電機控制的DSP軟件框架

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

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

3、塊結(jié)構(gòu)圖 問：精確劃分軟件算法模塊的好處？ .電機控制的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：層次結(jié)構(gòu)與軟件內(nèi)部解耦的關(guān)系？.電機控制的DSP軟件框架 5、基本的Q-MATH 庫與虛擬浮點運算 （1）TMS320C28X IQmath庫是高度優(yōu)化與高精度的算術(shù)函數(shù)庫，可以無縫地把浮點數(shù)運算轉(zhuǎn)換為TMS320C28X定點數(shù)。定點運算達到最快的運算速度，以滿足實時系統(tǒng)的要求。IQmath庫遠比標(biāo)準(zhǔn)C函數(shù)庫快，同時運算精度也有保證。 （2）基于IQmath庫開發(fā)應(yīng)用算法程序 問：為什么實際實時應(yīng)用中偏好采用IQmath庫？.電機控制的DSP軟件框架 7、DSP外

4、設(shè)的驅(qū)動軟件庫 明確區(qū)分外設(shè)相關(guān)與無關(guān)模塊使軟件易于移植 在軟件的移植過程，需要清楚知道軟件模塊與DSP外設(shè)的關(guān)聯(lián)性，通過分割與割離外設(shè)相關(guān)性，使軟件移植的風(fēng)險與調(diào)試工作量最小 舉例：PWM信號調(diào)制算法與實際PWM產(chǎn)生外設(shè)分離。信號調(diào)制算法是純數(shù)學(xué)的，實現(xiàn)調(diào)制函數(shù)。它與PWM載波頻率、對稱與非對稱模式、死區(qū)、預(yù)分頻等硬件特性無關(guān)。 程序舉例 問：軟件移植性與硬件升級換代？開發(fā)的起始點？.電機控制的DSP軟件框架 8、電機控制算法模塊對象 重用性、兼容性、可預(yù)測性與擴展性 （Reusability,Compatibility,Predictability and Expandability） 軟

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

6、試是內(nèi)嵌的增量式開發(fā)依賴于軟件的模塊化設(shè)計增量式開發(fā)便于系統(tǒng)化測試問：實際項目的開發(fā)過程是怎樣的？.電機控制的DSP軟件框架 電梯專用變頻器軟件系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)電梯專用變頻器軟件系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)用層次化觀點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，同一層模塊之間無耦合關(guān)系，從而實現(xiàn)軟件功能的并行擴展。設(shè)計軟件模塊的基本準(zhǔn)則是模塊間盡可能無耦合關(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，而且保持軟件對硬件平臺的兼容性在軟件的整個生命周期至關(guān)重要，所以DSP硬件外設(shè)管理層設(shè)計的首要任務(wù)是實

7、現(xiàn)分割軟件模塊的硬件相關(guān)性，使上層軟件模塊獨立于硬件。問：實際軟件還有哪些部分要仔細(xì)考慮，真實的電機控制軟件是怎樣的？.電機控制的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：基本運算和信號處理功能庫。針對32位的TMS320F281x系列DSP，TI公司提供了基礎(chǔ)虛擬浮點運算庫（所謂虛擬浮點運算本質(zhì)是32位整形數(shù)運算，由于是整形數(shù)運算，與DSP提供的32位乘除指令相對應(yīng)，計算速度最快。同時由于是32位運算，表示精度高，基本達到浮點運算的精度。），虛擬浮點運算是實現(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)字信號處理庫，如：FFT、FIR等。

8、從軟件重用性出發(fā)，沒必要重新開發(fā)他人已經(jīng)反復(fù)優(yōu)化的信號處理模塊?？傊?，基本運算和信號處理功能庫直接引用即可。第二部分：電機參數(shù)辨識和矢量控制模塊庫，這部分是電機控制的核心算法。從軟件開發(fā)角度看，關(guān)鍵是怎樣設(shè)計軟件模塊以清楚表示復(fù)雜的控制策略。核心算法開發(fā)的關(guān)鍵是控制系統(tǒng)信號流程圖與軟件模塊結(jié)構(gòu)圖之間的一一對應(yīng)關(guān)系。采用可視化的信號流程圖是表示復(fù)雜控制策略的基本方法。圖3是同步電機有位置傳感器的控制信號流程圖。.電機控制的DSP軟件框架（3）用戶接口管理層用戶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總線功能擴展。圖5 用戶接口管理層與功能軟件層的關(guān)系框圖按通信協(xié)議實現(xiàn)層次劃分，用戶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。在電梯控制過程中，必須能修改軟件各層中有關(guān)模塊的參數(shù)，有時候用戶對一個應(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)解析傳遞對象，以保證參數(shù)修改的正確性，并濾除各種非法操作和錯誤的參數(shù)輸出。 .電機控制的DSP軟件框架設(shè)備運行邏輯管理層設(shè)備運行邏輯管理層電梯變頻器是一個混雜系統(tǒng)，既有連續(xù)控制，也有復(fù)雜時序邏輯控制。必須有恰當(dāng)?shù)姆椒枋鲞@種復(fù)雜系統(tǒng)，在工程實際中，不能用多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的觀點指導(dǎo)軟件開發(fā)，在電梯運行過程中，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，而且實際運行過程中必須有設(shè)計完善的設(shè)備故障時的控制策略，這更增加了軟件開發(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)備運行邏輯管理層設(shè)計的關(guān)鍵，為此特引入“虛擬設(shè)備（Virtual Device）”概念6，這里的設(shè)備是表示混雜對象的工具，而