【嵌入式DSP在电气工程中的应用3800字（论文）】

嵌入式DSP在电气工程中的应用目录TOC\o"1-2"\h\u4149嵌入式DSP在电气工程中的应用 120032关键词：DSP；电气控制系统；应用 126185引言 1223721DSP的简介 223972DSP的发展现状 242932.1系统结构 2232992.2系统特点 2290792.3系统功能 3189133DSP的应用 3146273.1启动控制 3241723.2停车策略 3171713.3硬件设计 4201084DSP的发展前景 569205结语 522345参考文献 5摘要：为促进DSP在电气控制系统中的应用，提升电气整体性能，促进电气控制系统的智能化发展，分析了DSP电气控制系统的结构、特点、功能、控制原理及其在电气启动控制、停车策略、硬件设计中的应用。关键词：DSP；电气控制系统；应用引言19世纪中叶先后诞生的直流电气和交流电气，最初只是为人们提供一种稳定的动力，所以那时的电气控制只是解决它的启动与停止，大部分的控制用简单的触点开关电器即能解决。20世纪70年代，微处理器技术刚开始不久。这种处理器构成电气的控制系统需要辅以大量的外围数字逻辑电路芯片和模拟电路芯片，不但结构复杂，体积大，抗干扰性能也差。随着DSP嵌入式片上系统SOC的出现，使得系统实时性地完成电气控制的运算速度越来越快，处理各种复杂运算不再困难，系统的整体控制性能也越来越好.目前，数字化控制成为了电气控制技术发展的主流，而DSP现已成为这项技术的核心。虽然市场上的电气体积小、价格低廉、运行质量也较好、性能比较优越，但是，实际应用中，电气面临着大电流波动和瞬时转矩问题，这给电气正常运行造成很大的影响，甚至会烧毁电气，所以，在电气控制系统中应用DSP技术，能对电流和电压进行控制。1DSP的简介DSP是数字信号处理的简称，其涉及领域较多，应用非常广泛。计算机技术和信息技术的发展推动了DSP技术的发展和应用。DSP控制器在电气控制系统中的应用可实现电气智能化控制，执行更为复杂的操作指令，具有操作简单、控制准确的特点，可实时检测电气运行状态，发现异常状况及时进行控制和保护，确保电气运行的稳定性。2DSP的发展现状近年来，电气控制技术的理论及实践都获得了很大的进展，如交流异步电气、交流感应电气无速度传感器调速控制，各类伺服系统中的电气高精度控制，高压大容量电气调速控制，电力系统的谐波治理及无功补偿器，新能源利用技术中风力发电、燃料电池发电广泛使用的逆变器等，无一不是采用DSP技术而取得高性能和实现实用化的。数字信号处理(控制)器在电气数字控制系统中已显现出越来越大的优势。电气控制专用DSP一般具有以下几个特点：1)采用开发厂商原来的某个定点DSP为内核，在此基础上改进电路结构，提高了时钟频率，指令系统与该系列定点DSP兼容。2)增加了微控制器(MW)的外围电路功能，具有多路快速的A/D转换电路，定时/计数电路、输入信号捕捉电路、完善的中断控制体系及看门狗抗干扰电路。3)芯片内设计了电气专用的输入/输出接口和特殊的逻辑部拌，如供位置和速度检测用的正交编码输入接口(QE工)、可编程电气驱动用调制脉冲序列信号的PwM输出通道、上下桥臂死区时间产生电路等。4)内部集成了闪存((Flash)程序存储器、静态随机数据存储器(RAM)、电可擦除数据存储器(EEPRDM)。2.1系统结构系统使用的是哈佛结构，是种并行体系结构，将程序和数据存储到不同的存储空间中，由两个独立服务器独立运行，使用各自的编码和访问路径，提升了系统数据的处理能力。2.2系统特点DSP技术优化了电气控制系统，尤其是在硬件方面表现良好，可对电气进行智能化控制，操作难度较小，使电气变得轻便、操作简单、安装方便，提升了电气的实用性能，且能源消耗较少。2.3系统功能DSP电气控制系统使用统一的控制电路，对系统硬件和软件进行统一控制和管理，依据不同的电气类型编写相应的控制程序，具有很好的适用性。如:DSP通过三相逆变器控制感应电气、无刷直流电气、永磁同步电气等，这些电气的硬件类似，找出控制规律，进行程序编写，提高了系统的实用性。3DSP的应用DSP技术实际应用过程中，需要根据电气用途编写控制程序，编写程序之前，要确定电气控制方式。控制方式决定着电气运行，而控制芯片是控制系统的核心，负责协调和控制系统各个部件的运行，其性能决定着系统功能的发挥，是系统的神经中枢。DSP控制系统的程序流程图，包含启停检测、故障诊断、电路保护等判断流程及控制流程的走向。当控制系统启动时，开始自检，判断系统运行状况，如果系统发出故障警告，由技术人员进行维修，若没有故障信息，由操作人员发出控制指令，确认执行指令操作后，系统正常启动。3.1启动控制晶闸管控制着系统的启动，是电气控制系统的开关，电气的端电压除了与功率因数有关，还与触发角有着密切联系，但是端电压和控制角之间缺少相同的控制属性。PID控制算法简单、实用性强、应用广泛，控制参数之间没有关联，且参数计算简单，实践和理论证明，其是最优控制器。使用PID控制电气启动，应用其自动化调整功能，对控制参数出现的偏差进行调整，根据电气参数变化，调整电气控制策略，保证电气稳定运行，可实现DSP控制系统的智能化控制。电气启动有两种，即限流和全压。限流启动的原理是将PID控制应用于电气控制系统，通过调整电气允许的最大电流，来控制电气启动，当PID控制接收到电流处于稳定值的反馈信号后，结束启动控制。全压启动的原理是控制角的触发脉冲快速增长至最大值，同时端电压增长至给定值，电气控制系统中的过电流需设置较高，一般为给定值的5倍，当电气内的启动电流超过系统的过电流给定值时，PID控制启动，通过降低电气电流，进行电气启动控制。3.2停车策略停车主要分为自由停车和软停车两种控制策略。自由停车控制，主要是控制门极信号，关闭晶闸管后，晶闸管中失去了电流，导致没有电压输出，端电压的输入电压变为零，受到负载和转矩的影响，实现了停车，只有在要求停车的情况下，才可以进行停车操作，正常情况下，是不需要进行停车操作的。软停车，是缓慢停止电气运行，将电气中的电压通过控制器的调节，按照一定速率，缓缓降低电压的输入，端电压逐渐变小，电气转矩也随着减小，当电压降到最低值时，电气中输入的电压不能驱动电气运行，电气停车。使用DSP电气控制系统可控制晶闸管的控制角，逐渐减少电压输入，给电气一个缓冲时间，使正常运行的控制角发生移动，逐渐降低端电压，当降到最低值时，电气进入停机状态。3.3硬件设计3.3.1信号检测电路信号检测电路中应用三相交流调压器，可检测控制信号，得到信号后进行电气的控制操作。其运行原理是调压器检测到信号后，产生同步脉冲信号，在电路中形成同步脉冲，晶闸管接收到触发脉冲，使控制角发生180°的移动。使用三相交流调压器检测定子电流，通过检测电流大小，作为检测电路的信号来源。3.3.2电压检测电路和故障保护电路电压检测电路使用了三相整流器，电路检测母线电压，输入到整流器中，通过电压控制，完成对电气的监控。故障保护电路，将采集到的电压、电流数据输入到光电耦合器中，产生控制信号，传输至DSP控制器，经控制器判断后，执行控制系统的保护指令。3.3.3DSP控制器DSP控制器作为电气的大脑，对电气运行进行全面的控制、监管、保护，运行机制主要是外部发出控制信号，由芯片接收后，将信号传输给DSP控制器，经由晶闸管的控制角，将控制信号传输给驱动电路。设置外部传感电路，实时检测电压和电流信号，通过接收到的过压和欠压信号，发出控制指令，调整电压波动。根据检测到的过流和中断信号，及时发现电流异常，并发出保护指令，对电气进行控制和保护。3.3.4晶闸管DSP控制系统通过编写的程序，判断电气的运行状况，并发出控制指令，由PWM信号输出端口输出调制的脉冲，形成晶闸管触发脉冲，然后输入到光耦合器件，经过反相器处理后，使触发信号放大，进入脉冲变压器，实现DSP对晶闸管的控制。4DSP的发展前景具有更高速、方便的周边功能模块的电气专用DSP是电气控制微处理器的方向，在C编程语言成为主流的同时，期待电力电子学专用语言的出现。目前运算方式主要考虑价格，多为固定小数点运算方式，今后将出现低价格的浮点运算处理器。在许多DSP电气系统中，同时又需要一个独立的微处理器(CPU)。这是因为标准的CPU设计在运算任务上不如DSP，而大多数DSP在中断处理、位处理或逻辑操作方面不如标准CPU。不过，现在CPU和DSP供应商正在设计混合式CPU/DSP。电气控制是DSP应用的主要领域。据报道，目前全球每销售一枚手机用DSP芯片，就有10枚应用在电气控制领域。而在中国，手机、DVD等数字消费产品是应用DSP的主要方向，应用于电气控制的研究刚刚起步，集中在一些院校和研究所，还没有实用化的产品。但是随着国家的发展，能源和环保的要求越来越高，DSP必然会得到广泛的应用。5结语DSP控制系统通过编写的程序，判断电气的运行状况，并发出控制指令，由PWM信号输出端口输出调制的脉冲，形成晶闸管触发脉冲，然后输入到光耦合器件，经过反相器处理后，使触发信号放大，进入脉冲变压器，实现DSP对晶闸管的控制。参考文献［1］沈晔超，杨浩，余丙荣，等.基于DSP的直流电机控制系统设计［J］．佳木斯大学学报(自然科学版)，2019，37(03):392－395.［2］周崐，黄友桥，曹晨.DSP在电机控制系统中的应用［J］．船电技术，2011，(09):80－81.［3］黄斌.DSP在无刷直流电机控制系统中的运用［J］．防爆电机，2015，(06):44－45.［4］苗天寿