1、 本文由天蝎 gxye 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。电机控制的 DSP 软件框架1、电机控制的知识背景 2、V/F 控制 3、矢量控制(FOC) 3.1 矢量控制是独立控制交流电机转矩与磁通的一种控 制方法 3.2 直接磁场定向控制（FOC）是通过磁通估计或测 量直接测量转子磁通转角的一种方法 3.3 间接磁场定向控制（FOC）是通过测量速度等间 接计算转子磁通转角的一种方法 问:为什么电机数字控制对 CPU 运算能力提出了严峻挑 战?电机控制的 DSP 软件框架? ? 芯片功能：把所有电机控制功能集成在一个芯片中成为一个控制
2、器 （1）通信协议栈（2）速度设定规划（3）磁通估计（4）对象辨识（5）磁场定向控制 问：为什么工程实际中偏向采用单个 CPU 而不是多个 CPU 并行处理？电机控制的 DSP 软件框架2、电机控制原理描述交流永磁同步有速度传感器 ? 交流电机控制的复杂性：频率可变的功率变流器、电机复杂的动态特性、 电机参数的变化、含有谐波反馈信号的处理，庞大复杂的人机接口 ? 问：应该怎样看待与处理实际电机控制的复杂性？电机控制的 DSP 软件框架电机控制的流程图描述交流异步无速度传感器用流程 图表示控制机理与方法 ? 问：流程图的本质是什么？电机控制的 DSP 软件框架? ? ? 3、DSP 控制软件模块
3、结构图 3.1、控制流程图模块与软件流程图模块的一一对应 3.2、面向对象的软件开发方法处理软件复杂化的最佳方法 问：控制流程图模块与软件流程图模块一一对应的好处是什么？电机控制的 DSP 软件框架同步电机矢量控制软件模块结构图 ? 问：精确划分软件算法模块的好处？电机控制的 DSP 软件框架4、DSP 软件的层次结构四层或五层，面向对象的软件 架构 ? 问：层次结构与软件内部解耦的关系？电机控制的 DSP 软件框架5、基本的 Q-MATH 库与虚拟浮点运算 ? （1）TMS320C28X IQmath 库是高度优化与高精 度的算术函数库，可以无缝地把浮点数运算转换 为 TMS320C28X
4、定点数。定点运算达到最快的运 TMS320C28X 算速度，以满足实时系统的要求。IQmath 库远比 标准 C 函数库快，同时运算精度也有保证。 ? （2）基于 IQmath 库开发应用算法程序 ? 问：为什么实际实时应用中偏好采用 IQmath 库？电机控制的 DSP 软件框架7、DSP 外设的驱动软件库 ? 明确区分外设相关与无关模块使软件易于移植 ? 在软件的移植过程，需要清楚知道软件模块与 DSP 外设的 关联性，通过分割与割离外设相关性，使软件移植的风险 与调试工作量最小 ? 举例：PWM 信号调制算法与实际 PWM 产生外设分离。信 号调制算法是纯数学的，实现调制函数。它与 PW
5、M 载波 频率、对称与非对称模式、死区、预分频等硬件特性无关。 ? 程序举例 ? 问：软件移植性与硬件升级换代？开发的起始点？电机控制的 DSP 软件框架8、电机控制算法模块对象 ? 重用性、兼容性、可预测性与扩展性 ? （Reusability,Compatibility,Predictability and Expandability） ? 软件实例: ? 问：什么是面向对象的软件开发方法？OOP？电机控制的 DSP 软件框架具体软件对象介绍 ? 问：在 CCS 中如何实现 OOP？ ? (1)空间矢量脉宽调制算法具体对象 SVGEN_MF 描述电机控制的 DSP 软件框架具体软件对象介绍
6、 ? (2)全比较方式 PWM 驱动对象 ? 问：应该怎样建立对象开发文档？具体对象 FC_PWM_DRV 描述 (3)ADC 对象电机控制的 DSP 软件框架? ? 9、DSP 实时控制软件的多任务性 嵌入式实时操作系统与基于中断的实时多任务机制 问：为什么不基于 DSP/BIOS 开发电机控制程序？电机控制的 DSP 软件框架10、DSP 软件的增量式开发方法 里程碑式的软件开发方法微软的秘 密 软件的开发与测试是内嵌的 增量式开发依赖于软件的模块化设计 增量式开发便于系统化测试 问：实际项目的开发过程是怎样的？电机控制的 DSP 软件框架电梯专用变频器软件系统设计与开发用层次化观点分析电
7、梯变频器的功能需求。软件采用四层递阶层次结构， 即某一层只能被其上层调用，而每一层中的大模块组是平行的，同一层模 块之间无耦合关系，从而实现软件功能的并行扩展。设计软件模块的基本 准则是模块间尽可能无耦合关系。 （1）DSP硬件外设管理层 ） 硬件外设管理层 由于 TMS320F2811 的外设编程十分复杂，而且保持软件对硬件平台的兼容 性在软件的整个生命周期至关重要，所以 DSP 硬件外设管理层设计的首要 任务是实现分割软件模块的硬件相关性，使上层软件模块独立于硬件。 问：实际软件还有哪些部分要仔细考虑，真实的电机控制软件是怎样的？电机控制的 DSP 软件框架? ? （2）功能算法模块层 ）
8、 功能算法模块层分为两大部分。 第一部分：基本运算和信号处理功能库。针对 32 位的 TMS320F281x 系列 DSP，TI 公司提供了基础虚拟浮点运算库（所谓虚拟浮点运算本 质是 32 位整形数运算，由于是整形数运算，与 DSP 提供的 32 位乘除指 令相对应，计算速度最快。同时由于是 32 位运算，表示精度高，基本 达到浮点运算的精度。 ） ，虚拟浮点运算是实现复杂控制算法的基石。 另外，TI 公司还提供了较丰富的数字信号处理库，如：FFT、FIR 等。 从软件重用性出发，没必要重新开发他人已经反复优化的信号处理模 块。总之，基本运算和信号处理功能库直接引用即可。 ? 第二部分：电机
9、参数辨识和矢量控制模块库，这部分是电机控制 的核心算法。从软件开发角度看，关键是怎样设计软件模块以清楚表 示复杂的控制策略。核心算法开发的关键是控制系统信号流程图与软 件模块结构图之间的一一对应关系。采用可视化的信号流程图是表示 复杂控制策略的基本方法。图 3 是同步电机有位置传感器的控制信号 流程图。电机控制的 DSP 软件框架? ? ? ? ? （3）用户接口管理层 用户接口管理层 从外表看，电梯变频器的复杂性体现在繁杂的用户接口功能上。 按具体接口方式划分有三种，分别是：数字式操作器、异步串行通信接口 （RS485 与 RS232） 、CAN 总线功能扩展。 图 5 用户接口管理层与功能
10、软件层的关系框图 按通信协议实现层次划分，用户接口管理层大致分为通信子层和参数传 递解析层。通信子层中异步串行通信采用 Modbus 协议，这是在 PLC、变频器 中普遍采用的通信协议，保持了与工业标准的一致性。 参数传递子层用于面向不同软件应用层的参数传递与修改，如图 5 所示。 在电梯控制过程中，必须能修改软件各层中有关模块的参数，有时候用户对 一个应用参数的修改在软件系统内部可能涉及到许多个不同层模块。为了确 保参数修改的一致性，设立多种参数解析传递对象，以保证参数修改的正确 性，并滤除各种非法操作和错误的参数输出。电机控制的 DSP 软件框架设备运行逻辑管理层 ? 电梯变频器是一个混杂
11、系统，既有连续控制，也有复杂时序逻辑 控制。必须有恰当的方法描述这种复杂系统，在工程实际中，不能用 多输入多输出非线性系统的观点指导软件开发，在电梯运行过程中， 有许多差异很大的工作状况，不可能用单一控制策略涵盖所有工况， 而且实际运行过程中必须有设计完善的设备故障时的控制策略，这更 增加了软件开发的复杂性。避免由于控制的复杂性导致软件模块间的 相互偶合是设备运行逻辑管理层设计的关键，为此特引入“虚拟设备 （Virtual Device） ”概念6，这里的设备是表示混杂对象的工具，而 不是工业中的具体设备。每一个设备有 5 个逻辑范畴，它们是：模式、 状态、控制、故障和报警。 ? 设备运行逻辑管理层由不同虚拟设备对象构成，主要有变频器设 备、可编程逻辑设备等。变频器虚拟设备（Inverter_Device）是描述 变频器宏观运行规律的对象
