三电平逆变器控制系统软件设计

1、三电平逆变器控制系统软件设计三电 平 逆变器 控 制 系统软 件设计图54 CCS3J升发界面Fig.5*I The delopineiit interface of CCS3.3本文是基于TI公司的TMS2812DSP芯片来进行实验的，因此慌软件的开发平台选择TI公司的集成较件开发环境CCS.3.3 (Code Composer Studio),它既可以脱座D$P芯片，直接在PC上模拟DSP指令集与工作机制进行调试，也可以通过仿真器连接DSP芯片，实时运行DSP芯片迸行在线编制和调试程序是TI公司专门为DSP软件工程师设计的集编译、仿真、下载为一体的DSP开发软件，包括编辑工具、I：程管理工

2、具、调试工具、实时分析工具等.另外，在CCS集成开发环痍中，既可以用C谐言编程,也可以用汇蝙语言编程或者C语占与汇编语言-混合编程，因此编号程序比较况活，并且具有很多功能强大的窗口，例如编辑窗口、反汇编窗口、寄存器显示窗口、图形显示窗口等.利用这些窗口，用户听以完成编辑源程序，设置断点、探针等，也可以实时观察相应变量的值、相应寄存器的状态以及图形昱示等功能，具体能程序开发、调试界而如图门所示,二盆弥去*亲M昌成-电“4 Fr&j J2 .；iRtl&或inElfc g?4-L：inrlfi pHL Wintl;iotLlfi p7-I14 7i5.1.2定点DSPtt数据格式本文所有程序都采用

3、C语言编写，这是由DSP芯片TMS320F2812的特点决定的“ TMS320F2812是-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”但由j 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，通常有两种地理方法；直接将变量定义为fl如型啊；对数据进专丁定标，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 行放大定的倍数变成整数，同个数据，若Q格式不同，则表示的具体数直就不同， 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

4、，那么所苒的数据就应该遵循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-个QA格式的数乘以，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，隐数是- -个QB格式的 数，那么计算结果就应该是一个Q(A-B)fe式的数，此外，我们还可以利用丁 1公司提供 的具有高精度的FMS技0C迎X Iqmath库在定点DSP匕实现精确的浮点运算=S.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、主程序和中断服务程序3部

5、分，其中初 始化程序主要是对系统配置进行的，工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能，例如本文的SVFWM脉冲的生成、AD采祥 等都是在中断服务程序中完成的5.2J初始化程序设计初始化就是在编写程序前所做的准者工作| 一般情况王，初始化主要包括对所阴的 核心控制器系统资源的初始亿和对程序中用到的变量的初如化两部分，其中，对核心控 制器系统懿源的初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 设计豹控制系统，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CP

6、U主频为150MHz,然后通过对高、低速外设时钟寄存器携行配 置,使得外设时钟频率为75MH小（2）肘看门狗的札1始化看门狗定时器是用来监视系统软叶和硬件圣行状态的， 当系统发生故障时，实现系统的复位，从而提高系统的砰靠性. 对数字量 如I的初始化。TMS320F2812DSP的数字I/O 大多数都是通用 1/0和专用功能复用引脚。本系统中将GPI0AAGPI0AS以及GPlOBO-GPieB5 I】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，方疫了实验过程.（4）对ADC模块的初始化。本控制系统一其需要果集2个量，排序器米用

7、级联工 作方式，设置转换通道数为Z选择转换通道0和,设置排序器丁作在连续的自动拌 序模式，设置转换触发信号为软件触发.（5）对事件管理器（EVA和EVB）的初始化，对事件管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都用更了，因此三要设置了 定时器1和3的计数寄存器，控制寄存器以及比较控制寄存器的值,另外还对无控制作 用又控制寄存器以及中断标志寄存器等做了相应的设置、.（6）对CPU中断的初始化.TMS32OF2832DSP的中断系统包括外设级中断、PIE 级中浙和CPU级中断，对其遇行初始&主要是设置中断标:志寄花器的情和中断使能寄 右器的值，特别注意的是

8、在完成外设级出断初始化前.应先关闭总中断，在完成外设级中 断初始化后再开放总中断。整个系统的初始化流程图如图5-2所示：图5-2系统切己化程序况程图Fig5-2 FtowchArt of system imtialLzation 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，井用Q7格式表示-载波频率为2kHz,即载波周期为500四，DSP的晶振为30MHz内部采用5倍频，故时钟频率为150MHz,高速外设时钟频率为75MHz, 因此事件管理器EY的定时器

9、周期寄存器的值为37500,程序中用到的正弦值和余弦值 都是采用查表的方式，使用卯。T弦值表，每一度给出一个正弦詹数据，放在一个数组 里然后利.用指针进有查询，正弦表都采用Q12格式，余弦值则是倒查一正弦表的方法得 到。弧度时3、皿、4”3、5由3、盐均采用Q2格式等.5.2J主程序设计主程序的1 一作首充是进行各种初始化，包括系统配置初始化、/O匚的初始化、夕卜设等，然后再在一个循玲里通过一定的姑算将频率魂算成角巍率，最后遍过Uf曲线得 出参考电医的幅值M程序的流程图如图5三所示,图5主建序流程图Fig.5-3 Flow chart of the main loop5.23中断服务程序设计中

10、断服务程序是控制系统软件设计的核心，主要完或三电平逆变器PWM脉冲信玷 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 部分的设计思踌及流程图口1- PWM脉冲信号生成子程序由前面凡章的分析可知，三电平逆变器共有】2只功率开关器件，也此需要生成12进入中断中断返回路PWM脉冲号号来驱动其涕断，井且每相桥臂上的4路PWM脉冲信号为2对打补的信号，故共需要6对互补的信号来驱动三电平逆变器正常一作，TMS32OF2812DSP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B以产生6路互补的PWM脉冲信E

11、 从而控制二电平逆变器的12只功率开关器件的开通与美断。DSP的事件管理器EVA. EVB的资源分配表如F所示七表54DSP事件管理器的资谴分配衣Tab3e.5-J Resource allocation tafcle of DSP event managerDSP资源名称对应DSP的PWM?I脚对应控瓶的功率开关HVA比较器1EVA比较器2FVA比较器3EVB比较器4EVB比较器5EVB比较器ft本控制系统的中断服务程序是利用EVA和EVB的比较堕元来完成PWM波的生成EVA的时间基准选择定时器1, EVB的时间基准遂择定时器3,其计数方式都.迷择连续增减计数方式，且中断.方式都采用定时器的

12、下溢中断.如图54 5,5所示分别为事件管理器EVB、EVA的定时器3和定时器1的下溢中断流程图*比较寄存器院也图54定时器3下溢中断流程国FigtThe underflow interrupt flowchart of fiiner 3PWM5* PWI6PWM7, PWM8PWM9, PWMJOPWM】,PWWPWM3，PWM4PWMH，PWM13清中觐标志位开美状态分配P图57 .叮知，定时器3的下溢中断程序完成了开关状态的分配以及给比较寄存器 赋值，讦关状态的分配程序是根据每一时刻输M电压矢最时序图/行编写的，将每一时刻各个开关管时应的导逋时问蹴给对应的比较寄存器，完成PWM脉泊的生成.围5-5定时器1 T盗中晰流41围F 通占，5 The under iIqw Initmipt flowchart of Tinner I白图5-3可知，定时器i下溢中断程序主要亢成f SVPWM控制中的的参肃电山火 量却角0的汁算、e角度调整、扇区N的判断、小区域n的判断以及基本矢量作用时间