Kapitel 6 Entwurf des Reglers auf endliche Einstellzeit - Christian ...

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Kapitel 7
Software
7.1 Wahl der Softwareumgebung
7.1.1 Betriebssystem
Das Programm regelt in Echtzeit. Unterbrechungen durch das Betriebssystem dürfen daher
nicht vorkommen. Damit scheiden Systeme wie z.B. Windows aus, die sich nicht vollständig
kontrollieren lassen und im Hintergrund noch Prozesse laufen haben, die zwischendurch
einfach einen Interrupt auslösen. Seit einiger Zeit gibt es auch für den privaten Nutzer
Echtzeitbetriebssysteme wie LinuxRT und QXL. Nur leider erlauben diese Systeme keine
direkten Addressenzugriffe ohne einen Treiber, der für die verwendeten DA- und AD-
Wandler-Karten nicht verfügbar war. Daher wurde als System MS-DOS verwendet, das dem
Benutzer alle Freiheiten läßt und keine Prozesse im Hintergrund laufen hat, so daß immer
volle Prozessorleistung zur Verfügung steht.
7.1.2 Programmiersprache
Als Programmiersprache wurde C verwendet, da es die schnellste ist, um die Abtastzeit T
möglichst kurz wählen zu können. Als Compiler wurde der für alle Systeme frei verfügbare
Compiler GNU-C (gcc) gewählt, um eine möglichst hohe Portabilität der Software zu
ermöglichen.
7.2 Regelungsablauf
Der Regler mißt die Regelgröße x, berechnet aus ihr die Regelabweichung x d , bestimmt
daraus die Stellfunktion u und gibt diese aus.
Die softwaremäßige Umsetzung des Reglers ist in Abbildung 7.1 dargestellt. Am Anfang wird
x d0 := W 0 und der Index auf k := 0 gesetzt. Der Wert von W 0 ist beim Hellregler immer gleich
W 0 = -0.5 V. Beim Dunkelregler ist W 0 = (Abweichung des Photodetektorausgangs von 0V
vor Regelungsbeginn).
u k wird berechnet und auf das Taktsignal der Abtastzeit von T = 20 µs gewartet, die von
einem quarzgesteuerten Timer kommt. Dann werden möglichst gleichzeitig u k auf das System
gegeben und die Messung von x k+1 gestartet, da aufgrund der Totzeit T t = T ist die Regelgröße
um eine Abtastzeit zurückhängt. Durch die Ladezeit des Eingangskondensators des AD-
Wandlers von 1.5 µs ist die Gleichzeitigkeit nur ungefähr möglich. Nach 12 µs Wartezeit auf
den AD-Wandler wird der Meßwert von x k+1 aufgenommen, woraus durch