浅谈dsp的技术论文
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浅谈dsp的技术论文篇一
基于DSP的逆变器数字控制技术
摘 要：本文研究了一种基于DSP的逆变器控制系统的设计与实现方法。逆变器具有广泛的用途，其性能的优劣主要由其控制系统决定。采用一种基于TMS320F28335为控制器的逆变器控制系统，对其硬件电路和软件控制方法进行了分析和设计。所设计的控制系统能满足多种逆变器应用场合的需要。
【关键词】逆变器 DSP TMS320F28335
逆变器是电力变换装置的重要组成部分，广泛应用于工业、民用等各个领域。当前随着发电和用电设备的不断发展，对电力变换装置的安全性、可靠性等方面的要求也越来越高，对逆变器的性能要求也就相应提高。逆变器的性能主要由其控制系统决定，逆变器输出电流波形进行控制策略是其性能好坏的关键。逆变器主要由主电路、电源和逆变器控制电路组成。其中控制电路的主要组成部分包括：以DSP为核心的运算电路、通讯电路以及各种接口电路。本文就基于TMS320F28335为逆变器控制系统的数字控制技术进行探讨。
1 TMS320F28335 芯片
TMS320F28335是一种浮点型的数字信号处理器，它具有控制外设的集成功能和微处理器(MCU)的易用性，控制和信号处理能力强，C语言编程效率高，能够实现复杂的控制算法，它具有外设集成度高、精度高、成本低、功耗小等优势。主要特点有：
(1)具有32位高性能CPU和单精度浮点运算单元(FPU)，可以进行16×16、32×32位的乘法累加操作，有2个16×16位乘法累加器;总线结构为哈佛流水线结构;可以快速执行中断响应;同时还有统一的寄存器编程模式。
(2)具有高性能静态 CMOS 技术。其晶振为30M，可以通过锁相环(PLL)倍频使主频达到 150MHz，指令周期为 6.67ns，能够满足控制芯片的高速处理要求。
(3)有三个32为CPU定时器，即定时器0、1、2。一般定时器0和1为普通定时器，定时器2做为控制系统用到的DSP/BIOS 的片上实时系统，如果没用到DSP/BIOS，定时器2也可以做为普通定时器。
(4)具有增强的控制外设。PWM 输出端口有18个，高分辨率脉冲宽度调制模块(HRPWM)6个;事件捕获输入端口6个;正交编码器通道(QEP)2个。
(5)具有 16 个转换通道的A/D 转换器。转换时间为80ns，转换速度快;多路输入选择器有2×8个通道;保持器2个;可以进行单通道和连续通道的模式转换。
(6)支持 JTAG 边界扫描;具有分析和断点功能可以进行仿真模拟;硬件能够实时调试。
2 数字控制核心单元设计
以TMS320F28335为控制系统的硬件电路主要由：电源、电压检测、电流检测、PWM 信号输出、通讯、继电器控制等部分组成。传感器检测到的信号通过DSP作用进行数字滤波，再通过控制算法计算，得到一个PWM信号，该信号与输入量相对应，然后事件管理器EV产生这个信号输出给开关管的驱动电路。EV 模块的设置至关重要，选用全比较单元CM-PR1、CMPR2、 CMPR3。其采用连续增减计数模式，可以产生对称的PWM波，从而减少谐波。为了避免上下两个开关管导通，还设置了相应的死区单元。
基于TMS320F28335的ADC电路输入电压范围比较小，为0-3V，容易受到干扰，并且还需要AVCC3. 3、AVCC1. 9以及2. 5V 的参考电源三路电压，电源比较复杂，不容易满足三相电压电流采样时对同步性的要求。所以选用采样AD7657进行采样速率更高，有利于电路的整体设计和性能的提高。
控制系统硬件的设计还包括信号调理电路设计，交流信号调节选用HPT205NBJ-1电压互感器，同时将交流和直流信号隔离。为满足AD7657的输入电压范围，电压互感器输出有效值应小于3.53 V。
3 控制系统软件设计
由于TMS320F28335具有单精度浮点运算单元(FPU)，所以能够用高级语言来实现软件控制，并且能用C /C++ 语言实现复杂数学算法的运算。无需额外的微控制器，就能够有效完成系统控制和数学运算任务。TMS320F28335的32×32位乘法器，具有64位的处理能力，能够处理高数字分辨率的问题。此外，它具有快速反应中断，系统软件属于实时控制软件等特点。
所以在设计软件时，在考虑硬件配置和特点的同时，也要考虑软件的功能性和快速性。软件由主程序和中断程序两部分组成，主程序主要是进行初始化，设置各功能模块以及其工作方式;初始化设定完成后，系统进入等待状态，一旦中断产生，系统进入中断程序。
选用定时器中断，在中断程序时完成直流侧电压软启动、AD 转换、AD 校准、坐标变换和控制算法的实现，而后产生PWM 信号实现控制主电路的目的。软启动程序能够使直流侧电容电压缓慢升高，以防止升高过快造成电容损坏。在中断中设标志位，当芯片上电时，进行初始化，开始执行软启程序，直流侧电压每20ms上升1V，达到设定电压后，在下次中断开始执行控制程序。另外，在中断程序中还包括了电路中的过压、过流保护程序。
4 结束语
使用基于TMS320F28335的逆变器，电流中高次谐波含量非常低，符合并网要求。当给定电流发生突变时，逆变器能够快速的调节实际电流值，具有很好的动态性能，符合实际应用要求。
基于TMS320F28335的逆变器控制系统，比传统的模拟控制具有计算能力强、算法灵活、可靠性强等优势，能够体现所设计的控制算法，二者结合设计出的逆变器可以用于高功率因数并网，具有电流谐波污染低、控制精度高、系统稳定、可靠性强等特点，能够适应多种逆变器应用场合的需要。
参考文献
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[3]石昆，章坚民，李阳春.基于DSP的三相光伏并网逆变器控制系统设计与实现[J].电子器件，2011，34(3)：273-277.
作者单位
1.辽宁电能发展股份有限公司 辽宁省沈阳市 110179
2.国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 辽宁省沈阳市 110003
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