CAN總線在基于DSP 的逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制中的應(yīng)用
加入技術(shù)交流群
擴(kuò)展幀的結(jié)構(gòu)為圖2 所示。CAN 協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中幾乎不用考慮;數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)符可以由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成,因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式,還可以使不同的節(jié)點(diǎn)接收到相同的數(shù)據(jù),這一點(diǎn)在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。
圖2 擴(kuò)展幀的結(jié)構(gòu)
總之,CAN總線由于其卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì),特別適合工業(yè)工程監(jiān)控設(shè)備的互連,因此,越來(lái)越受到工業(yè)界的重視,并已成為公認(rèn)的最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
3 基于DSP 的逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制器中的CAN通信應(yīng)用
我們以TI 公司的數(shù)字信號(hào)處理器DSP TMS320LF2407A 為核心設(shè)計(jì)制作了逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制器,采用了“基于搶占與并發(fā)的同步控制方式”,利用CAN總線在各逆變器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,傳遞各模塊的模塊號(hào)和輸出電流有效值,然后各模塊計(jì)算出單個(gè)模塊的理想輸出電流值,再根據(jù)自己的實(shí)際輸出值與理想值之間的誤差來(lái)調(diào)節(jié)模塊輸出電壓的大小,從而實(shí)現(xiàn)均流控制。我們稱(chēng)這種方法為“直接電流均流法”。
3. 1 DSP TMS320LF2407A 的CAN模塊簡(jiǎn)介
TMS320LF2407A 是德州儀器公司TI 的一種16 位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。它在芯片里集成了幾種先進(jìn)的外設(shè),包括事件管理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行外設(shè)接口、串行通信接口和CAN 控制器等,成為真正的單芯片控制器。
該DSP 中內(nèi)嵌的CAN 控制器模塊是一個(gè)完整的、完全支持CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器。它集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能,可以完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等工作。它具有6個(gè)郵箱,每個(gè)郵箱的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0～8個(gè)字節(jié)。這6個(gè)郵箱中2個(gè)為接收郵箱,2個(gè)為發(fā)送郵箱,還有2個(gè)可以配置為接收或者發(fā)送郵箱;每個(gè)接收郵箱都設(shè)有局部接收屏蔽寄存器用以控制對(duì)總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行有選擇的接收;有可編程的位定時(shí)器,用以確定數(shù)據(jù)的傳輸速率;有可編程的CAN總線喚醒功能;具有自動(dòng)回復(fù)遠(yuǎn)程請(qǐng)求的功能;當(dāng)發(fā)送出現(xiàn)錯(cuò)誤或仲裁中丟失數(shù)據(jù)的時(shí)候,CAN控制器模塊具有自動(dòng)重發(fā)的功能;此外,它還有總線錯(cuò)誤診斷功能;有可以編程配置的中斷系統(tǒng)。它的應(yīng)用也非常簡(jiǎn)單,只要在初始化時(shí)按照設(shè)計(jì)好的工作方式和工作參數(shù)設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器,然后在程序中需要發(fā)送數(shù)據(jù)地方把數(shù)據(jù)寫(xiě)到某個(gè)發(fā)送郵箱,再把發(fā)送控制位置位,即可完成數(shù)據(jù)輸出;數(shù)據(jù)輸入可以采用中斷方式實(shí)現(xiàn)。
3. 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中只畫(huà)出了一個(gè)單元的結(jié)構(gòu), 不同單元之間通過(guò)同步母線、CAN 總線和交流輸出母線連接起來(lái)。
圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
在每個(gè)單元中,逆變器輸出電流的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)線性光隔進(jìn)行光電隔離后進(jìn)入DSP,在數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)程序控制下,經(jīng)內(nèi)部的10位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,用于計(jì)算電流有效值;DSP按照控制算法輸出具有一定相位和幅值的正弦波數(shù)字量,經(jīng)過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換,變換成模擬信號(hào)送給逆變器作為SPWM調(diào)制的基準(zhǔn)信號(hào)。DSP的CAN模塊通過(guò)外接的驅(qū)動(dòng)器連到總線上,與其它單元通訊。
3. 3 軟件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖4 所示。主程序在完成初始化后就打開(kāi)中斷。在同步中斷服務(wù)程序中進(jìn)行同步處理,在數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和正弦波給定輸出(同步以后) 。當(dāng)一個(gè)周期結(jié)束以后,就計(jì)算出此周期的電流有效值,并通過(guò)CAN總線發(fā)送給其它模塊。不同單元的數(shù)據(jù)通過(guò)模塊號(hào)予以區(qū)別。然后再按照控制策略進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和均流控制,進(jìn)入下一個(gè)周期。數(shù)據(jù)采集利用定時(shí)器中斷進(jìn)行定時(shí),在每個(gè)交流電周期的256個(gè)固定點(diǎn)上對(duì)輸出電流進(jìn)行采樣,供主程序中計(jì)算有效值使用;然后根據(jù)同步是否正常確定是否輸出正弦波給定。在CAN 中斷接收服務(wù)程序中,把接收到的數(shù)據(jù)按照不同單元的模塊號(hào)存放到一張模塊數(shù)據(jù)表中的相應(yīng)位置,供主程序計(jì)算時(shí)使用。
圖4 系統(tǒng)軟件流程圖
4 結(jié) 論
我們采用“基于搶占與并發(fā)的同步控制方式”和“直接電流均流法”的控制策略,利用DSP 內(nèi)嵌的CAN 控制器模塊實(shí)現(xiàn)不同逆變器之間的數(shù)據(jù)通信,開(kāi)發(fā)制作了DSP控制器,并分別進(jìn)行了2臺(tái)和3臺(tái)單相3kVA 逆變器的并聯(lián)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明:不論是在純阻性負(fù)載或者是帶有電抗性的負(fù)載,或者是整流性負(fù)載的情況下,都可以有效地抑制環(huán)流,較好地實(shí)現(xiàn)了負(fù)載的均分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:這種方法是有效和可靠的。
評(píng)論