基于uCOS-II的变频器结构控制系统设计.doc

基于uC/OS-II的变频器结构控制系统设计
在油田生产中为了节省电能并减小故障率,变频器得到越来越多的应用。但由于油井负载的非周期大脉动性质,从能量的流向来看,变频器有两种运行状态——电动运行和回馈制动。不同运行状态的控制变量和控制方法是不同的,这就要采用所谓的变结构控制。本应用是实现抽油电机变频驱动中的变结构控制,不同的控制结构通过任务间的切换实现。
系统控制核心采用DSP56F803,它是Motorola公司推出的16位DSP型微控制器,运算速度可达40MIPS,片内资源丰富,有强大的软件支持,是嵌入式应用的理想选择。本系统应用了其SPI、SCI、PWM、键盘中断及通用I/O口等功能模块。
1 系统设计
uC/OS-II的移植与配置
/OS-II做好了铺垫工作,、,只需购得系统源代码,然后将其考入指定的文件目录,系统的移植就完成了。/OS-II 。
系统移植成功后,需要对操作系统进行配置(裁剪),把用不到的功能去掉,以最大限度地节省存储空间。,本文只用到了多任务管理、信号量、互斥量等功能。在本应用中,uCC/OS-II内核经过剪裁后只有3KB左右,相对DSP56F803的32KB内部程序Flash只用了不到十分之一。需注意的另一个关键设置是时钟节拍中断频率OS_TICKS_PER_SEC,它是系统多任务运行所依赖的时间基准,也决定了任务重复调用的最快频率。这里缺省设为1000,要比文献[3]中的推荐值高出一个数量级。但实际应用表明,DSP56F803以其高运算速度在这个设置下是完全胜任的。
系统功能
根据油田生产的要求,系统要实现以下功能:键盘输入、参数显示、三相电流采集、直流侧电压采集、温度采集、变频指令输出以及保护等。系统对电流、电压、温度进行周期性采样,采样值经过数字信号处理,作为控制器的参数,最后由控制算法得出控制量,经PWM和D/A转换器发送给变频器,形成反馈闭环控制。系统运行过程中实时显示电流、温度等参数,并可以通过键盘对控制器进行参数在线设定。另外,高温、过流等保护功能必不可少。系统原理如图1。控制器根据直流侧电容C上电压的大小来确定以哪一种控制结构运行。当直流侧电压不超过设定值时,系统以电动状态运行。超过设定值时要以回馈制动方式运行,要求两种工作状态要互锁,切换要准确、及时。
任务的创建及变结构控制的实现
根据功能要求,本着尽量减少任务数以减轻CPU运行负担的原则,本文设计了AD采集、电动运行、回馈制动和显示四个任务。另外还设计了两个中断服务子程序:用PortA口的中断功能实现8个键盘输入,用外部中断IrqA实现短路、过流、缺相保护功能。
每个任务都有自己的名称、内存空间和优先级。不同的任务必须有不同的优先级,它们可以是0~62之间的任意值,数值越小优先级越高。优先级的设置有不同的依据,以本文为例,回馈运行任务对时间要求最苛刻,如果不能及时启动或过早结束都会对变频器造成危害,所以其优先级设为最高;AD采集任务运行最频繁,必须为其它任务提供可靠的参数,优先级设为次高;电动运行任务是常规运行状态,优先级低于AD采集任务;显示任务只实现人机交互,显示