电子技术课程中处理器在环仿真的应用x0001

1、电子技术课程中处理器在环仿真的应用 引言 用户通过Matbb软件,采用基于模型设计的方法进行建模仿真， 来学习电力电子转换器的工作原理，进行对主回路以及控制系统的设 计。利用Matlab中Simulink工具进行模型设计,然后将设计好的 控制模型模块运用目标代码直接生成功能，转换为数字程序，再联合 CCS进行联合仿真对控制模型进行验证，最后将联合仿真验证正确的 控制算法程序下载到平台的DSP芯片中，再次验证所设计的电路及控 制算法的正确性2-3o将Metbb软件与CCS软件成功安装之后，在 Matlab/Simulink环境下搭建目标代码直接生成模型之前，需要下载 C20XX系列的硬件支持包；

2、对模型进行编译生成工程文件和烧录文件 之前，需要将Matlab软件与CCS软件进行链接，使Matlab在编译过 程中能顺利调用CCS软件，以便于生成工程文件和烧录文件4。 1离散仿真模型的搭建 在Matlab/Simulink中搭建三相半桥DC/AC的仿真模型5-6,其 中仿真模型中主电路模型如图1所示。PIL仿真模型如图2所示，其 中Controller模块是电流内环闭环控制器；RateTransition为采样频率 转换器，由于DSP芯片控制频率与Matlab仿真步长频率不一致，在 做PIL仿真时需要对仿真频率进行转换，RateTransitionl为输入侧， 设置的数值由做PIL仿真时D

3、SP芯片所需控制频率决定，若DSP控制 频率为10K,则该模块的设置值为le-4,该值的设置决定了在PIL仿 真时单位时间内DSP执行生成代码的频率;RateTransition2为输出侧, 设置的数值由模型的仿真步长决定，其设置值应与仿真步长相同；数 据转换模块Single和Double是Matlab/Simulink和DSP芯片进行数据 交换的纽带，在Simulink环境下，存储数据和计算数据一般都为 Double类型，而Matlab与DSP芯片进行通讯时，传输数据的位宽要 求不高于32位，因此从Matlab输入的数据必须由Double类型转换 成Single类型，从模块输岀到Matlab

4、的数据由Single类型转换到 Double类型，两者在进行数据交换时需要进行数据转换才能保证PIL 仿真的正常运行7-12o打开图2中的Controller模块，其搭建的控制 策略的模型如图3所示。为了实现了逆变器的控制，需要研究合适的 控制算法，图3中电流内环模型的搭建如图4所示。通过Park变换 将所测的逆变器侧电流由三相静止坐标下的交流量变为同步旋转坐 标下的直流量，再通过PI控制器构成的负反馈系统实现对Id和lq的 控制。将ld_ref的大小设置为0.7A,进行仿真，得到labc的波形如 下所示，电流幅值最终稳定在0.7A左右。如图5所示。其仿真结果 实现了对三相半桥DC/AC仿真搭

5、建的验证。 2处理器在环(PIL)仿真 所谓处理器在环(PIL)仿真，就是基于模型的设计而自动生成的C 代码，可以将其直接下载至控制板中运行。为了进一步验证基于模型 的设计而自动生成的代码的可行性，可以通过Metbb和DSP控制器 间的联合仿真进行处理器在环测试，在该测试中，除了控制器是实物, 其它均为虚拟硬件13-16,这是对系统的一种半实物仿真。利用上节 所搭建的三相半桥DC/AC的仿真模型来做处理器在环仿真，以验证所 设计的控制策略的正确性，以及处理器在环仿真的可行性。其处理器 在环仿真步骤如下：（1）将USB转TTL通讯模块与DSP板进行连接, 并在电脑设备管理器上查看通讯口为COM几

6、，并在属性中设置波特 率；（2）在Matlab命令栏中输入命令，串口号根据设备管理器中的 查看得到的串口一致；（3）配置Configuration中的Solver,其中 Fixed-stepsize的设置根据仿真步长决定；（4 ）配置 Hardwareimplementation,其中 CCSconfiguration 根据自己的配置文件 所在路径进行设置，不要使用默认选项，否则程序有可能出现下载不 成功的现象。将Groups中的Externalmode界而中参数进行配置，注 意COM串口要与步骤中查看的COM 口一致；（5）配置Verification 参数,将 Advancedpa-ram

7、eters 的 Createblock 选择为 PIL； （6）将想 要生成代码的控制算法封装成一个子系统，如图6所示，搭建的仿真 模型中的Controllero （7）右键子系统模块，点击C/C+Code中的 DeploythisSubsystemtoHardware,再点击跳出窗口里的 Build,会在新 的窗口里生成PIL模型；（8）将生成的PIL模块移植至原来搭建的离 散模型中，替换被生成代码的子系统；（9）将电脑和DSP芯片的下载 线和通讯模块连接好，将DSP板通电，点击仿真按钮即可进行PIL仿 真，在PIL仿真中换流器的输出电流的波形如图7所示。由图7可知， 换流器输出电流的幅值也

8、控制为0.7A,其整体波形也与之前Simulink 仿真波形一致，证明了 DSP中的算法能够实现闭环控制，生成的代码 没有错误。 3结论 控制算法的实现需要编写相关代码，然后下载至相关控制器中实 现相应功能。手编控制代码不仅费时和容易出错，而且不便于校验和 维护。Matlab为嵌入式处理器应用程序的开发提供了强大的功能，利 用 MathWorks 公司和 TI 公司联合开发的 MATLABLinkforCCSDevelopmentTools 工具箱，可以实现对 DSP 芯片的 可视化编程，像操作Matlab变量一样来操作DSP器件的存储器和寄 存器，使得用户在Matlab环境下完成对DSP的操作，能够极大提高 DSP应用系统的开发进程。本文以电力电子能量转换器三相半桥 DC/AC为例，在Simulink环境下构建了离散仿真模型，利用处理器在 环仿真将生成的代码运行到目标处理器上，以验证代码和模型是否一 致