1、一56一 仪表技术 2006年第1期性和完整性。我国地域广阔，气候条件差异大，同样的控制软件并不具有通用性，因此，需要通过大量的应用和改进，才能更加完善、实用。参考文献：1韩世栋蔬菜冬暖型日光温室建造和高效栽培技术M北京：中国农业出版社，1996，112李天来日光温室和大棚蔬菜栽培M北京：中国农业出版社，1997，53曹柏荣单片机原理及其应用技术M北京：原子能出版社，2003，94陈友节能温室大棚建造与管理M北京：中国农业出版社，1998，105杜尚丰中国温室环境控制硬件系统研究进展J农业工程学报，2004，1(郁红编发)矢量控制中电流采样值的定点Q格式处理徐 凯(重庆交通学院计算机与信息学院
2、，重庆400074)摘要：分析定点DSP在感应电机矢量控制中的Q格式处理问题。以矢量控制中的电流采样值的处理为例，分析了其标幺值的Q12格式表示方案。最后，给出了电流采样值定点运算的具体编程实现方法。关键词：DSP；电流采样值；Q12格式；软件实现中图分类号：TP2742 文献标识码：B 文章编号：10062394(2006)01005602Fixed-point DSPS Q Format Process to Current SamplingData in Motor Vector Control SystemXU Kai(College of ComputerInformation，Ch
3、ongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)Abstract：The problem of fixedpoint DSPS Q format process in induction motor vector control system was studiedAn example ofprocess to current sampling data was presented to analyze the Q 1 2 format of per unitAt last，the programming of current sampli
4、ng data processing with DSP was providedKey words：DSP；current sampling data；Q12 format；realization with software1 Q格式简介定点DSP芯片的操作数采用整数表示，一个整数的最大表示范围取决于DSP芯片所给定的字长。其中，TMS320LF2407就是低电压的16位字定点芯片。DSP芯片的数是以2的补码来表示。16位数用最高位表示数的正、负(0为正，1为负)，余下的15位表示数值的大小。对DSP芯片而言，它本身是没有能力处理各种小数的，这就要由程序员来确定小数点处于16位中的哪一位，这就
5、是数的定标。通过设定小数点在16位中的不同位置，就可以表示不同大小和不同精度的小数。数的定标通常采用的是Q表示法，即Q。其中，X表示小数的位数，15-x表示整数的位数，还有一位是符号位。如图1所示，当假定小数点(图中的实心圆点)位于第0位的右侧时，为Q。；当小数点定位于第15位的右侧时，为Q表1列出了16位数的Q表示和它们所能表示十进制数的范围。15 14 13 12 ll lO 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Qo15 14 13 12 1l 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Q1s口工工工工皿图1 Q。和Q。，表示法图示表1 定标表示法及其数值范围Q表示 十进制数值范围 Q
6、表示 十进制数值范围Q15 一1，09999695 Q7 一256，2559921875Q14 一2，19999390 Q6 一512，5119804375Qi3 一4，39998779 Q5 一1024，102396875Q12 一8，79997559 Q4 一2048，20479375Q11 一16，159995117 Q3 一4096，4095875Q10 一32，319990234 Q2 一8192，819175Q9 一64，639980469 Q a 一16384，163835Q8 一128，1279960938 QO 一3276832767收稿日期：200508作者简介：徐凯(19
7、70一)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：自动化测量与控制。 万方数据2006年第1期 仪表技术由表可知，同样一个16位数，若小数点的设定位置不同，其表示的数也不同。Q越大，数值范围越小，但精度越高；相反，Q越小，数值范围越大，但精度越低。因此，对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾。一个变量要想表示较大的数值范围，必须以牺牲精度为代价；而要想提高精度，所表示的数值范围就相应地减小。2 三相电流检测硬件原理图当逆变器去驱动一个三相感应电动机时，可以只测量两相定子电流，a、，。，而，。相电流可通过计算得到，。=一(，。+，。)。实际的测量电路如图2所示。图中，三相绕组中的f。，。两相在接地端
8、有采样电阻，这两个采样电阻的分压被运算放大器放大到0+33V。然后，这两组信号被分别送到DSP的ADC模块的ADCIN0和ADCINl两个通道，在每个PWM周期都被转换成数字量。应注意到，采样时刻只能在逆变器下半周工作时进行。当上半周工作，下半周关断时，由于采样电流为零，将得不到电流采样值。J2_1图2三相绕组相电流检测示意图3 电流采样值的Q12格式处理和软件实现31 电流的标幺值及其Q12格式的选取一个数的标幺值等于它的实际值与其额定值之比。例如，电流的标幺值可表示为，。=II。这样，当；在一f。+f。范围内变化时，fPu只在一1+1范围内变化。本文采用了标量化的电机模型，为使用方便，对电
9、流和电压不用额定值作为基值，而采用其最大值作为基值。设电机额定电流、额定电压和额定角转速为，。、u。、。，则其各变量标幺值的归一化公式如下：i=I4Yl。，u=u2U。，=实际角速度。对于电流采样值的定标，首先必须考虑电流采样值的范围。考虑到电机在过渡过程中电流量有可能会超过最大值几倍，在这里以8倍作为裕量。对照表1，我们可以采用Q12格式，其分辨率为1212=000024414。这样，既能满足高精度的要求，又能满足宽范围的要求。32 电流采样值的处理对AD转换后的结果需要进行处理，它要达到以下两个目的：一是将结果用标幺值来表示，二是将此标幺值转化为Q12格式。电流传感器测得的电流i。、i。经
10、AD转换后得到的是10位二进制数字量，2”=1024。在实际使用中，电流有正、负之分，为了能正确地表示电流的正、负值，需要对10位二进制数字量进行平移，即减去512。假设电流额定值是5A，则电流最大值为707A，以此作为基值。采样到的电流最大值为15A，这样，AD转换的10位二进制值tbinary512就代表+15A，一512代表一15A。我们在程序计算中使用的不是AD转换的10位二进制值，而是采样电流标幺值的Q12格式，它为：i012=(15A707A)木2”=8690那么，转换系数：k。：i012ibi=8690512=1697由于转换系数k。的值太小，会使产生的误差偏大。为提高运算精度，
11、将k。事先乘以28，则转换系数kcurrent变为4344。此转换系数与AD转换的10位二进制值的乘积是Q20格式，存放在32位的乘积寄存器(PREG)中，不会发生溢出现象。然后通过移位的方式，实现Q12格式的转换。因此，采样中的任意电流都可以通过下面的公式求得其标幺值的Q12格式，即：iQ】2=ktib。y33 DSP的软件实现下面是用定点DSP实现电流采样值的Q12格式处理程序。该程序的处理过程如下：先启动AD转换，并对10位二进制数字量进行平移处理，再分别将电流，。、，。转换成为Q12格式，最后可求出t值。LDP #0ElH ：定位到要访问的数据存储区SPLK#2000H，ADCTRL2
12、 ；启动AD转换，。：ADCIN0，b：ADCINlCONV BIT ADCTRL2，3 ；将忙状态位复制到TCBCND CONV，TC ；等待LACC RESULT0，10 ；10位二进制数字量装到累加器高位LDP f0 ；定位到要访问的数据存储区SACH Ia；类似地，可得到，b的10位二进制数字量，此处省略以下将，8、，b转换成Q12格式，并求出，。值，。转换成Q12格式屏蔽高位向下平移，产生正负电流值；转换系数，Q8格式(下转第62页)m坨邶帅叫柏h蚓蚓仉瓤PdDB叫Y肼呲舢呲“万方数据一62一 仪表技术 2006年第1期1和加数2)支持直接寻址方式，从而提供了和其他模块接口的途径。完
13、成子功能模块的设计后，让用户根据实际需求将若干子功能模块组合成应用的程序，以实现调节器的运算和控制功能，这是主监控程序应完成的任务。这里用户通过填写主监控程序提供的4张用户设置表格来实现调节器的编程，这4张表格包括：输入输出数据处理表(指明对输入输出数据的处理方式，如需不需要数字滤波等)、可变参数表(确定运算处理中使用的参数的数值)、PID参数设定表(设定PID运算的类型和控制的参数等)和程序流程表(指定需要的子功能模块的执行顺序并给定它们的输入、输出参数)。表格的填写可在PC机提供的程序(用VB编写)上进行，填写完毕后通过RS232接口将表格数据下传到C8051F005中。这样，主监控程序在
14、执行时就根据各个表格的数据来初始化各子功能模块的参数值和控制程序的流程，从而实现可编程功能。主监控程序的部分流程图如图6。主程序主要工作就是按用户设置的顺序执行各个子模块程序。当检查到执行完一个周期用户程序后即忍大于矾时(昆为执行过的模块程序的个数，m为要执行的模块程序的个数)，就进入下一周期并将n置1重新执行用户选择的模块程序。这种实现调节器可编程功能的方法的缺点就是需要大量的非易失性数据存储器和RAM来存储各种数据表格和特征参数，但是C8051F005片内32KB的FLASH存储器(可直接通过用MOVXMOVC指令实现写读操作)和2KB的RAM就很好解决了这一问题。4 结束语以C8051F
15、005为核心设计的可编程数字调节器图6主执行程序流程功能强大，可靠性高，对控制对象适应能力较好，可广泛的应用于工业生产过程控制领域中，特别是在一些系统组成比较简单的中小型企业中。参考文献：1候志林，潘勇湘，等过程控制与自动化仪表M北京：机械工业出版社，20002Cygnal CorporationC8051Fxxx Users GuideZ20023杨红红，刘泽一种高性能智能调节器的研制J仪表技术与传感器，2000，(4)：18214成继勋，李涛采用ADuC824的数字调节器J自动化仪表，2003，24(10)：2831(许雪军编发)(上接第57页)PACSFLSACH Ia，7 ；J。的Q1
16、2格式： ；类似地，可得到，b的Q12格式，此处省略LACC lb ；求出，。值，I=一(，b+Is)ADD IaNEGSACL Ic程序中，Q表示法中的x值是通过输出移位器来改变的，即通过指令：sach operand shift来改变的，移位要受到扩展方式位(SXM)的影响；使用的DSP累加器是32位，为保存其中的结果，须进行移位处理。有两种处理方法：左移保留高16位或右移保留低16位。在这里，采用的是左移保留高16位的方法。4 结论本文以感应电机矢量控制中的电流值处理为例，给出其标幺值的Q12格式表示方法。这种方法的通用性较好，不仅用于对电流采样值进行处理，还可用于矢量控制中转速调节、电
17、流模型等其他环节的变量处理和计算中。该方法用在DSP的定标处理中，能够使数值范围与精度这对矛盾获得和谐的统一，并在程序的编写上更为简洁、方便。参考文献：1TMS320 Fixed-point DSP Assembly Language Tools UsersGuidezUSTexas Instruments，19972TMS320F240C24 x DSP控制器参考手册z武汉力源电子股份有限公司，20013张雄伟，曹铁勇DSP芯片的原理与开发应用(第3版)M北京：电子工业出版社，2003(许雪军编发)万方数据矢量控制中电流采样值的定点Q格式处理作者： 徐凯， XU Kai作者单位： 重庆交通学
18、院计算机与信息学院,重庆,400074刊名： 仪表技术英文刊名： INSTRUMENTATION TECHNOLOGY年，卷(期)： 2006(1)被引用次数： 2次参考文献(3条)1.TMS320 Fixed-point DSP Assembly Language Tools Users Guide 19972.TMS320F240C24DSP控制器参考手册 20013.张雄伟;曹铁勇 DSP芯片的原理与开发应用 2003本文读者也读过(2条)1. 陈在平.孟敬 一种新的定点DSP Q格式数乘法运算方法会议论文-20072. 苗永强 矢量控制系统的模块化标幺化设计方法研究学位论文2009引证文献(2条)1.陈平.曾岳南.杨志平 基于FPGA的永磁同步电机控制器设计期刊论文-电子设计工程 2009(12)2.孟志强.朱良焱.石瑜 基于标幺化模型的感应电动机矢量控制期刊论文-电力系统及其自动化学报 2010(5)本文链接：http:/
