【正文】 件在一個(gè)載波周期內(nèi)需要開通關(guān)斷各一次，這意味著開關(guān)器件的平均開關(guān)頻率較高，開關(guān)損耗大，但是，這種開關(guān)方式在較低的調(diào)制系數(shù)下輸出的電壓諧波含量較小。，在一個(gè)載波周期內(nèi)總有一個(gè)橋臂上的開關(guān)器件不需換流(PWM1觸發(fā)脈沖控制的開關(guān)器件不用換流)，此時(shí)，開關(guān)器件的平均開關(guān)頻率較低，開關(guān)損耗校，但是，輸出電壓的諧波含量增大。然而，可以證明，圖b所示的開關(guān)方式在較高載波比條件校既可以減少開關(guān)損耗，又可以減少諧波損耗，總體性能優(yōu)于圖a的方案。下面就在TMS320F2812中實(shí)現(xiàn)硬件開關(guān)方案做詳細(xì)討論。坐標(biāo)系下任何一個(gè)矢量，只要滿足條件（為SVPWM技術(shù)的最大輸出電壓）, 都可以由這8個(gè)基本電壓矢量安下式的規(guī)律合成其中，T是PWM載波周期，和分別代表基本電壓矢量，和（或）。在一個(gè)PWM周期內(nèi)的作用時(shí)間必須滿足下面條件：設(shè)某時(shí)給定電壓處于由和組成的扇區(qū)內(nèi)，則可已由和按平行四邊形法則合成，又由于根據(jù)實(shí)部、虛部分別相等的原則，可以得到以下等式因?yàn)?，代入上式求解得其中，就就是所求的占空比，和分別是給定電壓在和軸上的分量(和，都是標(biāo)么值)。同理，當(dāng)處于由電壓矢量和認(rèn)組成的扇區(qū)時(shí)，所求的占空比為設(shè)三個(gè)變量、和，它們滿足：根據(jù)以上求解過程，可以得到占空比、扇區(qū)和、三者之間的關(guān)系。(注:表中，電壓矢量在每個(gè)扇區(qū)的旋轉(zhuǎn)方向始終為正方向) 扇區(qū)占空比U0、U60U60、U120U1U180U180、U240U2U300U300、U 360t1Uref2Uref3Uref1Uref2Uref3Uref1t2Uref1Uref2Uref3Uref1Uref2Uref3 ，在確定占空比前，必須先知道輸出電壓矢量所在的扇區(qū)。分別另，，可以在坐標(biāo)系下得到三條直線，分別與6個(gè)電壓矢量重合。因此，由、三個(gè)變量與0的關(guān)系可以求 得電壓矢量所在地的扇區(qū)值。例如，當(dāng)，時(shí)，輸出電壓矢量處于2扇區(qū)。 設(shè)當(dāng)時(shí)，否則，；當(dāng)時(shí)，否則，；當(dāng)時(shí)，否則。且令。N123456扇區(qū)值261435同時(shí)，可以證明，只要輸出電壓滿足下面條件，即,(為SVPWM逆變器可輸出的最大電壓)，則N不可能為0或7。確定扇區(qū)值后，并在每個(gè)PWM載波周期內(nèi)刷新SVPWM狀態(tài)ACTR寄存器bit[12～15]的值扇區(qū)值123456基本矢量000100110010011001000101綜上所述，使用DSP的SVPWM硬件模塊產(chǎn)生PWM波的操作步驟為:1)初始化系統(tǒng)及相應(yīng)寄存器；2)根據(jù)(、)計(jì)算、。3)計(jì)算N，根據(jù)N、基本矢量和旋轉(zhuǎn)方向。4)。5)計(jì)算比較寄存器CMPRl和CMPR2(或CMPR4和CMPRS)的值。6)每個(gè)PWM周期內(nèi)更新一次比較寄存器和ACTR寄存器值。第六章 軟件設(shè)計(jì) 微機(jī)控制系統(tǒng)的絕大部分功能都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，因此軟件的可靠性直接影響了系統(tǒng)的可靠性。軟件工程學(xué)表明，大型復(fù)雜的軟件是不可能做到100%無錯(cuò)誤的。 對(duì)關(guān)鍵性的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的可靠性出現(xiàn)問題時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為此在硬件上采取了一定的措施，比如盡量采用片上外設(shè)，減少干擾，開關(guān)量的輸入、輸出采用光藕器件隔離等。在軟件上也采取了相應(yīng)的措施，以保證軟件達(dá)到近乎100%正確率，即使在極端情況下發(fā)生錯(cuò)誤，也應(yīng)盡可能地限制故障的范圍，避免導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)果。 “軟件危機(jī)”導(dǎo)致人們對(duì)如何提高軟件的開發(fā)效率，軟件產(chǎn)品的質(zhì)量及可維護(hù)性方面作了大量的研究，并且專門研究上述問題的新學(xué)科”軟件工程學(xué)”越來越受到重視。但在偏重于硬件的控制領(lǐng)域開發(fā)、研究中，人們往往還沒有軟件工程，軟件管理的概念，導(dǎo)致了一系列的問題。如進(jìn)度拖延、軟件的質(zhì)量不可靠、軟件的維護(hù)很困難、軟件沒有適當(dāng)?shù)奈臋n資料。 為了提高軟件開發(fā)效率及軟件質(zhì)量:可靠性、可測(cè)試性及可維護(hù)性，最有效的辦法就是養(yǎng)成結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)風(fēng)格(Structured Programming)，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)出來的子程序不但其本身具有模塊特性，單入口，單出口，而且其內(nèi)部也是由若干子模塊組成。模塊特性對(duì)測(cè)試及維護(hù)是很方便的。（1)獨(dú)立性原則對(duì)問題，任務(wù)進(jìn)行分解時(shí)，應(yīng)使各子任務(wù)之間最大地?zé)o關(guān)，而同在一個(gè)子任務(wù)的內(nèi)容則強(qiáng)相關(guān)。（2)簡單性原則(perpage原則) 每一模塊應(yīng)在一頁紙內(nèi)寫完，因?yàn)檠芯勘砻?，?dāng)模塊中程序語句多于30行時(shí)，可理解性迅速下降，所以一個(gè)模塊的語句數(shù)最好在40行以內(nèi)。perpage原則也保證了讀程序時(shí)不必前后翻頁。（3)單入口，單出口原則 一個(gè)模塊只允許有一個(gè)入口，一個(gè)出口，不允許從模塊的外部直接跳入到模塊內(nèi)部，也不允許從模塊內(nèi)跳到模塊外。（4)作用域原則每個(gè)變量，標(biāo)志字都有其作用域，或者說存在周期，在其作用域外訪問某一變量，標(biāo)志被認(rèn)為是非法的。（5)流水線原則 模塊可以被看成一個(gè)輸入，處理到輸出的過程，即模塊的IPO格式(InputProcess Output)。對(duì)于順序連接的模塊，前一模塊的輸出應(yīng)盡可能地直接作為下一個(gè)模塊的輸入，避免再進(jìn)行額外的格式轉(zhuǎn)換，正如流水線上的各道工序的嵌接，這樣才有高效率與可靠性。（6)完備的文檔 軟件是指程序與有關(guān)的，完備的文檔，而不單單是程序清單。軟件設(shè)計(jì)思想的文檔比程序清單更有價(jià)值。 由于人的認(rèn)識(shí)不可能百分之百地符合客觀實(shí)際，因此在設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段都有可能發(fā)生錯(cuò)誤。在不同的時(shí)期發(fā)現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，修正這個(gè)錯(cuò)誤所要花費(fèi)的代價(jià)是很不一樣的。越是發(fā)現(xiàn)得早，改正一個(gè)錯(cuò)誤所花的代價(jià)就越小。為了以較小的代價(jià)獲得高質(zhì)量的軟件，測(cè)試從一開始就進(jìn)行(Test From Beginning)，使得錯(cuò)誤能盡可能早地發(fā)現(xiàn)并將之修正，減少錯(cuò)誤延續(xù)到后續(xù)設(shè)計(jì)步驟中的可能性。 大部分微處理器(典型的嵌入式處理器)不提供硬件支持浮點(diǎn)數(shù)學(xué)，大多微處理廠商認(rèn)為浮點(diǎn)數(shù)學(xué)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)不是很重要，并且浮點(diǎn)芯片的價(jià)格要比定點(diǎn)芯片高的多。所幸的是，ANSIC編譯器允許使用浮點(diǎn)數(shù)學(xué)，但這是有代價(jià)的；浮點(diǎn)數(shù)庫函數(shù)需要額外的ROM和RAM，但更為重要的是，它們需要比處理整數(shù)花消更多的時(shí)間。例如，對(duì)于低檔的8位微處理器，浮點(diǎn)加法可以花幾百微秒，而執(zhí)行一個(gè)16位整數(shù)加法值需要幾微秒。乘法和特殊除法甚至更糟。所以對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)，通常采用定點(diǎn)運(yùn)算編寫出運(yùn)行快且代碼盡可能少的程序。 當(dāng)程序利用定點(diǎn)數(shù)來執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算(加，減，乘或除)時(shí)，它實(shí)際上是操作整數(shù)。(微處理器沒有提供表示定點(diǎn)數(shù)的S機(jī)制)。這表示程序員必須自己跟蹤基點(diǎn)的位置。利用以下的一記法來表示定點(diǎn)數(shù): 定點(diǎn)數(shù)=尾數(shù)S指數(shù) 這里S表示尾數(shù)需要按比例縮小2指數(shù)倍以決定該定點(diǎn)數(shù)的值。指數(shù)有時(shí)稱為比例因子。尾數(shù)通常是一個(gè)正整數(shù)。利用這種記法來區(qū)分定點(diǎn)表示與浮點(diǎn)表示尾數(shù)E指數(shù)。 利用比例可以將幾乎任何數(shù)表示成一個(gè)16為整數(shù)?；c(diǎn)的位置由需要表示的最大數(shù)來決定，稱為定點(diǎn)數(shù)的定標(biāo)。 通常，定標(biāo)方法有兩種:Q表示法和S表示法。以16位數(shù)為例，Q表示法用Q0、Q1, ...Qi、...Q15分別表示小數(shù)點(diǎn)在DO位之后、D1位之后...Di位之后...D15位之后注(注意:D15位是符號(hào)位)。顯然，QO表示的是一個(gè)有符號(hào)的整數(shù)，而Q15表示的是一個(gè)有符號(hào)的小數(shù)，其他各種情況表示了一個(gè)有符號(hào)的混合小數(shù)，它可以含有i個(gè)整數(shù)位和15i個(gè)小數(shù)位。對(duì)應(yīng)的有S15. 0～，它與Q表示法的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表51所示。由表可總結(jié)出下列幾點(diǎn): Q表示法ins表示法Q表示S表示小數(shù)點(diǎn)位置整數(shù)位小數(shù)位十進(jìn)制數(shù)表示范圍精度Q15在D15之后0151～Q14在D14之后1142～Q13在D13之后2134～Q12在D12之后3128～Q11在D11之后41116～Q10在D10之后51032～Q9在D9之后6964～Q8在D8之后78128～Q7在D7之后87256～Q6在D6之后96512～Q5在D5之后1051024～Q4在D4之后1142048～Q3在D3之后1234096～Q2在D2之后1328192～Q1在D1之后14116384～Q0在D0之后15032768～36767(1)Qx的x值表示小數(shù)點(diǎn)在位Dx之后，即16位中有x個(gè)小數(shù)位和(15x)個(gè)整數(shù)位。(2) Qx的x值決定了所表示數(shù)的精度為。(3)同樣一個(gè)16位數(shù)，因?yàn)樾?shù)點(diǎn)的設(shè)定位置不同，它所表示的數(shù)就不同。(4) Qx的x值不同，則16位數(shù)的表示范圍和精度也就不同。Qx的x值越大，則數(shù)值范圍越小，但精度越高；相反，Qx的x值越小，則數(shù)值范圍越大，但精度越低。因此對(duì)定點(diǎn)數(shù)來說，數(shù)值范圍和精度是一對(duì)矛盾，在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)該兩者兼顧，充分考慮各種因素，以獲取最佳的運(yùn)算結(jié)果。由此可見，在使用定點(diǎn)DSP時(shí)，如何選擇合適的Qx值是一個(gè)關(guān)鍵性問題。就計(jì)算機(jī)運(yùn)算的處理過程來說，實(shí)際參與運(yùn)算的都是變量，有的是未知的，有的則在運(yùn)算過程中不斷改變數(shù)值，但它們?cè)谝粋€(gè)實(shí)際工程環(huán)境中作為一個(gè)物理參量而言都有一定的動(dòng)態(tài)范圍。只要這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍確定了，Qx值也就確定了。因此，在程序設(shè)計(jì)前，首先要通過細(xì)致和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，找出參與運(yùn)算的所有變量的變化范圍。(1)定點(diǎn)數(shù)的加法和減法 設(shè)x的Q值為Qx, y的Q值為QY，且QxQY，加法/減法結(jié)果z的Q值為Qz，則: (2)定點(diǎn)除法設(shè)被除數(shù)x的Q值為Qx，除數(shù)Y的Q值為Qy，商z的Q值為Qz，則： 本文在編寫程序時(shí)采用了TI提供的32位高度優(yōu)化的和高精度的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)庫(IQmath library)，很方便地移植浮點(diǎn)算法到采用定點(diǎn)運(yùn)算的TMS320F2812中。這些函數(shù)執(zhí)行的速度大大快于用標(biāo)準(zhǔn)的C語言寫的代碼執(zhí)行的速度，極大的縮短程序的編寫時(shí)間。 DSP的程序包括主程序和中斷服務(wù)子程序兩部分。主程序主要有系統(tǒng)初始化，發(fā)起初始PWM波，并接受中斷，此外還有數(shù)據(jù)處理(包括濾波和計(jì)算有效值，計(jì)算頻率和相位)、PID控制算法、查詢開關(guān)量輸入狀態(tài)(整流方式、逆變方式、給定增減等)、保護(hù)程序等等子程序。中斷服務(wù)子程序包括空間矢量子程序、同步中斷子程序、AD采樣中斷子程序等。當(dāng)電網(wǎng)相電壓過零時(shí)，產(chǎn)生同步中斷子程序，強(qiáng)制軟件的角度從零開始，達(dá)到與外部輸入電壓同步。 PID控制子程序PID控制時(shí)連續(xù)系統(tǒng)應(yīng)用最廣，技術(shù)最成熟的一種控制方式，特別在過程控制中，由于控制對(duì)象的模型未知或難以建立，用基于現(xiàn)代控制理論的控制方法既不實(shí)用有不能達(dá)到預(yù)期的效果，因此，人們常常采用PID調(diào)節(jié)器。由于PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、參數(shù)易于調(diào)整，它是目前單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用最主要的控制算法。數(shù)字PID算法如下:其中，u(k)為要得到的控制量，e(k)為偏差，它們都是經(jīng)過數(shù)字離散化后的序列。，為相應(yīng)的比例系數(shù)，積分系數(shù)和微分系數(shù)。為實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)，在整流過程中必須使三相交流電壓電流同相位，逆變時(shí)反相位，且跟蹤電網(wǎng)電壓。在跟蹤電網(wǎng)電壓頻率的同時(shí)還要保持相位一致，這時(shí)采用DS的捕獲單元捕獲電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)，產(chǎn)生中斷，達(dá)到與外部輸入同步。 同步中斷子程序圖 IPM有控制電源欠壓保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)等等，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，IPM會(huì)自動(dòng)閉鎖內(nèi)部驅(qū)動(dòng)使IGBT全部關(guān)斷并發(fā)出故障信號(hào)，當(dāng)這些物理量又恢復(fù)正常時(shí)，保護(hù)電路將重新開發(fā)驅(qū)動(dòng)電路。即使如此，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，如果不進(jìn)行處理，就會(huì)造成IPM永久性損壞。因此，還應(yīng)對(duì)直流電壓、交流側(cè)電壓電流進(jìn)行數(shù)值處理，得出電路運(yùn)行情況及數(shù)值大小，判斷后進(jìn)行保護(hù)處理。F2812有一個(gè)專用的可屏蔽功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷(Maskable Power DriveProtection Interrupt)引腳PDPINT，當(dāng)這個(gè)中斷沒有被屏蔽且引腳電平被拉低時(shí)，所有的比較輸出引腳將立刻被置為高阻態(tài)且引發(fā)一次外部中斷。這一引腳用來處理可逆整流器發(fā)生故障的緊急事件。當(dāng)IPM的故障輸出信號(hào)經(jīng)光禍隔離后送至PDPINT引腳，全比較輸出自動(dòng)變?yōu)楦咦钁B(tài)關(guān)斷IPM中所有的IGBT0此后，在中斷服務(wù)子程序里禁止所有全比較輸出。因此，可逆整流器發(fā)生故障時(shí)的處理是靠中斷來完成的。 主程序框圖 SVPWM中斷服務(wù)框圖結(jié)論P(yáng)WM整流器的研究是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。本論文采用了當(dāng)前最流行的DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)作為整流器的控制核心，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路及軟件。以下是對(duì)本論文工作的一個(gè)總結(jié)：（1)論文中設(shè)計(jì)的控制器采用了TI最近推出的一款DSP （TMS320F2812 )TI提供了豐富的軟件資源，如:用于配置、控制和管理DSP片上外設(shè)的CSLC Chip Support Library