Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и перспективы развития систем управления трансмиссиями тяжёлых транспортных машин 8
1.1. Современное направление развития тяжёлых транспортных машин 8
1.2 Трансмиссии тяжёлых транспортных машин 11
1.3 Управление электрогидравлическими системами тяжёлых транспортных машин. 23
2. Построение модели системы управления бустером КПП 43
2.1. Выбор физической модели электрогидравлической системы управления бустером планетарной КПП 43
2.2. Математическая модель системы управления бустером КПП .51
3 Математическое моделирование процесса управления трансмиссией 65
3.1 Анализ процессов в системе управления давлением в бустере КПП 65
3.2 Синтез закона управления давлеггаем в бустере путем решения обратной задачи . 74
4. Аппаратная и программная реализация микропроцессорных систем управления трансмиссией транспортных машин 95
4.1. Аппаратные средства микропроцессорных систем управления тяжёлых транспортных машин 95
4.2. Особенности формирования ШИМ сигналов в микропроцессорных системах управления 102
4.3. Отладочные и диагностические средства микропроцессорных систем тяжёлых транспортных машин 111
4.4. Программное обеспечение микропроцессорных систем управления трансмиссией тяжёлых транспортных машин 116
4.5. Экспериментальные исследования и опытно-промышленная эксплуатация микропроцессорных систем управления трансмиссией тяжёлых транспортных машин 123
Заключение 129
Литература
- Трансмиссии тяжёлых транспортных машин
- Математическая модель системы управления бустером КПП
- Синтез закона управления давлеггаем в бустере путем решения обратной задачи
- Особенности формирования ШИМ сигналов в микропроцессорных системах управления
Введение к работе
При выполнении больших объемов однородной работы наиболее эффективны крупные агрегаты. С увеличением мощности единичной машины снижаются вес основные затратные показатели на единицу полезной работы - материалоемкость, энергозатраты, стоимость производства и эксплуатации и т.д. Поэтому одним из проявлений технического прогресса можно считать создание все более крупных машин.
Для тяжёлых и специальных транспортных машин увеличение их вместимости и грузоподъёмности приводит к усложнению и удорожанию их конструкции, что предъявляет особые требования к их надёжности и сроку службы, так как выход из строя такой машины будет являться тяжёлой экономической потерей для организации, эксплуатирующей эту машину.
Для выполнения возрастающих требований надёжности требуется обеспечить такие режимы работы узлов и систем, при которых износ минимален, например, в трансмиссии необходимо обеспечить плавное безударное включение передач, для чего необходимо выполнять сложные законы управления и точную настройку систем управления. Это требует использования сложных систем для управления и диагностики транспортных средств и делает актуальной проблему разработки методов моделирования процессов происходящих в системах транспортных машин, разработки по результатам моделирования законов управления и их программной и аппаратной реализации.
Появление цифровой вычислительной техники позволило решать с высокой точностью любые формализованные задачи. Применение в вычислительной технике систем связи с внешними устройствами сделало возможным создание систем управления и диагностики любой сложности.
Разработкой систем управления трансмиссиями занимаются конструкторские бюро заводов, выпускающих транспортные машины, и специализированные институты. Особое место занимает Научный автотракторный институт (НАТИ), в котором
глубоко разрабатывались вопросы, связанные с теорией, конструкцией и управлением трансмиссиями тракторов и других транспортных машин.
Вопросы моделирования процессов в системах управления гидромеханическими трансмиссиями рассматривались в работах Д.Н. Попова [71, 72], В.П. Тарасика [82, 83], Т.М. Баллы [8, 9], П.П. Горбунова [21, 24, 25], Л.Н. Крымского [41, 43], К.Я. Львовского [50, 86], В.Э. Малаховского [43, 52], В.Ф. Платонова [58, 67, 68], В.Н. Прокофьева [30, 74], Ф.А. Черпака [89,90,91] и других авторов.
В настоящее время в отечественных тяжёлых транспортных машинах преимущественно применяются системы управления трансмиссиями, основанные на механических приводах и гидравлических средствах обеспечения плавности включения. В зарубежной технике начинают широко применяться микропроцессорные системы управления трансмиссиями, что обеспечивает им большие сроки службы и более высокую надёжность. Поэтому разработка методов построения микропроцессорных систем управления тяжёлыми транспортными машинами остается актуальной научной и технической задачей.
Цель работы.
Разработка методов построения алгоритмов управления трансмиссией тяжёлой транспортной машины, обеспечивающих плавность, безударность работы трансмиссии и их реализация с использованием микропроцессорных устройств.
В соответствии с этим в работе решаются следующие задачи:
анализ различных видов трансмиссий тяжелых транспортных машин, устройств управления и выбор физической модели;
построение математической модели и моделирование работы электрогидравлической системы управления бустером трансмиссии транспортной машины;
синтез закона управления на основе решения обратной задачи, обеспечивающего плавное и безударное включение бустера фрикционной муфты трансмиссии;
разработка аппаратного и программного обеспечения для микропроцессорной системы управления и диагностики тяжёлой транспортной машиной;
разработка экономичного алгоритма программного формирования сигнала ШИМ.
проведение стендовых и эксплуатационных испытаний разработанных систем управления и их компонентов.
Методы исследования.
Для решения поставленных в работе задач использовались аналитические и численные методы моделирования дішамических систем, теоретической механики, аэрогидродинамики, методы программирования.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем.
Разработана физическая модель системы электрогидравлической системы управления, отображающая наиболее существенные факторы;
Разработана удобная для практического применения математическая модель электрогидравлической системы управления бустерами трансмиссии;
Предложен метод синтеза алгоритма программного управления бустером трансмиссии на основе решения обратной задачи.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
Разработан закон управления бустерами коробки перемены передач тяжёлой транспортной машины, обеспечивающий безударное включение.
Даны рекомендации для проектирования электрогидравлических и электронных устройств систем управления трансмиссией тяжёлой транспортной машины;
Разработан экономичный алгоритм программного формирования ШИМ сигналов.
Разработано программное обеспечение для микроконтроллеров систем управления тяжёлых транспортных машин.
Разработаны, испытаны и переданы в опытно-промьнпленную эксплуатацию системы управления трансмиссиями тяжёлых транспортных машин.
Апробация работы.
Результаты работы использованы при разработке систем управления для машин, выпускаемых ОАО «Промтрактор» (г. Чебоксары): колесный погрузчик ПК-60.01Я, бульдозеры-рыхлители Т-40.01ЯБР, Т-40.01КБР, Т-11.01Я1БР-1, а так же диагностической системы бульдозера-рыхлителя Т-11.01Я1БР-1. Все машины в настоящее время проходят эксплуатационные испытания.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 17-ой международной научной конфереіщии «Математические методы в технике и технологиях» (Кострома, 2004), на 19-ой международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006), на 14-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика-2007» (Зеленоград, 2007).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ и получено 2 патента.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений. Содержит 138 страниц основного текста, 87 рисунков, список использованной литературы из 103 наименований и два приложения.
В первой главе рассматриваются современные тенденции в разработке тяжёлых транспортных машин, главная из которых - увеличение экономической эффективности их использования за счёт увеличения грузоподъёмности и массы единичной машины. С ростом мощности и массы отдельных транспортных машин возрас-
тают требования к надёжности и сроку службы каждой машин, особенно самого нагруженного агрегата - трансмиссии. Рассмотрены основные типы и способы управления трансмиссиями тяжёлых транспортных машин. Для повышения надёжности и срока службы самого распространенного вида трансмиссий - гидродинамической с планетарной коробкой передач требуется обеспечить плавное безударное включение бустеров КПП. Наилучшими возможностями для решения этой задачи обладает электрогидравлическая система на основе микропроцессора, для которой требуется разработать алгоритмы управления, гарантирующие плавное безударное включение бустеров.
Во второй главе дается обоснование и построение физической модели электрогидравлической системы управления трансмиссией, возможные допущения и приёмы моделирования, использующие, в том числе, и современную вычислительную технику.
В третьей главе рассматривается задача математического моделирования процесса управления гидромеханической трансмиссией тяжёлой транспортной машины, и путём решения обратной задачи определяется вид закона управления, обеспечивающего плавное безударное включение бустера КПП.
Разработанная модель электрогидравлической системы управления включения бустера позволяет исследовать влияние самых разнообразных факторов на процессы, происходящие в системе.
В четвёртой главе рассматриваются вопросы программной и аппаратной реализации микропроцессорной системы управления трансмиссией тяжёлой транспортной машиной, использующей закон управления, предложенный в третьей главе,
Для повышения эффективности использования ресурсов микроконтроллера в системе управления предлагается новый экономичный алгоритм формирования сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
В процессе апробации результатов работы были выполнены стендовые испытания компонентов систем управления, заводские испытания машин с установленными системами, после чего все машины переданы в опытно-промышленную эксплуатацию.
Трансмиссии тяжёлых транспортных машин
Трансмиссия транспортной машины преобразует мощность двигателя в тяговое усилие на колёсах или гусеницах [76].
Трансмиссии машин классифицируются по типу передач, с помощью которых происходит изменение передаточного числа [3]. Существуют следующие виды трансмиссий транспортных машин: механические; гидромеханические; электромеханические; гидрообъёмные. Рассмотрим основные особенности различных типов передач. Механические трансмиссии отличает простота конструкции, надёжность, высокий КПД, низкая стоимость. Масса этих трансмиссий значительно ниже, чем у других типов передач [7,42].
Существенные недостатки механических трансмиссий: ступенчатое регулирование передаточного числа; разрыв силового потока и ударные нагрузки при переключениях передач; трудность управления; сложность компоновки на многоприводных машинах.
Для выключения нагрузки при пуске двигателя или при переключении передач необходимо в состав трансмиссии включить механизм сцепления (рисунок 3, позиция 1), который также должен обеспечить плавное включения двигателя в работу после пуска.
Для устойчивой и экономичной работы число оборотов двигателя должно поддерживаться в узком диапазоне, что требует увеличения количества ступеней передачи трансмиссии (современные трактора сельскохозяйственного назначения имеют до 12-ти ступеней коробки передач), что существенно усложняет их конструкцию. Попытки создания бесступенчатой механической трансмиссии к успеху не привели, все созданные образцы предназначены для малых мощностей, крайне сложны и имеют низкий КПД и малый ресурс [12].
Механические передачи имеют существенные недостатки, по, тем не менее, перечисленные выше положительные качества механических трансмиссий обуславливают их повсеместное применение на современных машинах [60].
В основном трансмиссии базовых тракторов землеройно-транспортных машин (бульдозеров, автогрейдеров, скреперов) выполняются механическими, гидромеханическими и электрическими. В последнее время интенсивно разрабатываются гидрообъемные трансмиссии.
К базовым машинам с механической трансмиссией, которые агрегатируются с бульдозерами, автогрейдерами и скреперами, в основном относятся гусеничные тракторы Т-74, ДТ-75, ТП-4, Т-4А, Т-100М, Т-130, Т-180, Т-170; колесные МТЗ 50, МТЗ-80; одноосные колесные тягачи МоАЗ-6442 (тягачи МоАЗ-6442 могут быть и с гидромеханической трансмиссией) [58].
В качестве примера на рисунке 3 показана кинематическая схема трансмиссии гусеничного трактора Т-4М.
В трансмиссии трактора Т-4М содержатся все основные элементы механической трансмиссии - сцепление, сложная многоступенчатая коробка перемены передач, механизм управления поворотом.
Гидромеханические трансмиссии включают гидравлические и механические преобразователи крутящего момента. В практике автотракторостроения распространение получили гидромеханические трансмиссии с гидродинамическими трансформаторами, при этом возможно последовательное и параллельное соединение их с механической частью трансмиссии [2,32].
Гидротрансформатор - гидродинамическая система, которая позволяет согласовывать работу трансмиссии и двигателя [65], его коэффициент трансформации авіз
тематически меняется в процессе работы от 1 до 3 в зависимости от приложенной нагрузки. Возможно создание гидротрансформатора с более широким изменением передаточного числа, что позволило бы создать целиком гидродинамическую трансмиссию (без использования механической коробки передач), но КПД такого трансформатора резко падает. Поэтому широкое распространение получила гибридная гидромеханическая система, сочетающая гидротрансформатор с коэффициентом трансформации до 3 и 3 - 4 ступенчатую механическую коробку перемены передач На тракторе Т-11.01 использован гидротрансформатор и трёхступенчатая коробка передач (аналогичная механическая трансмиссия требует от 6 до 12 ступеней).
В качестве механических ступеней в гидромеханических трансмиссиях используются планетарные редукторы, ступенчатые коробки передач с переключением передач, как с разрывом, так и без разрыва потока мощности [2, 19]. Механическая часть гидромеханической трансмиссии от гидротрансформатора до движителей машины одинакова с механической трансмиссией.
Основные достоинства гидромеханических трансмиссий [33]: автоматическое и непрерывное изменение силы тяги на каждой передаче в соответствии с сопротивлением движению за счет работы гидромеханического трансформатора; меньшее число ступеней коробки перемены передач, сокращающее число переключений, что существенно облегчает работу водителя.
Вместе с тем гидродинамические передачи обладают рядом существенных недостатков: пониженным максимальным значением КПД и значительным снижением его при изменении режимов работы, что приводит к повышению расхода топлива; усложненной конструкцией трансмиссии в целом из-за введения дополнительного агрегата (гидротрансформатора); обеспечения охлаждения рабочей жидкостью и, как следствие, повышение стоимости машины [80].
Примерами машин с гидромеханической трансмиссией можно рассматривать гусеничные тракторы Т-330 (рисунок 4), Т—25.01, Т-220, Т-500; колесные тракторы К—701, К-702; одноосные колесные тягачи БелАЗ-7422 [58].
Математическая модель системы управления бустером КПП
При управлении давлеішем в бустере КПП участвуют следующие основные элементы: - Бустер (силовой гидроцилиндр), обеспечивающий усилие сжатия фрикционных дисков; - Золотниковый распределитель, регулирующий давление в бустере; - Электромагнит с сервоклапаном, управляющий золотниковым распределителем; - Система соединительных каналов.
В целом схема моделируемой системы представлена на рисунке 27.
Схема позволяет исследовать самые различные факторы, определяющие характер процессов, протекающих в системе управлением давлением при включении бустера коробки перемены передач [].
Основные параметры гидравлической системы управления давлением в бустере, от которых зависит работа системы - давление питания РО, сопротивление каналов Rk, Rb и сопротивление утечек бустера Rytb, которые остаются постоянными для каждой передачи, а также изменение проходных сечений кромок золотника fc и fn, и геометрические и гидравлические параметры золотникового распределителя Ry, Rdr, на которые можно влиять при разработке системы.
Для изучения процессов, происходящих в гидравлической системе управления давлением в бустере КПП, выбираем модель, описывающую распределение падения давлений на отдельных участках гидравлической системы при изменениях управляющих сигналов, механических перемещениях элементов системы и, соответственно, изменениях гидравлических характеристик конкретных элементов системы. В исследуемой модели не учтены явления сжимаемости жидкости, изменение теплового состояния жидкости, волновые процессы в жидкостях, явления кавитации и гидравлического удара, что не снижает эффективности использовании модели по ее основному назначению - описанию процесса управления давлением в бустере КПП при включении передачи и определению путей и методов обеспечения плавного безударного включения передачи.
В целом схема, представленная на рис. 27, и предусмотренные в ней элементы позволяют достаточно подробно исследовать с помощью моделирования процессы, происходящие при включении бустера КПП, и искать возможность решения главной задачи настоящего исследования - обеспечение плавного безударного включения ступеней КПП при управлении движением тяжелой транспортной машины.
Бустер представляет собой гидроцилиндр, создающий усилие нажатия дисков фрикционов в планетарной коробке передач. Включение бустеров обеспечивает требуемое передаточное отношение трансмиссии и направление движения.
Основные характеристики бустера, которые необходимо учитывать при построении модели: -SH - площадь поршня, - Мн - масса поршня, - LH - рабочий ход поршня, - Сн - жесткость возвратной пружины, - FaH - начальное усилие возвратной пружины, - RH - гидравлическое сопротивление подводящего канала, - Rm - гидравлическое сопротивление утечек гидроцилиндра, - F( в сила трения поршня о стенки гидроцилиндра. Входное воздействие на бустер - давление управления на входе подводящего канала Рш, создаваемое золотниковым распределителем. Выходные координаты: - Хн - перемещение поршня, - Рн - давление в полости бустера, - QR - расход в подводящем канале, - Qm - расход утечек из бустера. Основные соотношения, описывающие процессы в бустере. Уравнение движения поршня в пределах рабочего хода MH- L = SH-P,l-F0H-C„-Xll-Fin „ (7)
Соотношение (7) выполняется только при свободном движении поршня бустера, если поршень достигает ограничителя в конце или в начале хода их влияние в модели должно быть отражено и модель становится нелинейной.
Попытки смоделировать влияние ограничителя вводом в уравнение силы аналогичной по характеру упругой силе пружины, но с очень большой жесткостью показали неэффективность этого подхода. В модели возникали высокочастотные колебания из-за большой жесткости, моделирующей ограничители, что требовало большой производительности вычислительной машины и затягивало процесс моделирования.
Другим вариантом моделирования ограничителя является искусственная остановка движения поршня по достижении ограничителя, что выражается следующей системой (8):
Синтез закона управления давлеггаем в бустере путем решения обратной задачи
Зная зависимость давления управления золотником, а также коэффициент преобразования, сопротивление и индуктивность обмотки клапана управления можно найти ток и напряжение управления, необходимые для движения бустера по заданной траектории (рисунок 52). Для корректности сравнения ток управления J(t) умножен на величину сопротивления катушки электромагнита.
Присутствующие в функции U(t) высокочастотные составляющие являются следствием того, что при решении уравнения (19) использовалась функция, определённая в отдельных точках, между которыми была проведена линейная интерполяция. Это привело к резким изменениям характера функции на границах соседних линейных участков, а при определении U(t) операция дифференцирования (в формуле (21)) привела к появлению бросков напряжения и колебательности. Для устранения этих явлений можно провести сглаживание различными численными методами.
Наилучшей будет выборка из множества точек Xz(t), которые являются решением уравнения (19) опорных точек с определённым шагом и интерполяция значений между ними. Сглаживание результатов на более позднем этапе решения Py(t), J(t), U(t) не позволит проследить влияние отдельных факторов, связанных с управлением золотником.
Например, сглаживание только функции U(t) не позволит достоверно увидеть влияние индуктивности обмотки электромагнита, а сглаживание Py(t) или J(t) не позволит проследить влияние инерционности самого золотника.
На рисунке 54 приведены графики управляющего тока J(t) и напряжения U(t) для случая кубической интерполяции Эрмита с шагом 6 точек из множества Xz(t), а на рисунке 53 те же характеристики для интерполяции кубическим сплайном с шагом в 10 точек.
Как видно из рисунков, интерполяция сплайнами дает результат более удобный для анализа. Осцилляции при интерполяции Эрмита на участке от -0,05 до 0 секунд связаны с характером интерполяции и возникают на том отрезке времени, где по предварительным вычислениям резких изменений быть не может (участок перемещения золотника до начала фазы управления бустером).
Из рисунков 52, 53 и 54 видно, что в целом процесс управления бустером на фазе заполнения должен строиться следующим образом:
- В начале должен следовать импульс напряжения, вызывающий резкое нарастание тока в обмотке электромагнита, что необходимо для приведения золотника в рабочее положение.
- В следующий период времени необходимо уменьшить управляющий сигнал, чтобы не допустить ухода золотника от желаемой траектории.
- В третий период времени необходимо плавно менять управляющий сигнал, обеспечивая мягкое замыкание бустера по намеченной траектории, причём характер управляющего сигнала будет определяться заданным характером движения бустера (в данном случае экспоненциальный).
На рисунках 55 и 56 показаны варианты управляющего сигнала необходимые для обеспечения более быстрого (рисунок 55) и более медленного (рисунок 56) замыкания бустера.
При сравнении результатов видно, что при уменьшении постоянных времени ті и х2 (22) должен укорачиваться и управляющий сигнал на фазе заполнения бустера, становясь при этом больше по амплитуде. Это необходимо для ускорения движения бустера.
Первоначальный импульс при форсированном заполнении (заполнение бустера за меньшее время) должен так же уменьшаться, так как уменьшается перелом траектории золотника в момент начала движения бустера (рисунок 50 момент времени 0 секунд). При минимальном времени заполнения в начале фазы управления бустером золотник должен продвинуться гораздо дальше, чтобы обеспечить необходимый расход жидкости в бустер, поэтому большой предварительный разгон золотника на фазе приведения его в рабочее положение не требуется. Так же не требуется и резкая остановка золотника в момент начала управления бустером, поэтому уменьшается и провал напряжения, необходимый для удержания золотника на заданной траектории.
Однако при уменьшении времени заполнения увеличивается риск удара и броска давления в результате неточности в процессе управления. На рисунке 56 видно, что для точного управления золотником при малом времени заполнения требуется формировать более сложный (с большим количеством гладких участков) сигнал управления. Усложнение управления затрудняет практическую реализацию.
Траектория бустера, описанная экспонентами (22) удобна для анализа, но имеет ряд недостатков. Например, формально траектория никогда не достигнет точки Х=Хтах.
Особенности формирования ШИМ сигналов в микропроцессорных системах управления
При формировании аналоговых управляющих сигналов возникает проблема -для управления сильноточными нагрузками необходимо формировать мощный аналоговый сигнал. Дополнительные сложности возникают из-за того, что большинство выпускаемых микроконтроллеров не имеют аналоговых выходов.
Вариантом формирования управляющего сигнала является использование цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) и пропорционального усилителя, но такая система крайне сложна и имеет низкий КПД, так как для пропорционального управления требуется промежуточные режимы работы усилителя - не желательные с точки зрения энергопотребления [98].
Альтернативой ЦАП является использование сигналов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которые сейчас широко используются в цифровых системах управления. Они удобны тем, что могут вырабатываться дискретными системами и имеют только два уровня (активный - «1» и пассивный - «О»), но при этом могут без дополнительных преобразований подаваться на исполнительные устройства требующие аналогового сигнала постоянного тока, а в качестве усилителей мощности могут использоваться дискретные ключи, обеспечивающие малое рассеивание мощности на управляющих элементах схемы.
Сигналы ШИМ особенно удобны для микроконтроллеров, так как позволяют объединить в одном корпусе вычислительное устройство и устройство формирования управляющего сигнала [62].
Для формирования управляющего ШИМ сигнала в составе некоторых типов микроконтроллеров предусматриваются специальные устройства. На рисунке 69 приведён пример схемы такого устройства, использованного в семействе микроконтроллеров РІС 16 фирмы Microchip [73].
Как правило, такое устройство имеет в составе регистр длительности импульса (CCPR) и таймер с ограничением периода переполнения (TMR2).
Функционирует такое устройство следующим образом: в регистр длительности импульса записывается число. На таймер заводятся сигналы системы синхронизации и тактирования контроллера.
При работе таймера пока значение, накопленное в таймере, меньше значения записанного в регистре на выходе устройства устанавливается единица. Когда число в таймере превышает значение в регистре, на выходе устанавливается ноль. Когда число в таймере достигает значения в регистре ограничения периода, тогда таймер автоматически сбрасывается и операция начинается с начала. В такой системе скважность определяется соотношением чисел, содержащихся в регистре длительности импульса и в регистре ограничения периода. Значение регистра ограничения периода позволяет регулировать частоту импульсов.
Подобная аппаратура позволяет формировать ШИМ высокой частоты большого разрешения и практически не требует дополнительных вычислительных мощностей. Однако эта аппаратура существенно усложняет и удорожает контроллер, поэтому применяется недостаточно широко (например, в микроконтроллерах РІС 16 используется не более двух независимых формирователей ШИМ).
Для того чтобы восполнить недостаток аппаратных средств формирования ШИМ, как правило, используется следующий алгоритм программного формирования ШИМ.(рисунок 70).
Каждый период ШИМ делится на кванты, отсчитываемые одним из аппаратных таймеров, который настраивается так, чтобы генерировать прерывания через определённые промежутки времени, соответствующие длительности одного кванта сигнала ШИМ. В памяти контроллера резервируются следующие ячейки памяти: два регистра для каждого канала ШИМ, и один регистр для отсчёта периода ШИМ. Рисунок 70.
В данном алгоритме используется явление переполнения разрядной сетки. При каждом прерывании таймера значение регистра периода ШИМ уменьшается на единицу (NN0=NN0-1). Это приведёт к тому, что для восьмиразрядного процессора если исходное значение NN0 равно 0, то после вычитания получится 255, таким образом, происходит переполнение (рисунок 71). Формирование сигнала ШИМ происходит следующим образом - в момент времени, когда NN0=0 происходит запись числа из буферного регистра (N1) в регистр счётчик (NN1), после чего на каждом прерывании происходит уменьшение регистра счётчика на единицу, до тех пор, пока он не станет равен нулю, после этого уменьшение прекращается. Пока значение регистра счётчика не равно нулю на выходе (OUT1) установлена единица, когда значение приравнивается нулю, на выходе устанавливается ноль. Этот алгоритм повторяется для каждого канала ШИМ.
Для реализации этого алгоритма необходимо, чтобы контроллер имел доступ к поразрядному управлению портами ввода-вывода. Управление частотой осуществляется настройкой периода прерывания таймера. Скважность импульсов равна отношению числа, записанного в буферный регистр и максимального числа при данной разрядной сетке (для восьмиразрядного контроллера это 255).
Главным недостатком такого алгоритма является то, что на отрезке времени между двумя прерываниями таймера много времени и вычислительных возможностей тратится на обслуживание сигналов ШИМ. Это существенно ограничивает количество генерируемых сигналов ШИМ и их частоту, так как требуется резервировать большие промежутки времени, что приводит к увеличению периода ШИМ сигнала.
Рассмотренный алгоритм использовался при проектировании системы управления колёсного погрузчика ПК-60.01Я. В системе имелось 6 каналов управления, все были выполнены как ШИМ сигналы. В качестве управляющего устройства использовался контроллер PIC18F8680 с тактовой частотой 16 МГц, частота ШИМ задана была 100 Гц. Для обеспечения заданной частоты ШИМ потребовалось задать длительность кванта ШИМ - 39,22 микросекунд (627 тактов генератора или 156 командных циклов). Программа обслуживания одного канала содержала 11 операторов. Для сохранения состояния процессора и последующего его восстановления необходимо 14 операторов.
