三電平逆變器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、三電平逆變器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)三電 平 逆變器 控 制 系統(tǒng)軟 件設(shè)計(jì)圖54 CCS3J升發(fā)界面Fig.5*I The delopineiit interface of CCS3.3本文是基于TI公司的TMS2812DSP芯片來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，因此慌軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇TI公司的集成較件開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS.3.3 (Code Composer Studio),它既可以脫座D$P芯片，直接在PC上模擬DSP指令集與工作機(jī)制進(jìn)行調(diào)試，也可以通過(guò)仿真器連接DSP芯片，實(shí)時(shí)運(yùn)行DSP芯片迸行在線編制和調(diào)試程序是TI公司專(zhuān)門(mén)為DSP軟件工程師設(shè)計(jì)的集編譯、仿真、下載為一體的DSP開(kāi)發(fā)軟件，包括編輯工具、I：程管理工

2、具、調(diào)試工具、實(shí)時(shí)分析工具等.另外，在CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)痍中，既可以用C諧言編程,也可以用匯蝙語(yǔ)言編程或者C語(yǔ)占與匯編語(yǔ)言-混合編程，因此編號(hào)程序比較況活，并且具有很多功能強(qiáng)大的窗口，例如編輯窗口、反匯編窗口、寄存器顯示窗口、圖形顯示窗口等.利用這些窗口，用戶聽(tīng)以完成編輯源程序，設(shè)置斷點(diǎn)、探針等，也可以實(shí)時(shí)觀察相應(yīng)變量的值、相應(yīng)寄存器的狀態(tài)以及圖形昱示等功能，具體能程序開(kāi)發(fā)、調(diào)試界而如圖門(mén)所示,二盆彌去*親M昌成-電“4 Fr&j J2 .；iRtl&或inElfc g?4-L：inrlfi pHL Wintl;iotLlfi p7-I14 7i5.1.2定點(diǎn)DSPtt數(shù)據(jù)格式本文所有程序都采用

3、C語(yǔ)言編寫(xiě)，這是由DSP芯片TMS320F2812的特點(diǎn)決定的“ TMS320F2812是-種32位的定點(diǎn)DSP芯片，具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能，能夠在一個(gè)指令周 期內(nèi)完成乘法和加法運(yùn)算”但由j TMS320F2812是定點(diǎn)DSP,因此在程序中不能直接 處理小數(shù)，當(dāng)涉及到小數(shù)時(shí)，通常有兩種地理方法；直接將變量定義為fl如型啊；對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)專(zhuān)丁定標(biāo)，常用數(shù)據(jù)的定標(biāo)就是數(shù):的Q格式,Q格式實(shí)質(zhì)上就是將小數(shù)進(jìn) 行放大定的倍數(shù)變成整數(shù)，同個(gè)數(shù)據(jù)，若Q格式不同，則表示的具體數(shù)直就不同， 數(shù)據(jù)的范圍和精度也不同，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要根據(jù)數(shù)據(jù)的范圍和精度合理選 擇Q格式在編程的過(guò)程中，如果采用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Q格式定標(biāo)

4、，那么所苒的數(shù)據(jù)就應(yīng)該遵循Q 格式數(shù)據(jù)之間的各種運(yùn)算規(guī)則，當(dāng)數(shù)據(jù)間進(jìn)行的運(yùn)算為加減運(yùn)算時(shí).參與加減運(yùn)算的所 有數(shù)據(jù)的Q格式必須要相同，并且運(yùn)算結(jié)果的Q格式與運(yùn)算前相同；當(dāng)數(shù)據(jù)間進(jìn)行的 運(yùn)算為乘除運(yùn)算時(shí),數(shù)據(jù)的Q格式可以不同例如-個(gè)QA格式的數(shù)乘以，個(gè)QB格式 的數(shù)其結(jié)果為Q(A+B)格式，或者被除數(shù)是一個(gè)QA格式的數(shù)，隱數(shù)是- -個(gè)QB格式的 數(shù)，那么計(jì)算結(jié)果就應(yīng)該是一個(gè)Q(A-B)fe式的數(shù)，此外，我們還可以利用丁 1公司提供 的具有高精度的FMS技0C迎X Iqmath庫(kù)在定點(diǎn)DSP匕實(shí)現(xiàn)精確的浮點(diǎn)運(yùn)算=S.2控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)主要包括初始化程序、主程序和中斷服務(wù)程序3部

5、分，其中初 始化程序主要是對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行的，工程序?qū)嶋H上是一個(gè)循環(huán)，在循環(huán)中等待中斷的發(fā) 生*而中斷服務(wù)程序則是實(shí)現(xiàn)各種功能能，例如本文的SVFWM脈沖的生成、AD采祥 等都是在中斷服務(wù)程序中完成的5.2J初始化程序設(shè)計(jì)初始化就是在編寫(xiě)程序前所做的準(zhǔn)者工作| 一般情況王，初始化主要包括對(duì)所陰的 核心控制器系統(tǒng)資源的初始億和對(duì)程序中用到的變量的初如化兩部分，其中，對(duì)核心控 制器系統(tǒng)懿源的初始化是將程序中用到的控制器芯片的一些模塊進(jìn)行初始化，對(duì)于本文 設(shè)計(jì)豹控制系統(tǒng)，對(duì)控制器系統(tǒng)資源的初始化如下所示；(1)對(duì)CPU配置進(jìn)行的初始化“對(duì)CPU配置的初始化主要是通過(guò)對(duì)鎖相環(huán)控制 寄存器的設(shè)置.使得CP

6、U主頻為150MHz,然后通過(guò)對(duì)高、低速外設(shè)時(shí)鐘寄存器攜行配 置,使得外設(shè)時(shí)鐘頻率為75MH?。?）肘看門(mén)狗的札1始化看門(mén)狗定時(shí)器是用來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)軟葉和硬件圣行狀態(tài)的， 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位，從而提高系統(tǒng)的砰靠性. 對(duì)數(shù)字量 如I的初始化。TMS320F2812DSP的數(shù)字I/O 大多數(shù)都是通用 1/0和專(zhuān)用功能復(fù)用引腳。本系統(tǒng)中將GPI0AAGPI0AS以及GPlOBO-GPieB5 I】設(shè)置 為專(zhuān)用功能引腳PWM輸出口，其他I/O 口一律將其初始化為通用輸出口.這樣在實(shí)驗(yàn) 的過(guò)程中就可以懸空不接，方疫了實(shí)驗(yàn)過(guò)程.（4）對(duì)ADC模塊的初始化。本控制系統(tǒng)一其需要果集2個(gè)量，排序器米用

7、級(jí)聯(lián)工 作方式，設(shè)置轉(zhuǎn)換通道數(shù)為Z選擇轉(zhuǎn)換通道0和,設(shè)置排序器丁作在連續(xù)的自動(dòng)拌 序模式，設(shè)置轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號(hào)為軟件觸發(fā).（5）對(duì)事件管理器（EVA和EVB）的初始化，對(duì)事件管理器的初始化主要是設(shè)置 控制寄存器的值.在本文的程序設(shè)計(jì)中，因?yàn)镋VA. EVB都用更了，因此三要設(shè)置了 定時(shí)器1和3的計(jì)數(shù)寄存器，控制寄存器以及比較控制寄存器的值,另外還對(duì)無(wú)控制作 用又控制寄存器以及中斷標(biāo)志寄存器等做了相應(yīng)的設(shè)置、.（6）對(duì)CPU中斷的初始化.TMS32OF2832DSP的中斷系統(tǒng)包括外設(shè)級(jí)中斷、PIE 級(jí)中浙和CPU級(jí)中斷，對(duì)其遇行初始&主要是設(shè)置中斷標(biāo):志寄花器的情和中斷使能寄 右器的值，特別注意的是

8、在完成外設(shè)級(jí)出斷初始化前.應(yīng)先關(guān)閉總中斷，在完成外設(shè)級(jí)中 斷初始化后再開(kāi)放總中斷。整個(gè)系統(tǒng)的初始化流程圖如圖5-2所示：圖5-2系統(tǒng)切己化程序況程圖Fig5-2 FtowchArt of system imtialLzation procedure變量初始化是對(duì)程序中用到的變量進(jìn)行的初始化，本程序主要實(shí)現(xiàn)三電平逆變器 SVPWM控制，在本程序中，調(diào)制波頻率f由外部給定，并在編程前已經(jīng)將其轉(zhuǎn)化成頻 率調(diào)節(jié)比的形式，井用Q7格式表示-載波頻率為2kHz,即載波周期為500四，DSP的晶振為30MHz內(nèi)部采用5倍頻，故時(shí)鐘頻率為150MHz,高速外設(shè)時(shí)鐘頻率為75MHz, 因此事件管理器EY的定時(shí)器

9、周期寄存器的值為37500,程序中用到的正弦值和余弦值 都是采用查表的方式，使用卯。T弦值表，每一度給出一個(gè)正弦詹數(shù)據(jù)，放在一個(gè)數(shù)組 里然后利.用指針進(jìn)有查詢(xún)，正弦表都采用Q12格式，余弦值則是倒查一正弦表的方法得 到?；《葧r(shí)3、皿、4”3、5由3、鹽均采用Q2格式等.5.2J主程序設(shè)計(jì)主程序的1 一作首充是進(jìn)行各種初始化，包括系統(tǒng)配置初始化、/O匚的初始化、夕卜設(shè)等，然后再在一個(gè)循玲里通過(guò)一定的姑算將頻率魂算成角巍率，最后遍過(guò)Uf曲線得 出參考電醫(yī)的幅值M程序的流程圖如圖5三所示,圖5主建序流程圖Fig.5-3 Flow chart of the main loop5.23中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)中

10、斷服務(wù)程序是控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，主要完或三電平逆變器PWM脈沖信玷 的生成、直流側(cè)母線電壓、母線中點(diǎn)電壓的采樣以及電流極性的檢測(cè)，下面具體說(shuō)明各 部分的設(shè)計(jì)思躊及流程圖口1- PWM脈沖信號(hào)生成子程序由前面凡章的分析可知，三電平逆變器共有】2只功率開(kāi)關(guān)器件，也此需要生成12進(jìn)入中斷中斷返回路PWM脈沖號(hào)號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)其涕斷，井且每相橋臂上的4路PWM脈沖信號(hào)為2對(duì)打補(bǔ)的信號(hào)，故共需要6對(duì)互補(bǔ)的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)三電平逆變器正常一作，TMS32OF2812DSP內(nèi)部包含的兩個(gè)事件管理器EVA、EVB分別能夠產(chǎn)生3路互補(bǔ)的PWM脈沖信號(hào)，顯然同時(shí)使用事件管理器EVA和EVB就B以產(chǎn)生6路互補(bǔ)的PWM脈沖信E

11、 從而控制二電平逆變器的12只功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通與美斷。DSP的事件管理器EVA. EVB的資源分配表如F所示七表54DSP事件管理器的資譴分配衣Tab3e.5-J Resource allocation tafcle of DSP event managerDSP資源名稱(chēng)對(duì)應(yīng)DSP的PWM?I腳對(duì)應(yīng)控瓶的功率開(kāi)關(guān)HVA比較器1EVA比較器2FVA比較器3EVB比較器4EVB比較器5EVB比較器ft本控制系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序是利用EVA和EVB的比較墮元來(lái)完成PWM波的生成EVA的時(shí)間基準(zhǔn)選擇定時(shí)器1, EVB的時(shí)間基準(zhǔn)遂擇定時(shí)器3,其計(jì)數(shù)方式都.迷擇連續(xù)增減計(jì)數(shù)方式，且中斷.方式都采用定時(shí)器的

12、下溢中斷.如圖54 5,5所示分別為事件管理器EVB、EVA的定時(shí)器3和定時(shí)器1的下溢中斷流程圖*比較寄存器院也圖54定時(shí)器3下溢中斷流程國(guó)FigtThe underflow interrupt flowchart of fiiner 3PWM5* PWI6PWM7, PWM8PWM9, PWMJOPWM】,PWWPWM3，PWM4PWMH，PWM13清中覲標(biāo)志位開(kāi)美狀態(tài)分配P圖57 .叮知，定時(shí)器3的下溢中斷程序完成了開(kāi)關(guān)狀態(tài)的分配以及給比較寄存器 賦值，訐關(guān)狀態(tài)的分配程序是根據(jù)每一時(shí)刻輸M電壓矢最時(shí)序圖/行編寫(xiě)的，將每一時(shí)刻各個(gè)開(kāi)關(guān)管時(shí)應(yīng)的導(dǎo)逋時(shí)問(wèn)蹴給對(duì)應(yīng)的比較寄存器，完成PWM脈泊的生成.圍5-5定時(shí)器1 T盜中晰流41圍F 通占，5 The under iIqw Initmipt flowchart of Tinner I白圖5-3可知，定時(shí)器i下溢中斷程序主要亢成f SVPWM控制中的的參肅電山火 量卻角0的汁算、e角度調(diào)整、扇區(qū)N的判斷、小區(qū)域n的判斷以及基本矢量作用時(shí)間