電機(jī)控制的DSP軟件框架

1、.電機(jī)控制的DSP軟件框架1、電機(jī)控制的知識(shí)背景2、V/F控制3、矢量控制(FOC)3.1矢量控制是獨(dú)立控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩與磁通的一種控制方法3.2直接磁場(chǎng)定向控制（FOC）是通過(guò)磁通估計(jì)或測(cè)量直接測(cè)量轉(zhuǎn)子磁通轉(zhuǎn)角的一種方法3.3間接磁場(chǎng)定向控制（FOC）是通過(guò)測(cè)量速度等間接計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通轉(zhuǎn)角的一種方法問(wèn):為什么電機(jī)數(shù)字控制對(duì)CPU運(yùn)算能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?.電機(jī)控制的DSP軟件框架芯片功能：把所有電機(jī)控制功能集成在一個(gè)芯片中成為一個(gè)控制器（1）通信協(xié)議棧（2）速度設(shè)定規(guī)劃（3）磁通估計(jì)（4）對(duì)象辨識(shí)（5）磁場(chǎng)定向控制問(wèn)：為什么工程實(shí)際中偏向采用單個(gè)CPU而不是多個(gè)CPU并行處理？.電機(jī)控制的DSP

2、軟件框架2、電機(jī)控制原理描述交流永磁同步有速度傳感器交流電機(jī)控制的復(fù)雜性：頻率可變的功率變流器、電機(jī)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性、電機(jī)參數(shù)的變化、含有諧波反饋信號(hào)的處理，龐大復(fù)雜的人機(jī)接口問(wèn)：應(yīng)該怎樣看待與處理實(shí)際電機(jī)控制的復(fù)雜性？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 電機(jī)控制的流程圖描述交流異步無(wú)速度傳感器用流程圖表示控制機(jī)理與方法 問(wèn)：流程圖的本質(zhì)是什么？.電機(jī)控制的DSP軟件框架3、DSP控制軟件模塊結(jié)構(gòu)圖3.1、控制流程圖模塊與軟件流程圖模塊的一一對(duì)應(yīng)3.2、面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)方法處理軟件復(fù)雜化的最佳方法問(wèn)：控制流程圖模塊與軟件流程圖模塊一一對(duì)應(yīng)的好處是什么？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 同步電機(jī)矢量控制軟件模

3、塊結(jié)構(gòu)圖 問(wèn)：精確劃分軟件算法模塊的好處？ .電機(jī)控制的DSP軟件框架 4、DSP軟件的層次結(jié)構(gòu)四層或五層，面向?qū)ο蟮能浖軜?gòu) 問(wèn)：層次結(jié)構(gòu)與軟件內(nèi)部解耦的關(guān)系？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 5、基本的Q-MATH 庫(kù)與虛擬浮點(diǎn)運(yùn)算 （1）TMS320C28X IQmath庫(kù)是高度優(yōu)化與高精度的算術(shù)函數(shù)庫(kù)，可以無(wú)縫地把浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)換為T(mén)MS320C28X定點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)運(yùn)算達(dá)到最快的運(yùn)算速度，以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。IQmath庫(kù)遠(yuǎn)比標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫(kù)快，同時(shí)運(yùn)算精度也有保證。 （2）基于IQmath庫(kù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用算法程序 問(wèn)：為什么實(shí)際實(shí)時(shí)應(yīng)用中偏好采用IQmath庫(kù)？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 7、DSP外

4、設(shè)的驅(qū)動(dòng)軟件庫(kù) 明確區(qū)分外設(shè)相關(guān)與無(wú)關(guān)模塊使軟件易于移植 在軟件的移植過(guò)程，需要清楚知道軟件模塊與DSP外設(shè)的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)分割與割離外設(shè)相關(guān)性，使軟件移植的風(fēng)險(xiǎn)與調(diào)試工作量最小 舉例：PWM信號(hào)調(diào)制算法與實(shí)際PWM產(chǎn)生外設(shè)分離。信號(hào)調(diào)制算法是純數(shù)學(xué)的，實(shí)現(xiàn)調(diào)制函數(shù)。它與PWM載波頻率、對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)模式、死區(qū)、預(yù)分頻等硬件特性無(wú)關(guān)。 程序舉例 問(wèn)：軟件移植性與硬件升級(jí)換代？開(kāi)發(fā)的起始點(diǎn)？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 8、電機(jī)控制算法模塊對(duì)象 重用性、兼容性、可預(yù)測(cè)性與擴(kuò)展性 （Reusability,Compatibility,Predictability and Expandability） 軟

5、件實(shí)例: 問(wèn)：什么是面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)方法？OOP？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 具體軟件對(duì)象介紹 問(wèn)：在CCS中如何實(shí)現(xiàn)OOP？ (1)空間矢量脈寬調(diào)制算法具體對(duì)象SVGEN_MF描述.電機(jī)控制的DSP軟件框架 具體軟件對(duì)象介紹 (2)全比較方式PWM驅(qū)動(dòng)對(duì)象 問(wèn)：應(yīng)該怎樣建立對(duì)象開(kāi)發(fā)文檔？具體對(duì)象FC_PWM_DRV描述(3)ADC對(duì)象.電機(jī)控制的DSP軟件框架9、DSP實(shí)時(shí)控制軟件的多任務(wù)性嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與基于中斷的實(shí)時(shí)多任務(wù)機(jī)制問(wèn)：為什么不基于DSP/BIOS開(kāi)發(fā)電機(jī)控制程序？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 10、DSP軟件的增量式開(kāi)發(fā)方法里程碑式的軟件開(kāi)發(fā)方法-微軟的秘密軟件的開(kāi)發(fā)與測(cè)

6、試是內(nèi)嵌的增量式開(kāi)發(fā)依賴(lài)于軟件的模塊化設(shè)計(jì)增量式開(kāi)發(fā)便于系統(tǒng)化測(cè)試問(wèn)：實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程是怎樣的？.電機(jī)控制的DSP軟件框架 電梯專(zhuān)用變頻器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)電梯專(zhuān)用變頻器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)用層次化觀點(diǎn)分析電梯變頻器的功能需求。軟件采用四層遞階層次結(jié)構(gòu)，即某一層只能被其上層調(diào)用，而每一層中的大模塊組是平行的，同一層模塊之間無(wú)耦合關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)軟件功能的并行擴(kuò)展。設(shè)計(jì)軟件模塊的基本準(zhǔn)則是模塊間盡可能無(wú)耦合關(guān)系。（1）DSP硬件外設(shè)管理層硬件外設(shè)管理層由于TMS320F2811的外設(shè)編程十分復(fù)雜，而且保持軟件對(duì)硬件平臺(tái)的兼容性在軟件的整個(gè)生命周期至關(guān)重要，所以DSP硬件外設(shè)管理層設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是實(shí)

7、現(xiàn)分割軟件模塊的硬件相關(guān)性，使上層軟件模塊獨(dú)立于硬件。問(wèn)：實(shí)際軟件還有哪些部分要仔細(xì)考慮，真實(shí)的電機(jī)控制軟件是怎樣的？.電機(jī)控制的DSP軟件框架（2）功能算法模塊層）功能算法模塊層功能算法模塊層分為兩大部分。第一部分：基本運(yùn)算和信號(hào)處理功能庫(kù)。針對(duì)32位的TMS320F281x系列DSP，TI公司提供了基礎(chǔ)虛擬浮點(diǎn)運(yùn)算庫(kù)（所謂虛擬浮點(diǎn)運(yùn)算本質(zhì)是32位整形數(shù)運(yùn)算，由于是整形數(shù)運(yùn)算，與DSP提供的32位乘除指令相對(duì)應(yīng)，計(jì)算速度最快。同時(shí)由于是32位運(yùn)算，表示精度高，基本達(dá)到浮點(diǎn)運(yùn)算的精度。），虛擬浮點(diǎn)運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法的基石。另外，TI公司還提供了較豐富的數(shù)字信號(hào)處理庫(kù)，如：FFT、FIR等。

8、從軟件重用性出發(fā)，沒(méi)必要重新開(kāi)發(fā)他人已經(jīng)反復(fù)優(yōu)化的信號(hào)處理模塊?？傊?，基本運(yùn)算和信號(hào)處理功能庫(kù)直接引用即可。第二部分：電機(jī)參數(shù)辨識(shí)和矢量控制模塊庫(kù)，這部分是電機(jī)控制的核心算法。從軟件開(kāi)發(fā)角度看，關(guān)鍵是怎樣設(shè)計(jì)軟件模塊以清楚表示復(fù)雜的控制策略。核心算法開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵是控制系統(tǒng)信號(hào)流程圖與軟件模塊結(jié)構(gòu)圖之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用可視化的信號(hào)流程圖是表示復(fù)雜控制策略的基本方法。圖3是同步電機(jī)有位置傳感器的控制信號(hào)流程圖。.電機(jī)控制的DSP軟件框架（3）用戶(hù)接口管理層用戶(hù)接口管理層從外表看，電梯變頻器的復(fù)雜性體現(xiàn)在繁雜的用戶(hù)接口功能上。按具體接口方式劃分有三種，分別是：數(shù)字式操作器、異步串行通信接口（RS4

9、85與RS232）、CAN總線(xiàn)功能擴(kuò)展。圖5 用戶(hù)接口管理層與功能軟件層的關(guān)系框圖按通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)層次劃分，用戶(hù)接口管理層大致分為通信子層和參數(shù)傳遞解析層。通信子層中異步串行通信采用Modbus協(xié)議，這是在PLC、變頻器中普遍采用的通信協(xié)議，保持了與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一致性。參數(shù)傳遞子層用于面向不同軟件應(yīng)用層的參數(shù)傳遞與修改，如圖5所示。在電梯控制過(guò)程中，必須能修改軟件各層中有關(guān)模塊的參數(shù)，有時(shí)候用戶(hù)對(duì)一個(gè)應(yīng)用參數(shù)的修改在軟件系統(tǒng)內(nèi)部可能涉及到許多個(gè)不同層模塊。為了確保參數(shù)修改的一致性，設(shè)立多種參數(shù)解析傳遞對(duì)象，以保證參數(shù)修改的正確性，并濾除各種非法操作和錯(cuò)誤的參數(shù)輸出。 .電機(jī)控制的DSP軟件框架設(shè)備運(yùn)行邏輯管理層設(shè)備運(yùn)行邏輯管理層電梯變頻器是一個(gè)混雜系統(tǒng)，既有連續(xù)控制，也有復(fù)雜時(shí)序邏輯控制。必須有恰當(dāng)?shù)姆椒枋鲞@種復(fù)雜系統(tǒng)，在工程實(shí)際中，不能用多輸入多輸出非線(xiàn)性系統(tǒng)的觀點(diǎn)指導(dǎo)軟件開(kāi)發(fā)，在電梯運(yùn)行過(guò)程中，有許多差異很大的工作狀況，不可能用單一控制策略涵蓋所有工況，而且實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中必須有設(shè)計(jì)完善的設(shè)備故障時(shí)的控制策略，這更增加了軟件開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。避免由于控制的復(fù)雜性導(dǎo)致軟件模塊間的相互偶合是設(shè)備運(yùn)行邏輯管理層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，為此特引入“虛擬設(shè)備（Virtual Device）”概念6，這里的設(shè)備是表示混雜對(duì)象的工具，而