【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的DSP設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程分為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)。程比較復(fù)雜，本文應(yīng)用Matlab對(duì)DSP控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)進(jìn)行了研究。碼生成及編譯鏈接。在軟件算法仿真測(cè)試后直接生成面向數(shù)字信號(hào)處理。芯片的代碼，有利提高開(kāi)發(fā)效率。首先，本文系統(tǒng)地研究了Matlab/Simulink的DSP系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法。

　　

【正文】 （ 41） 式中， ψ d、 ψ q—— 定子磁鏈在 d、 q軸的分量； ψ f—— 轉(zhuǎn)子磁鋼在定子上的耦合磁鏈，它只在 d軸上存在； p—— 轉(zhuǎn)子的磁極對(duì)數(shù)； Ld、 Lq— — 永磁同步電動(dòng)機(jī) d、 q 軸的主電感。 式 (41)說(shuō)明轉(zhuǎn)矩由兩項(xiàng)組成，括號(hào)中的第一項(xiàng)是由三相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和永磁 磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩；第二項(xiàng)是由凸極效應(yīng)引起的磁阻轉(zhuǎn)矩 。 對(duì)于嵌入式轉(zhuǎn)子， LdLq，電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩同時(shí)存在?？梢造`活有效地利用這個(gè)磁阻轉(zhuǎn)矩，通過(guò)調(diào)整和控制 β 角，用最小的電流幅值來(lái)獲得最大的輸出 轉(zhuǎn)矩。對(duì)于凸極式轉(zhuǎn)子， Ld=Lq，因此只存在電磁轉(zhuǎn)矩，而不存在磁阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩方程變?yōu)椋? 由式 (42)可以明顯看出，當(dāng)三相合成的電流矢量 is與 d 軸的夾角 β 等于 90176。 時(shí)可以獲得最大轉(zhuǎn)矩，也就是說(shuō) is與 q 軸重合時(shí)轉(zhuǎn)矩最大。這時(shí)，畢業(yè)論文 id=iscosβ=0 ； iq=issinβ= is。式 (2)可以改寫(xiě)為： m f q f sT p i p i? ? ? ? （ 43） 由于是永磁轉(zhuǎn)子， ψ f是一個(gè)不變的值，所以式 (43)說(shuō)明只要保持 is與 d軸垂直，就以像直流電動(dòng)機(jī)控制那樣，通過(guò)調(diào)整直流量 iq來(lái)控制轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的控制參數(shù)的解耦。 基于 DSP的永磁同步電動(dòng)機(jī) FOC 控制系統(tǒng) 計(jì) 采用磁場(chǎng)定向控制方法的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩嚴(yán)格與定子電流幅值成正比，為了得到合適的電磁轉(zhuǎn)矩，需要精確控制定子電流幅值的大小。永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)原理如圖 所示 圖 FOC控制系統(tǒng)框圖 永磁同步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)定向控制的速度控制過(guò)程可簡(jiǎn)單描述如下：首先，根據(jù)檢測(cè)到的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入的參考轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，通過(guò)速度 PI 控制器計(jì)算得到定子電流參考輸入 iSqref。定子相電流 ia和 ib通過(guò)相電流檢測(cè)電路被提取出來(lái)，然后用 Clarke 變換將它們轉(zhuǎn)換到定子兩相坐標(biāo)系中，使用 Park變換再將它們轉(zhuǎn)換到 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中。 dq坐標(biāo)系中的電流信號(hào)再與它們的參考輸入 iSqref 和 iSdref 相比較，其中 iSdref=O，通過(guò) PI控制器獲得理想的控制量?？刂菩盘?hào)再進(jìn)行 Park 逆變換，送到 PWM 逆變器，從而得到控制定子三相對(duì)稱繞組的實(shí)際電流。外環(huán)速度環(huán)產(chǎn)生了定子電 流的參考值，內(nèi)環(huán)電流環(huán)得到實(shí)際控制信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)完整的速度 FOC 雙閉環(huán) 系統(tǒng)。 畢業(yè)論文 Matlab 的永磁同步電動(dòng)機(jī) FOC 系統(tǒng)建模 建立一個(gè)模型，可以根據(jù)需要改變模型的參數(shù)來(lái)符合特定的電動(dòng)機(jī)。將電動(dòng)機(jī)的電壓與功率特性與控制器匹配。 電動(dòng)機(jī)由常用電壓電源變級(jí)器驅(qū)動(dòng)。 DSP控制器為六個(gè)電源轉(zhuǎn)換設(shè)備使用向量 PWM 技術(shù)產(chǎn)生六個(gè)脈沖寬度調(diào)制（ PWM）信號(hào)。電動(dòng)機(jī)（ ia和 ib）的兩個(gè)輸入電流能通過(guò)變級(jí)器測(cè)定，然后通過(guò)兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）傳到 DSP 中。 具體步驟可以參照 節(jié)而具體的原理圖， 如圖 ： 圖 永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 在 FOC Algorithm 中有子模塊（如 下圖 ）： 畢業(yè)論文 圖 FOC Algorithm 在 Scaling Generating（圖 ）和 Space Vector（圖 ）下有子模塊： 圖 Scaling Generating 畢業(yè)論文 圖 Space Vector 在圖 中的 Subsystem（圖 ）有子模塊： 圖 Scaling Generating 中的 Subsystem 在圖 中的 multiply by 1（圖 ）有子模塊： 畢業(yè)論文 圖 multiply by 1子系統(tǒng) 在圖 中的在圖 中的 Generating RawSpace Vectors（圖 ）有子模塊： 圖 Generating RawSpace Vectors 子系統(tǒng) 在圖 中的在圖 中的 PWM scaling（圖 ）有子模塊： 畢業(yè)論文 圖 PWM scaling 子系統(tǒng) 在圖 中的在圖 中的 PWM scaling（圖 ）有子模塊： 圖 PWM scaling 子系統(tǒng) 畢業(yè)論文 結(jié)果與分析 本例分析 這個(gè)例子是通過(guò)用 2812 外設(shè)與 DMC模塊庫(kù)構(gòu)成一個(gè) FOC 反饋電路，控制三相永磁電機(jī)的速度與角度 。 該算法使用 坐標(biāo)變換來(lái)實(shí) 現(xiàn)。在本 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中，脈沖寬度調(diào)制（ PWM）模塊觸發(fā) ADC 轉(zhuǎn)換。 ADC 在轉(zhuǎn)換的結(jié)尾發(fā)出一個(gè)中斷來(lái)觸發(fā)主 FOC 算法。 代碼存放于 DSP 的閃存部分，這使程序可以在單機(jī)方式下運(yùn)行。 在 Matlab 中仿真正確后， 通過(guò)建立連接 CCS，并運(yùn)行該模型，在 CCS 中會(huì)產(chǎn)生代碼，如下圖 圖 完成 代碼生成 的 顯示 窗口 仿真產(chǎn)生的各級(jí)目錄： Include 包括的頭文件 、 Libraries 和 Source 文件以及 CMD 的文件。如圖 畢業(yè)論文 圖 函數(shù)文 件 畢業(yè)論文 第五章 基于 Matlab 和 DSP 的濾波器設(shè)計(jì)及調(diào)試 前兩章的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 完成 了 系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)及代碼編譯完成，本章進(jìn)行了濾波器設(shè)計(jì)該應(yīng)用系統(tǒng)在 CCS 中采用 simulator 即可實(shí)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行。 DSP系統(tǒng)的漢明低通窗口濾波器的設(shè)計(jì)。 基于 FDATOOL 的漢明低通窗口濾波器設(shè)計(jì) Matlab在信號(hào)處理工具箱 ( Signal Processing Toolbox) 中提供了一個(gè)先進(jìn)的可視化濾波器集成設(shè)計(jì)環(huán)境 — 濾波器設(shè)計(jì)及分析工具 ( Filter Design and Analysis Tool , FDATool) 。借助于 FDATool在 Matlab窗口 強(qiáng)大的交互式圖形用戶界面 , 可以用多種方式 , 通過(guò)直接設(shè)置濾波器的性能指標(biāo)、直接賦值濾波器系數(shù)或直接從 Matlab工作空間導(dǎo)入濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)濾波器。 FDATool 還提供了一組濾波器分析工具用于頻率響應(yīng)、零 — 極點(diǎn)圖、沖激響應(yīng)、階躍響應(yīng)、群延遲等的分析。如果安裝了信號(hào)處理工具箱 , 就可以用 FDATool 代替濾波器設(shè)計(jì)函數(shù) , 進(jìn)行高效率的濾波器分析和設(shè)計(jì) 。本章要設(shè)置的濾波器具體參數(shù)如下圖： 圖 濾波器的參數(shù)設(shè)置 畢業(yè)論文 產(chǎn)生 CCS 需要的濾波器頭文件，具體方法： 在 FDATool 設(shè)計(jì)界面中選擇TargetExport to Code Composet Studio(tm)IDE） ,通過(guò)圖 產(chǎn)生濾波器頭文件。 圖 Export to Code Composet Studio(tm)IDE） 基于 DSP 的 CCS下的調(diào)試和運(yùn)行 把 Matlab 目錄下的 頭 文 件 復(fù) 制 到 CCS 安 裝 盤(pán) 目 錄myproject/volume1目錄下，因?yàn)闉V波器產(chǎn)生的 ，否則會(huì)出錯(cuò)。在 文件的開(kāi)始下添加一行語(yǔ)句： include “fd ” 重新對(duì)工程編譯鏈接后，這些頭文件會(huì)自動(dòng)添加到工程中，并會(huì)在目標(biāo) DSP中分配相應(yīng)的存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)這些濾波器系數(shù)。 修改 Processing()子程序，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理。 利用下面一段 C程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行濾波處理。 static int processing(int *input, int *output) { int filteraps[16],y。 畢業(yè)論文 int i,j。 for(i=0。i16。i++) { filteraps[i]=0。 } for(i=0。iBUFSIZE。i++) { filteraps[0]=input[i]。 for(y=0,j=0。jBL。j++) y=y+ filteraps[j]*B[j]。 output[i]=y。 for(j=BL1。j=1。j) filteraps[j]=filteraps[j1]。 } return(TRUE)。 } 基于 MATLAB 下的調(diào)試 輸入三個(gè)正弦波之和 ： 頻率分別為 100HZ、 400HZ、 300HZ，數(shù)字信號(hào)的采樣頻率為 1000HZ。前面利用 FDATool 設(shè)計(jì)濾波器系數(shù)時(shí)，指定的截止頻率為 250HZ，因此 400HZ 和 30HZ 的信號(hào)分量經(jīng)過(guò)濾波器后都被濾除掉了，最后濾波輸出的結(jié)果為 100HZ 的正弦信號(hào)。 代碼如下： fs=1000。 f1=100。 f2=400。 f3=300。 x=100*sin(2*pi*f1*[1:100]/fs)+sin(2*pi*f2*[1:100]/fs)+sin(2*pi*f3*[1:100]/fs)。 cc=ccsdsp(39。boardnum39。,0,39。proum39。,0)。 inp_buffer=createobj(cc,39。inp_buffer39。)。 out_buffer=createobj(cc,39。out_buffer39。)。 畢業(yè)論文 B=createobj(cc,39。B39。)。 write(inp_buffer,round(x))。 build (cc ,39。all39。,30) 。 run(cc) pause(5)。 halt(cc)。 figure inpbuffer=read(inp_buffer)。 DSPresult=read(out_buffer)。 subplot(2,2,1) plot(inpbuffer)。 title(39。DSP輸入數(shù)據(jù) 39。)。 subplot(2,2,2) plot(DSPresult)。 title(39。DSP濾波結(jié)果 39。)。 filterCoeff=read(B)。 c=conv(round(x),filterCoeff)。 subplot(2,2,3) plot(round(x))。 title(39。MATLAB輸入數(shù)據(jù) 39。)。 subplot(2,2,4)。 plot(c(1:100))。 title(39。MATLAB濾波數(shù)據(jù) 39。)。 在運(yùn)行這代碼時(shí)， CCS的界面運(yùn)行結(jié)果如下圖： 圖 完成 代碼生成 的顯示 窗口 仿真產(chǎn)生的各級(jí)目錄： Include 包括的頭文件、 Libraries 和 Source 文件以及 CMD 的文件。如圖 畢業(yè)論文 圖 函數(shù)文 件 而在 Matlab 窗口 中 會(huì)出現(xiàn) 圖 中 所示 DSP的處理結(jié)果和 Matlab 結(jié)果，畫(huà)在一起對(duì)比，可以看出利用 Matlab 結(jié)合 CCS來(lái)調(diào)試目標(biāo)程序具有很大優(yōu)點(diǎn)。 圖 DSP 的處理結(jié)果與 Matlab 的處理結(jié)果 畢業(yè)論文 第 六 章 全文總結(jié) 本 文系統(tǒng)而簡(jiǎn)略的介紹了用 Matlab／ SIMULINK 進(jìn)行 DSP 代碼生成 ，介紹了Developer’ s Kit for TI DSP 工具箱 ，結(jié)合實(shí)例介紹了 Matlab／ SIMULINK 建模 、 DSP 代碼生成 的過(guò)程 。利用 Matlab／ SIMULINK 生成 DSP 代碼 ，模型直觀，不用編程，易于使用，為以后驗(yàn)證設(shè)計(jì)思想、并進(jìn)行高效成功的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 80年代， DSP 剛剛出現(xiàn)并應(yīng)用于信號(hào)處理領(lǐng)域， DSP 的性能指標(biāo)比較低， 運(yùn)算速度大約在 2千萬(wàn)次每秒，只能采 用 DSP 的匯編語(yǔ)言編寫(xiě)高效、專用的程序 代碼。 20 世紀(jì) 90年代前半期， DSP 的運(yùn)算速度接近 1億次每秒，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始采用 C 語(yǔ)言的編程方法，以求降低開(kāi)發(fā)難度、縮短開(kāi)發(fā)周期，但受限于 DSP 的速度、存儲(chǔ)器容量、整個(gè)硬件系統(tǒng)的成本，只能部分地采用 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，關(guān)鍵程序段仍然要結(jié)合 DSP 的硬件特點(diǎn)，編寫(xiě) DSP 匯編程序。目前，最快的 DSP 運(yùn)算速度已經(jīng)超過(guò) 10億次每次，外圍器件，特別是高速、大容量的 SDRAM 型存儲(chǔ)器的性能也越來(lái)越高。性價(jià)比的大幅度提高，有利于克服 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)的種種局限，如代碼效率低、代碼占用的存儲(chǔ)容量太大等缺陷已不再是設(shè)計(jì)者考慮的主要問(wèn)題，設(shè)計(jì)者考慮的主要問(wèn)題是如何縮短開(kāi)發(fā)周期 。 20世紀(jì) 90 年代后期， Matlab 作為一種有效的信號(hào)處理工具出現(xiàn)后，逐漸滲透到 DSP 的設(shè)計(jì)當(dāng)中。 Matlab 是一個(gè)強(qiáng)大的分析、計(jì)算和可視化工具，使用非常方便。在 DSP 系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，利用 Matlab 還可以產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù)，供調(diào)試DSP 時(shí)使用，并且將 DSP 的處理結(jié)果和 Matlab 的處理結(jié)果進(jìn)行比較和驗(yàn)證。在這過(guò)程中，先要用 Matlab 進(jìn)行模擬驗(yàn)證，模擬結(jié)果滿意后，我們常常把 Matlab的結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，與用 C或 DSP 匯編編寫(xiě)的 DSP 代碼執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行比較。這兩者之間通常會(huì)有差別，出現(xiàn)差別的主要原因在三個(gè)方面： 1，代碼編寫(xiě)有誤； 2，實(shí)時(shí)處理時(shí)， DSP 外圍硬件接口問(wèn)題； 3，算法用 DSP 實(shí)現(xiàn)時(shí)，數(shù)據(jù)要量化，存在量化誤差。 編寫(xiě) DSP 的 C、匯編語(yǔ)言程序與縮寫(xiě) Matlab 程序當(dāng)然不是