基于双核DSP的励磁控制系统的制作方法

本实用新型涉及发电机的励磁控制系统，尤其涉及一种基于32位浮点型双核DSP(数字信号处理器)控制芯片作为控制处理器的发电机励磁控制系统。

背景技术：

励磁控制系统是发电机系统的重要组成部分，励磁控制系统的主要作用是保持发电机的正常运行和电力系统的稳定运行。随着大功率电力电子器件的发展，已进入微机励磁时代，目前市场上的调节控制器一般是以32单核DSP为主的控制器。为满足电力系统的稳定运行，除了需要在励磁控制系统中增加更多的保护和限制功能之外，还需要将更多的先进的励磁控制算法应用到励磁控制系统中。这一发展趋势对励磁控制系统的主控单元、人机单元、功率单元，以及各单元之间的数据传递都有着很高的要求。目前以32位DSP为核心的励磁控制系统，其在数据计算和处理的能力上都存在着很多的缺点和不足，为了提高励磁控制系统的控制性能指标和运行参数精度，研究以DSP和ARM双核DSP芯片为核心的数字励磁控制系统成为了同步发电机励磁控制系统的发展需要。

TI公司推出的DSPF28M35x系列，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位浮点DSP双核芯片。其中DSP部分采用C28x系列内核，频率高达150MHz，可以实现实时控制、传感与DSP滤波的处理、固件可编程PLM、数字电源独立多环路控制、电机控制和电源监控，并支持多操作系统。ARM部分采用Cortex-M3，频率为100MHz，其主要优势为通信和控制之间无需相互妥协，通过集成降低了系统成本，具有很强的可扩展性、可选数字运算能力和控制增强性能，而且单IDE具有双子系统调试和编程内置功能，也支持多操作系统，通信方式主要有以太网、USB、CAN、UART、SPI、I2C。DSP F28M35x适用于有大量数据处理的测控环境，例如工业自动化控制领域、电力电子技术应用领域、智能化仪表以及电机伺服控制领域等。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种数据处理精度和速度高、采样快速准确、数据通信快速、硬件设计集成度高、抗电磁干扰能力强的发电机励磁控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种基于双核DSP的励磁控制系统，其特征在于：包括具有DSP处理器和ARM处理器的双核处理器，三相同步电压检测单元、三相脉冲触发信号单元、光电隔离的脉冲输入/输出单元均与DSP处理器连接，CAN总线和光纤通信单元均与ARM处理器连接，双核处理器还连接AD及DA转换单元。

优选地，所述DSP处理器读取来自AD转换单元的本功率柜电流大小并存于RAM中，系统的控制值也存于RAM中；双核处理器通过并行总线读取存于RAM中的信息，并通过CAN总线接收其他功率柜发送的电流大小值；然后，双核处理器经过计算得到新的控制值，并通过并行总线将新的控制值送至计数器中；最后，根据三相同步信号启动计数器，发出脉冲控制功率柜的晶闸管导通达到控制电流的目的。

优选地，系统所有单元部分均集成在一个电路板上，各个部分之间没有线路进行连接。

优选地，所述CAN总线的通信速度为1M。

优选地，所述光纤通信单元的通信速率为5MHz。

优选地，所述三相同步电压检测单元包括电压匹配单元，运放隔离单元连接电压匹配单元，过零反转单元连接运放隔离单元。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：1)强大的数据处理精度和速度；2)快速准确的AD采样；3)快速的数据通信；4)硬件设计的高集成度性；5)很强的抗电磁干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于双核DSP的励磁控制系统的原理图；

图2为三相同步电压检测单元示意图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1为本实用新型提供的基于双核DSP的励磁控制系统的原理图，所述的基于双核DSP的励磁控制系统的主控芯片是由32位双核DSP负责，其它部分还有三相同步电压检测单元、三相脉冲触发信号单元、6路光电隔离的脉冲输入/输出单元、4路光电隔离的数字量输出单元、12路模数转换单元、4路数模转换输出单元、CAN总线和8路5M通信光纤，且控制系统所有电路集成在一个4层电路板上，各个部分之间没有线路进行连接。

各部分原理和功能设计如下：

(1)双核DSP为美国TI公司新推出的F28M35x系列32位浮点数DSP，主频150MHz，其中低16位地址总线和16位数据总线一起构成了DSP对外的并行总线，浮点数计算，标准C语言编程，支持Matlab与Simulink图形化编程。其中C28x内核的主要功能是完成AD、DA芯片的控制，同步电压检测，脉冲触发，以及将AD转换得到的值进行计算得到晶闸管触发的控制值；ARM Cortex-M3内核的主要功能是系统的数据的通讯，采用CAN总线和光纤通信技术，完成信息交互。

(2)AD转换回路分为两部分，各6路。其中6路进入AD公司推出的16位高精度芯片转换芯片AD7656，由DSP的C28x内核完成其控制，并将数据存于RAM中；另6路直接进入DSP中，由DSP自带的AD转换功能完成转换，精度为12位。

(3)DA芯片主要作用是送出信号用于外部测量，采用的TI公司的DAC7554芯片，精度为12位。

(4)CAN总线使用的是DSP的ARM Cortex-M3内核的功能，通信速度可达1M，抗干扰能力强。主要是用于各个励磁系统之间的数据交换和通信。

(5)光纤通信单元采用的是安捷伦公司的发送、接受器，通信速率可达5MHz。通过在ARM内自定义的一套通信协议，完成与励磁系统主控的数据通信。抗干扰性能优越。

(6)6路光电隔离数字量输入与4路数字量输出完成对外部电路状态的输入与控制。

(7)结合图2，三相同步电压检测单元包括电压匹配单元，运放隔离单元连接电压匹配单元，过零反转单元连接运放隔离单元。

本实用新型的实现原理：首先，DSP的C28x内核读取来自AD转换的本功率柜电流大小并存于RAM中；与此同时，接收来自主控的控制值，并存于RAM中；DSP通过并行总线读取存于RAM中的信息，并通过CAN总线接收其他功率柜发送的电流大小值；然后，DSP经过计算得到新的控制值，并通过并行总线将新控制值送至计数器中；最后根据三相同步信号启动计数器，发出脉冲控制功率柜的晶闸管导通达到控制电流的目的。

DSP在计算速度与精度上的优势以及ARM的强大辅助能力，使得两者可紧密合作，各自发挥特长，从而保证调节板的准确性与可靠性，是目前一种相当先进的技术。本实用新型中将32位浮点双核DSP中的C28x作为CPU，其对外的低16位地址总线和16位数据总线作为调节板的并行总线，C28x内核作为主控制部分，负责励磁控制系统的中的数据处理任务，包括了控制算法的实现，AD数据的采样和转换，数据的处理和计算分析，完成励磁控制系统的主控制策略。

在通信方面，双核DSP中的ARM内核具有通信速度为1M的CAN总线通讯，这就能够可保证了励磁控制系统各部分之间的数据通信。通过工程实际需要进行通信协议的编写，能够大大提高数据通信的速率，其性能强于RS232等一般的通信方式。

在抗电磁干扰方面，采用光纤技术与CAN通讯，光纤技术使得控制系统摆脱了传统的电信号的通信方式，消除了因控制系统内部以及外部的电磁干扰而引起的故障。另外控制系统的电路板采用的4层布线设计，元器件采用表贴元器件，进一步增强了励磁系统的抗干扰能力。

本实施例中，编程方式也极其方便灵活，采用的是Matlab的Simulink技术，所有编程均为图形化编程方式(驱动模块除外)，从而摆脱复杂繁琐的手写代码的方式，而且实现控制系统的在线编程和修改。

因采用了上述的技术方案，本实用新型具有了以下的几大优点：强大的数据计算精度和速度；快速的AD采样；超快的通信速度；多功能高集成度的硬件设计；强大的抗强电磁干扰能力。

本实用新型通过双核DSP F28M35x实现了励磁控制系统的数字化控制，在保证计算速度和精度、通信速度的基础上，还保证了励磁控制系统的稳定性，而且具有很强的抗干扰性；利用控制算法还可实现励磁控制系统的智能化控制。