 73 ábra. A fék nagyszámú feladat megoldásáért felelős.
Az alábbiakban felsorolunk néhány funkciót. Gépjármű fékrendszer blokksémája 74. ábrán látható.
-
ABS / EBS rendszer.
-
Jármű lassítása, megállítása.
-
Fékek egyenletes kopása.
-
Optimális abroncskopás.
-
Megbízhatóság, hibatűrés.
17.1.3. Irányítás
A tankönyvben különféle irányítási algoritmusokat és módszereket mutattunk be, így most csak egy példát adunk.
Egy ESP (Electronic Stability Program) működése során nagyszámú feladatot kell egyidőben teljesíteni. Néhány példát adunk az alábbi felsorolásban.
-
ABS / EBS rendszer.
-
Jármű lassítása, megállítása.
-
Fékek egyenletes kopása.
-
Optimális abroncskopás.
-
Megbízhatóság, hibatűrés.
A 75. ábrán az ESP egy tipikus működési módját illusztráltuk.
17.1.4. Detektálás
Egy komplex rendszer irányítási sémájában fontos szerepet töltenek be a detektálási feladatok. Ilyen feladatokat jelentenek a adott objektum, jelenség szelektív felismerése, amit minél nagyobb megbízhatósággal kell biztosítani. Néhány detektálási példa felsorolásszerűen:
-
Vizuális objektum / mozgás detektálás.
-
Hangfelismerés.
-
Rendszer működési változásainak / hibáinak detektálása.
Példaként a reaktor és primerköri hibadetektálást és diagnosztikát illusztráljuk, ld. 76 ábra. Ezekre a feladatokra a következők jellemzőek
-
Közvetlenül nem megfigyelhető jelenségek.
-
Zajos, korrelált mérések.
-
Dinamikus rendszerkomponensek.
17.1.5. Kommunikáció
Vezetékes és vezeték nélküli digitális hálózati kommunikáció során a következő feladatokat kell megoldani:
-
Optimális kódolás, adattömörítés.
-
Konfliktuskezelés.
-
Útvonalkezelés.
-
Hibajavítás.
-
Titkosítás.
Példaként egy Ethernetes, azaz 'web-alapú irányítást' mutatunk be. A megoldást a beágyazott web-szerver biztosítja szabályozóban (PLC): távoli felügyelet, adminisztráció, karbantartás. A hardveres megvalósítást és a kommunikációs sémát a 77 ábraillusztrálja.
17.2. Beágyazott járműirányító rendszer
Beágyazott rendszerek fejlesztése
-
a komponensek,
-
a fejlesztőeszközök és
-
a módszerek mindegyikét érinti.
A rendszer komponensei a mikrovezérlők és mikroszámítógépeken kívül a digitális és specifikus feladatokat ellátó digitális jelfeldolgozó processzorok A mikrovezérlők 8-16-32 bites egységek saját adat- és programmemóriával, perifériakészlettel. Architektúrájuk megvalósítása egy áramköri lapkán történik. A mikroszámítógépek 32-64 bites egységek belső ás külső memória és periféria meghajtó képességgel. A digitális jelfeldolgozó processzorok (DSPk) speciális utasításkészlettel kiegészített mikrovezérlők. A speciális feldolgozó elemek közé tartoznak a kommunikációs processzorok, hang- és képfeldolgozó processzorok.
A fejlesztőeszközök feladatai sokrétűek, úgy mint a tervezés, prototípus előállítás, mérés és tesztelés. Rendszerszintű fejlesztő eszközök közé tartoznak a rendszer specifikáló, konfiguráló eszközök, rendszerszintű teszt, validációs és verifikációs eszközök Áramkör és NYÁK tervező eszközök az elvi kapcsolási rajz szintű áramkörtervező és szimulációs, nyomtatott áramkörtervező eszközök.
A fejlesztőeszközök egyrészt alacsony szintűek, úgy mint a letöltő programok, kódszintű hibakereső programok. Másrészt a fejlesztőeszközök a magas szintű programozási nyelvek, mint a fordítók, forrásszintű debugger programok C, C++, C# compilerek, Eclipse környezet
A fenti feladatok megvalósítását jól illusztrálja a 77 ábrán látható beágyazott járműirányító rendszer. Egy ilyen bonyolult rendszerben többszibntű irányítási feladatokat kell megoldani. Az egyes szintek felsorolásszerűen a következők:
-
Járműcsoport irányítás
-
Jármű-környezet kapcsolaton alapuló irányítás
-
Járműszintű irányítás
