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具有外设丰富、性价比高、存储空间大、处理速

作者:lol菠菜 发布时间:2021-02-08 17:35 点击:

  逆变器作为风力发电系统与电网的接口,承担着核心电能变换和控制的作用,同时是系统中极易发生故障的薄弱环节,系统能否向电网或负载提供优质的电能,逆变器起到至关重要的作用。为了确保电网稳定运行,提高电能质量,逆变器的故障诊断尤为重要,因此近些年逆变器的故障诊断研究成为了国内外学者的研究热点。TMS320F28335 DSP作为TI公司推出的32位浮点数字控制处理器,其主频150 MHz,具有外设丰富、性价比高、存储空间大、处理速度快等优点

  逆变器系统是典型的相互依赖、错综复杂的混杂系统[6],传统的DSP系统的代码编程费时费工、效率低。Mathworks公司和TI公司联合推出TSP工具,使得在Simulink环境下即可进行嵌入式系统建模、仿真、代码生成及调试工作,大大提高了工程开发效率。本文在逆变器系统上实现代码自动生成。

  代码自动生成技术是指用特定的软件(MATLAB)或者软件中特定的工具箱,建立目标代码的系统仿真模型,并根据特定的目标配置自动生成嵌入式系统应用程序[7-8]。

  应用代码生成技术不需要逐句逐行的编写模型仿真所需要代码,并较容易进行相应的调试。与传统设计方法相比,明显具有开发周期短、费用低、效率高等特点。

  首先根据需求确定系统设计标准,在Simulink平台中根据设计思路建立系统仿真模型;其次,根据系统设计要求设置模型参数及仿真环境,并植入相应的智能算法,完成配置工作后进行模型仿真,在仿真过程中实时观测仿真结果。如若仿真结果与预计结果有偏差,则及时完善仿真模型或参数设置并进行反复修正,直至仿真结果与理论结果吻合。仿真完成后对Simulink模型进行目标环境配置,设置系统文件及硬件调试环境,编译代码生成模型,生成代码执行文件(.out),连接硬件调试板,下载执行文件,运行程序,观察并测试系统参数。其开发流程如图1所示。

  三电平逆变器是常见的电力电子电路拓扑结构,由以两电平变换器的一个桥臂为基本开关单元经过串并联拓扑而成[13],基本开关单元为图2结构,此电路只输出两种电平,通过此基本开关单元的串联或并联的形式加以组合,以达到输出端输出多于两个电压等级的电压值。可构成如图3所示的三电平逆变器的单相桥臂,3个同样的桥臂并联再与直流电源等必要器件相结合,即可得到三电平全桥逆变器结构。

  对桥臂上的IGBT按调制算法规律进行有序的控制,使IGBT按照固有的规律工作,即可输出三电平全桥交流电压波。其调制算法如图4所示,正半轴载波和调制波生成互补的两列触发脉冲,分别触发VT1和VT3;负半轴载波和调制波生成互补的两列触发脉冲,分别触发VT2和VT4。VT1和VT2的控制脉冲p1和p2如图5所示。输出线所示,与传统两电平逆变器相比,三电平逆变器功率管的耐压、容量提高了一倍,降低了输出线电压的du/dt,波形得到明显改善,对比与两电平线电压更趋近于正弦波。

  三电平PWM为12路触发脉冲,如若在CCS中逐句逐行编写程序,则是非常庞大的任务量,而且在编程过程中不可避免地会出现错误,需要不停地修改和测试代码,需花费大量的人力。为节约人力和时间,减少出错率,提高开发效率,利用自动代码生成技术来生成三电平PWM控制脉冲。建立三电平PWM自动代码生成模型如图7所示。

  TSP工具箱中只提供DSP的外围接口,需要利用Simulink的其他工具搭建三电平PWM模型,再由TSP中的Digital Output模块定义输出端口

  Model Configuration Parameter环境配置,在Solver中设置仿真环境为离散环境,Hardware Implementation>

  Model Configuration Parameter环境配置,在Solver中设置仿真环境为离散环境,Hardware ImplementationHardware board设置TI Delfino F2833x目标板,在Code Generation>

  Hardware board设置TI Delfino F2833x目标板,在Code GenerationSystem target file设置ert.tlc系统文件,Toolchain选择CCS开发环境TI CCSV6 C2000,Interface>

  System target file设置ert.tlc系统文件,Toolchain选择CCS开发环境TI CCSV6 C2000,InterfaceCode replacement library设置为TI C28x。代码优化Code Placement>

  Code replacement library设置为TI C28x。代码优化Code PlacementFile packaging format设置为Compact,可优化生成代码的逻辑结构,提高代码的可读性。

  以上建模及目标环境配置完成后,按Ctrl+B组合快捷键编译模型,或者在模型工具栏中找到编译工具点击编辑模型,如若模型设计及环境配置无误,即可生成.out执行文件,此文件可由CCS下载到DSP中运行。

  从整个设计过程来看,DSP开发人员只需在MATLAB中进行Simulink模型设计、构建、仿真及目标环境配置,替代了编写、调试DSP代码的复杂过程,减低了出错率,提高了工作效率。

  本文设计了以TI公司的TMS320F28335为主控芯片的逆变器系统,系统由PC、电源、电源扩展模块、光电隔离模块、核心控制模块、逆变模块等组成。该系统中逆变器结构可从两电平三电平的结构拓扑,并可以提供逆变器结构性故障全模式,可进行逆变器智能控制及故障诊断技术的研究。

  连接各模块组建实验系统,所有硬件电路接电等待开启。将自动生成的三电平PWM可执行.out文件下载到DSP芯片并运行,开启所有电路电源开关,观测脉冲信号和逆变器输出线仿真结果吻合。

  示波器显示波形如图10所示。对比图10与图6,可看出示波器波形与仿真结果完全吻合。

  针对工作在高频状态下的典型混杂系统逆变器系统的智能控制及故障诊断的DSP代码开发周期长、效率低、实现比较繁琐的问题,提出基于代码生成技术实现的方法。介绍了代码生成技术及其开发流程,并以三电平PWM代码生成为例展开说明,最后在逆变器实物系统中实现三电平PWM代码的调试。结果证明,该方法简单实用、开发周期短、错误率低、效率有明显提高。为逆变器智能控制及故障检测与诊断算法实践验证提供了方便,具有很高的实用价值。

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