双DSP电机控制数字平台设计
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:383
摘要：和异步机的各种控直接转矩控制目前已经应用到同步机制系统中，由于其采用bangbang控制，长控制周期将导致大电流和大的转矩脉动这两个突出问题，要使控制性能更为优越必然对控制周期提出更高的要求。提高控制平台性能是解决这些问题的有效途径之一。ti公司的2000系列dsp是电机控制领域常用芯片，针对电机控制设计的事件管理器具有突出优点。3x系列dsp则是性价比很好的通用芯片，浮点运算，数据处理速度快。为此采用双dsp系统结构，从电机控制领域特点出发，利用tms320lf2407a控制上的强大功能而专注于控制方面的工作；tms320vc33浮点运算能力强，则进行数据的分析和处理。使用双口ramcy7c025实现双机之间的高速数据交流和通信，使得不同mdsp优势充分体现，协同工作，大大提高控制平台的性能。
关键词：电机控制；直接转矩控制；双dsp；双端口ram；通信
引言
直接转矩控制[1]是目前广为研究的电机控制理论之一，已在异步机上取得了成功，而在同步机方面的应用也已有了一定发展[2]。由于该理论直接对转矩进行控制，故瞬态性能得到了显著的改善。但是，由于其采用的是bangbang控制，控制周期过长会使电流过大；同时大周期会使转矩脉动加大。为了解决这个问题可以从控制策略上加以改进，比如采用svmdtc[3]来取代传统dtc方案；也可以在控制平台上加以考虑，提高处理器速度，缩短控制周期。以单个dsp为核心的控制平台（常见的芯片如ti公司的2000系列），由于既要完成复杂的算法，还要执行数据采集、控制信号输出、系统保护以及人机交互等一系列操作，无法有效地缩短控制周期。在综合考虑了各种数字信号处理器的性能之后，决定采用双dsp并行工作的体系结构；并同时考虑到该控制系统的特点，即在每个控制周期内两个dsp之间交换的信息很少，不同于诸如图像采集系统[4]那样，需要大流量的数据交换。由此采取了一系列特殊的设计思想。首先，在芯片的选型上兼顾了各自不同的特点，即专用于电机控制领域的芯片tms320lf2407a专注于控制；高速通用数据处理芯片tms320vc33则着眼于复杂算法的实现，从而充分利用了各自的特点。其次，针对电机控制这一特定领域，需要采集的数据相对较少，同时反馈的也只是计算结果，即pwm波发送策略，并无大量中间结果，因此，需要考虑的重点是控制方法的实现，和数据采集的实现必须占用尽可能少的资源。同时由于数据量较少，可以用较小的代价来实现数据的冗余，使得数据处理时更加灵活和方便，dsp之间并不一定保持同步工作状态。为了实现两个dsp之间的数据交换和通信，选择了双口ram作为两者之间的媒介。并从硬件和软件上相互配合，避免存储空间争用[5]的同时，使得数据存储过程尽量少耗费各种资源。
1 硬件系统构成
tms320lf2407a最突出的特点在于其事件管理器模块：共有两个事件管理器eva及evb，提供了8个16位脉宽调制（pwm）通道。这些都是针对电机控制而设计的，在pwm波的产生上相当方便可靠；可编程的pwm死区控制可以防止上下桥臂同时输出触发脉冲而导致直通。同时每个模块还提供了两个外部引脚pdpinta和pdpintb，当该引脚上出现低电平时事件管理器模块将快速关闭相应的pwm通道，起到保护作用。片内模数转换模块为数据采集提供了高性能的a/d转换器，最小转换时间只有500ns。由于转换时间是整个控制周期的组成部分之一，快速a/d对于缩短控制周期是非常有利的。
tms320c3x系列dsp芯片是一种性能价格比很好的浮点处理芯片，具有很高的数据处理速度。片内部分拥有34k×32位的ram，在程序运行期间，所有的数据都位于其中，从而能够充分发挥哈佛总线结构所带来的数据吞吐量大、运算快的优点。在算法实现上，由于采用了浮点计算格式，将使计算精度得到提高；采用编程语言c会使程序编写效率大大改善，这对于需要用复杂算法实现的控制策略来说是很重要的。
双口ram的特点在于具有两组相互独立的地址线、数据线和控制线，片内包含的控制逻辑解决了三个重要的问题：处理器之间的信号关系（中断逻辑）；两个cpu正在使用同一地址时的时间关系（仲裁逻辑）和把一块存储器临时分配到某一边的硬件支持（旗语逻辑），从而保证双机之间数据、信号交流的正确进行。
仲裁逻辑（忙逻辑）每块cy7c025允许两个cpu同时读取任何存储单元（包括同时读同一地址
摘要：和异步机的各种控直接转矩控制目前已经应用到同步机制系统中，由于其采用bangbang控制，长控制周期将导致大电流和大的转矩脉动这两个突出问题，要使控制性能更为优越必然对控制周期提出更高的要求。提高控制平台性能是解决这些问题的有效途径之一。ti公司的2000系列dsp是电机控制领域常用芯片，针对电机控制设计的事件管理器具有突出优点。3x系列dsp则是性价比很好的通用芯片，浮点运算，数据处理速度快。为此采用双dsp系统结构，从电机控制领域特点出发，利用tms320lf2407a控制上的强大功能而专注于控制方面的工作；tms320vc33浮点运算能力强，则进行数据的分析和处理。使用双口ramcy7c025实现双机之间的高速数据交流和通信，使得不同mdsp优势充分体现，协同工作，大大提高控制平台的性能。
关键词：电机控制；直接转矩控制；双dsp；双端口ram；通信
引言
直接转矩控制[1]是目前广为研究的电机控制理论之一，已在异步机上取得了成功，而在同步机方面的应用也已有了一定发展[2]。由于该理论直接对转矩进行控制，故瞬态性能得到了显著的改善。但是，由于其采用的是bangbang控制，控制周期过长会使电流过大；同时大周期会使转矩脉动加大。为了解决这个问题可以从控制策略上加以改进，比如采用svmdtc[3]来取代传统dtc方案；也可以在控制平台上加以考虑，提高处理器速度，缩短控制周期。以单个dsp为核心的控制平台（常见的芯片如ti公司的2000系列），由于既要完成复杂的算法，还要执行数据采集、控制信号输出、系统保护以及人机交互等一系列操作，无法有效地缩短控制周期。在综合考虑了各种数字信号处理器的性能之后，决定采用双dsp并行工作的体系结构；并同时考虑到该控制系统的特点，即在每个控制周期内两个dsp之间交换的信息很少，不同于诸如图像采集系统[4]那样，需要大流量的数据交换。由此采取了一系列特殊的设计思想。首先，在芯片的选型上兼顾了各自不同的特点，即专用于电机控制领域的芯片tms320lf2407a专注于控制；高速通用数据处理芯片tms320vc33则着眼于复杂算法的实现，从而充分利用了各自的特点。其次，针对电机控制这一特定领域，需要采集的数据相对较少，同时反馈的也只是计算结果，即pwm波发送策略，并无大量中间结果，因此，需要考虑的重点是控制方法的实现，和数据采集的实现必须占用尽可能少的资源。同时由于数据量较少，可以用较小的代价来实现数据的冗余，使得数据处理时更加灵活和方便，dsp之间并不一定保持同步工作状态。为了实现两个dsp之间的数据交换和通信，选择了双口ram作为两者之间的媒介。并从硬件和软件上相互配合，避免存储空间争用[5]的同时，使得数据存储过程尽量少耗费各种资源。
1 硬件系统构成
tms320lf2407a最突出的特点在于其事件管理器模块：共有两个事件管理器eva及evb，提供了8个16位脉宽调制（pwm）通道。这些都是针对电机控制而设计的，在pwm波的产生上相当方便可靠；可编程的pwm死区控制可以防止上下桥臂同时输出触发脉冲而导致直通。同时每个模块还提供了两个外部引脚pdpinta和pdpintb，当该引脚上出现低电平时事件管理器模块将快速关闭相应的pwm通道，起到保护作用。片内模数转换模块为数据采集提供了高性能的a/d转换器，最小转换时间只有500ns。由于转换时间是整个控制周期的组成部分之一，快速a/d对于缩短控制周期是非常有利的。
tms320c3x系列dsp芯片是一种性能价格比很好的浮点处理芯片，具有很高的数据处理速度。片内部分拥有34k×32位的ram，在程序运行期间，所有的数据都位于其中，从而能够充分发挥哈佛总线结构所带来的数据吞吐量大、运算快的优点。在算法实现上，由于采用了浮点计算格式，将使计算精度得到提高；采用编程语言c会使程序编写效率大大改善，这对于需要用复杂算法实现的控制策略来说是很重要的。
双口ram的特点在于具有两组相互独立的地址线、数据线和控制线，片内包含的控制逻辑解决了三个重要的问题：处理器之间的信号关系（中断逻辑）；两个cpu正在使用同一地址时的时间关系（仲裁逻辑）和把一块存储器临时分配到某一边的硬件支持（旗语逻辑），从而保证双机之间数据、信号交流的正确进行。
仲裁逻辑（忙逻辑）每块cy7c025允许两个cpu同时读取任何存储单元（包括同时读同一地址
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