CAN總線在基于DSP 的逆變器并聯(lián)運行控制中的應用
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擴展幀的結構為圖2 所示。CAN 協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點是可以使網絡內的節(jié)點數在實際應用中幾乎不用考慮;數據塊的標識符可以由11位或29位二進制數組成,因此可以定義211或229個不同的數據塊。這種按數據塊編碼的方式,還可以使不同的節(jié)點接收到相同的數據,這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。
圖2 擴展幀的結構
總之,CAN總線由于其卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計,特別適合工業(yè)工程監(jiān)控設備的互連,因此,越來越受到工業(yè)界的重視,并已成為公認的最有前途的現場總線之一。
3 基于DSP 的逆變器并聯(lián)運行控制器中的CAN通信應用
我們以TI 公司的數字信號處理器DSP TMS320LF2407A 為核心設計制作了逆變器并聯(lián)運行控制器,采用了“基于搶占與并發(fā)的同步控制方式”,利用CAN總線在各逆變器之間進行數據通信,傳遞各模塊的模塊號和輸出電流有效值,然后各模塊計算出單個模塊的理想輸出電流值,再根據自己的實際輸出值與理想值之間的誤差來調節(jié)模塊輸出電壓的大小,從而實現均流控制。我們稱這種方法為“直接電流均流法”。
3. 1 DSP TMS320LF2407A 的CAN模塊簡介
TMS320LF2407A 是德州儀器公司TI 的一種16 位定點數字信號處理器。它在芯片里集成了幾種先進的外設,包括事件管理器、模數轉換器、串行外設接口、串行通信接口和CAN 控制器等,成為真正的單芯片控制器。
該DSP 中內嵌的CAN 控制器模塊是一個完整的、完全支持CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器。它集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能,可以完成對通信數據的成幀處理,包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等工作。它具有6個郵箱,每個郵箱的數據長度為0～8個字節(jié)。這6個郵箱中2個為接收郵箱,2個為發(fā)送郵箱,還有2個可以配置為接收或者發(fā)送郵箱;每個接收郵箱都設有局部接收屏蔽寄存器用以控制對總線上的數據進行有選擇的接收;有可編程的位定時器,用以確定數據的傳輸速率;有可編程的CAN總線喚醒功能;具有自動回復遠程請求的功能;當發(fā)送出現錯誤或仲裁中丟失數據的時候,CAN控制器模塊具有自動重發(fā)的功能;此外,它還有總線錯誤診斷功能;有可以編程配置的中斷系統(tǒng)。它的應用也非常簡單,只要在初始化時按照設計好的工作方式和工作參數設置相應的控制寄存器,然后在程序中需要發(fā)送數據地方把數據寫到某個發(fā)送郵箱,再把發(fā)送控制位置位,即可完成數據輸出;數據輸入可以采用中斷方式實現。
3. 2 系統(tǒng)的硬件結構
系統(tǒng)的硬件結構如圖3所示。圖3中只畫出了一個單元的結構, 不同單元之間通過同步母線、CAN 總線和交流輸出母線連接起來。
圖3 系統(tǒng)硬件結構圖
在每個單元中,逆變器輸出電流的檢測信號經過線性光隔進行光電隔離后進入DSP,在數據采集中斷服務程序控制下,經內部的10位A/D轉換器轉換成數字量,用于計算電流有效值;DSP按照控制算法輸出具有一定相位和幅值的正弦波數字量,經過D/A 轉換,變換成模擬信號送給逆變器作為SPWM調制的基準信號。DSP的CAN模塊通過外接的驅動器連到總線上,與其它單元通訊。
3. 3 軟件結構
本系統(tǒng)的軟件結構如圖4 所示。主程序在完成初始化后就打開中斷。在同步中斷服務程序中進行同步處理,在數據采集中斷服務程序中進行數據采集和正弦波給定輸出(同步以后) 。當一個周期結束以后,就計算出此周期的電流有效值,并通過CAN總線發(fā)送給其它模塊。不同單元的數據通過模塊號予以區(qū)別。然后再按照控制策略進行數據通信和均流控制,進入下一個周期。數據采集利用定時器中斷進行定時,在每個交流電周期的256個固定點上對輸出電流進行采樣,供主程序中計算有效值使用;然后根據同步是否正常確定是否輸出正弦波給定。在CAN 中斷接收服務程序中,把接收到的數據按照不同單元的模塊號存放到一張模塊數據表中的相應位置,供主程序計算時使用。
圖4 系統(tǒng)軟件流程圖
4 結 論
我們采用“基于搶占與并發(fā)的同步控制方式”和“直接電流均流法”的控制策略,利用DSP 內嵌的CAN 控制器模塊實現不同逆變器之間的數據通信,開發(fā)制作了DSP控制器,并分別進行了2臺和3臺單相3kVA 逆變器的并聯(lián)實驗。實驗證明:不論是在純阻性負載或者是帶有電抗性的負載,或者是整流性負載的情況下,都可以有效地抑制環(huán)流,較好地實現了負載的均分。實驗結果表明:這種方法是有效和可靠的。
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