CAN總線在基于DSP 的逆變器并聯(lián)運行控制中的應(yīng)用
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擴展幀的結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點是可以使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點數(shù)在實際應(yīng)用中幾乎不用考慮;數(shù)據(jù)塊的標識符可以由11位或29位二進制數(shù)組成,因此可以定義211或229個不同的數(shù)據(jù)塊。這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式,還可以使不同的節(jié)點接收到相同的數(shù)據(jù),這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。
圖2 擴展幀的結(jié)構(gòu)
總之,CAN總線由于其卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計,特別適合工業(yè)工程監(jiān)控設(shè)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(xiàn)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(yīng)用
我們以TI 公司的數(shù)字信號處理器DSP TMS320LF2407A 為核心設(shè)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(shù)據(jù)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(jù)自己的實際輸出值與理想值之間的誤差來調(diào)節(jié)模塊輸出電壓的大小,從而實現(xiàn)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(shù)字信號處理器。它在芯片里集成了幾種先進的外設(shè),包括事件管理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、串行外設(shè)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(nèi)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(shù)據(jù)鏈路層功能,可以完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理,包括位填充、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shè)有局部接收屏蔽寄存器用以控制對總線上的數(shù)據(jù)進行有選擇的接收;有可編程的位定時器,用以確定數(shù)據(jù)的傳輸速率;有可編程的CAN總線喚醒功能;具有自動回復(fù)遠程請求的功能;當發(fā)送出現(xiàn)錯誤或仲裁中丟失數(shù)據(jù)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(yīng)用也非常簡單,只要在初始化時按照設(shè)計好的工作方式和工作參數(shù)設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器,然后在程序中需要發(fā)送數(shù)據(jù)地方把數(shù)據(jù)寫到某個發(fā)送郵箱,再把發(fā)送控制位置位,即可完成數(shù)據(jù)輸出;數(shù)據(jù)輸入可以采用中斷方式實現(xiàn)。
3. 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中只畫出了一個單元的結(jié)構(gòu), 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(jié)構(gòu)圖
在每個單元中,逆變器輸出電流的檢測信號經(jīng)過線性光隔進行光電隔離后進入DSP,在數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)程序控制下,經(jīng)內(nèi)部的10位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)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(shù)字量,經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換,變換成模擬信號送給逆變器作為SPWM調(diào)制的基準信號。DSP的CAN模塊通過外接的驅(qū)動器連到總線上,與其它單元通訊。
3. 3 軟件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)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(wù)程序中進行同步處理,在數(shù)據(jù)采集中斷服務(wù)程序中進行數(shù)據(jù)采集和正弦波給定輸出(同步以后) 。當一個周期結(jié)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(shù)據(jù)通過模塊號予以區(qū)別。然后再按照控制策略進行數(shù)據(jù)通信和均流控制,進入下一個周期。數(shù)據(jù)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(jù)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(wù)程序中,把接收到的數(shù)據(jù)按照不同單元的模塊號存放到一張模塊數(shù)據(jù)表中的相應(yīng)位置,供主程序計算時使用。
圖4 系統(tǒng)軟件流程圖
4 結(jié) 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(nèi)嵌的CAN 控制器模塊實現(xiàn)不同逆變器之間的數(shù)據(jù)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(xiàn)了負載的均分。實驗結(jié)果表明:這種方法是有效和可靠的。
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