三电平逆变器控制基础系统软件设计

1、三 电平逆变器控制系统软件设计慕文是基于TI公司的TMS2812DSP芯片来进行实验的，因此苴软件的开发平台选 择TI公司的集成软件开发环境CCS.3.3 (Code Composer Studio),它既叮以脱离DSP芯 片，直接在PC上模拟DSP指令集与工作机制进行调戒，也可以通过仿真器连接DSP 芯片，实时运行DSP芯片巡行在绶编制和调试程序，是T公司专门为D5P软件工程师 设计的集编译、仿真、下裁为一体的DSP开发软件，包括编辑工具、I：程管理一具、 调试工具、实时分析工具等，另外，在CCS集成开发亦境中，既可以用C谐言编程 也可以用汇编涪有蝙程或者。语苫与汇编语言混合编程，因此编写程

2、序比较灵活，并且 具有很多功能强大的窗口，例如编辑窗口、反汇编窗口、寄存器一显示窗口、图形显示窗 口等口利用这些窗口，用户仰以完成编辑源程序，设置断点、探针等，也可以实时观察 相应变量的信、相应寄存器的状态以及图形显示等功能，具体的程序开发、调试界面如 图5-1所示.图5CCS3J开发界面Fijg.5*l The deelopinent imerface of CCS335.1.2定点DSP的数据格式本文所有程序都采用C语言编写，这是由DSP芯片TMS320F2812的特点决定的。 TMS320F2812是一种32位的定点DSP芯片，具有强大的运算功能，能够在一个指令周 期内完成乘法和加法运算

3、。但由于TMS320F2812是定点DSP,因此在程序中不能直接 处理小数，当涉及到小数时，通常有两种处理方法：(1)直接将变量定义为float型【列； (2)对数据进行定标，常用数据的定标就是数的Q格式，Q格式实质上就是将小数进 行放大一定的倍数变成整数，同一个数据，若Q格式不同，则表示的具体数值就不同， 数据的范围和精度也不同，因此，在实际应用过程中，要根据数据的范围和精度合理选 择Q格式。在编程的过程中，如果采用对数据进行Q格式定标，那么所有的数据就应该遵循Q 格式数据之间的各种运算规则，当数据间进行的运算为加减运算时，参与加减运算的所 有数据的Q格式必须要相同，并且运算结果的Q格式与运

4、算前相同；当数据间进行的 运算为乘除运算时，数据的Q格式可以不同，例如一个QA格式的数乘以一个QB格式 的数其结果为Q(A+B)格式，或者被除数是一个QA格式的数，除数是个QB格式的 数，那么计算结果就应该是一个Q(A-B)格式的数。此外，我们还可以利用TI公司症供 的具有高精度的TMS320C28x Iqmath库在定点DSP上实现精确的浮点运算。5.2控制系统的软件实现控制系统的软件实现主要包括初始化程序、主程序和中断反务程序3部分，其中初 始化程序主要是对系统配置进行的，主程序实际上是一个循环，在循环中等待中断的发 生，而中断服务程序则是实现各种功能的，例如本文的SVPWM脉冲的生成、A

5、D采样 等都是在中断服务程序中完成的。5.2.1初始化程序设计初始化就是在编写程序前所做的准备工作，一般情况下，初始化主要包括对所用的 核心控制器系统资源的初始化和对程序中用到的变量的初始化两部分，其中，对核心控 制器系统资源的切始化是将程序中用到的控制器芯片的一些模块进行初始化，对于本文 设计的控制系统，对控制器系统资源的初始化如下所示：(1)对CPU配置进行的初始化。对CPU配置的初始化主要是通过对锁相环控制 寄存器的设置，使得CPU主频为150MHz,然后通过对高、低速外设时钟寄存器进行配 置，使得外设时钟族率为75MHzo对看门狗的初始化。看门狗定时器是用来监视系统软牛和硬件运行状态的

6、， 当系统发生故障时，实现系统的复位，从而提高系统的可靠性。对数字量I/O 口的初始化。TMS320F2812DSP的数字I/O 口大多数都是通用 I/O和专用功能复用引脚。本系统中将GPIOAOGPI0A5以及GPIOBOGPI0B5 口设置 为专用功能引脚PWM输出口，其他I/O 口一律将其初始化为通用输出口，这样在实验 的过程中就可以悬空不接，方便了实验过程。对ADC模块的初始化。本控制系统一共需要采集2个量，排序器采用级联工 作方式，设置转换通道数为2,选择转换通道。和1,设置排序器工作在连续的自动排 序模式，设置转换触发信号为软件触发。对事件管理器(EVA和EVB)的初始化。对事件管

7、理器的初始化主要是设置 控制寄存器的值，在本文的程序设计中，因为EVA、EVB都用到了，因此主要设置了 定时器和3的计数寄存器、控制寄存卷以及比较控制谷存器的值，另外还对无控制作 用区控制寄存器以及中断标志寄存器等做了相应的设置。对CPU中断的初始化。TMS320F2812DSP的中断系统包括外设级中断、PIE 级中断和CPU级中断.对其进行初始化主要是设置中断标志寄存器的值和中断使能寄 存器的值，特别注意的是在完成外设级中断初始化前应先关闭总中断，在完成外设级中 断初始化后再开放总中新。整个系统的初始化流程图如图5-2所示：图5-2系统初始化程序流程图Fig.5-2 Flowchart of

8、 system initialization procedure变量初始化是对程序中用到的变量进行的初始化，本程序主要实现三电平逆变器 SVPWM控制，在本程序中，调制波频率f由外部给定，并在编程前已经将其转化成频 率调节比的形式，并用Q7格式表示.载波频率为2kllz,即载波周期为500田，DSP的 晶振为30MHz,内部采用5倍频，故时钟频率为】50MHz,高速外设时钟频率为75MHz, 因此事件管理器EV的定时器周期奇存器的值为37500,程序中用到的正弦值和余弦值 都是采用查表的方式，使用90。正弦值表，每一度给出一个正弦值数据，放在一个数组 里，然后利用指针进行查询，正弦表都采用Q1

9、2格式，余弦值则是倒查正弦表的方法得 到。弧度时3、23、冗、443、5仍、2兀均采用Q12格式等。5.2.2主程序设计主程序的工作首先是进行各种初始化，包括系统配置初始化、I/O 口的初始化、外 设等，然后再在一个循环里通过一定的运算将频率换算成角频率，最后通过Uff曲线得 出参考电压的幅值，主程序的流程图如图5.3所示：图53主卷序沃程图Fig.5-3 Flow chart of the main loop5.2.3中断服务程序设计中断服务程序是控制系统软件设计的核心，主要完成三电平逆变器PWM脉冲信号 的生成、直流侧母线电压、母线中点电压的采样以及电流极性的检测，下面具体说明各 部分的设

10、计思路及流程图。1. PWM脉冲信号生成子程序由前面几章的分析可知，三电平逆变器共有12只功率开关器件，困此需要生成12路PWM脉冲信号来胆动其通断，并且每相桥臂上的4路PWM脉冲信号为2对互补的 信号，故共需要6对互补的信号来驱动三电平逆变器正常工作，又因TMS320F2812DSP 内部包含的两个事件管理器EVA、EVB分别能够产生3路互补的PWM脉冲信号，显 然同时使用事件管理器EVA和EVB就可以产生6路互补的PWM脉冲信号，从而控制 三电平逆变器的12只功率开关器件的开通与关断。DSP的事件管理器EVA、EVB的资 源分配表如下所示：表51 DSP事件管理器的资源分表Table.5-1 Resource allocation table of DSP event managerDSP资源名称对应DSP的PWM引脚对应控制的功率开关EVA比较器1PWM1, PWM2Sa| 9 Sa3EVA比较器2PWM3, PWM4Sq, Sa4EVA比较器3PWM5, PWM6Sbl，Sb3EVB比较器4PWM7, PWM8Sb2 S*EVB比较器5PWM9, PWM10Scl，Sc3EVB比较器6PWMH, PWM 12Sc2 S3本控制系统的中断服务程序是利用EVA和EVB的比较单元来完成PWM波的生成, EVA的时