факультет електроенерготехніки та автоматики "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

Високопродуктивний уніфікованих контролер на основі DSP TMS320F28335 для електромеханічних систем

Високопродуктивний уніфікованих контролер на основі DSP TMS320F28335 для електромеханічних систем

Функціональна схема розробленого уніфікованого контролеру показана на рис. 1, а його зовнішій вигляд – на рис. 2. Ядро контролеру засновано на цифровому сигнальному процесорі (ЦСП)  TMS320F28335, який має 32-розрядне ядро з модулем виконання операцій над числами з плаваючою комою (Floating Point Unit), модулі прямого доступу до пам’яті і обробки переривань, а також широкий набір комунікаційних інтерфейсів і периферійних модулів.

контролер1

Рис. 1. Функціональна схема уніфікованого контролеру

Конструктивне виконання контролеру забезпечує можливість його вбудовування як до існуючих, так і силових перетворювачів, які розроблюються.

Спеціалізовані периферійні модулі ЦСП, такі як генератори широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), оброблювачі квадратурних сигналів від фотоімпульсних давачів швидкості (QEP), модулі захвату сигналів (CAPture), аналогово-цифрові перетворювачі (ADC – analogue to digital controller), використовувані для побудови керуючих приладів електротехнічних та електромеханічних систем характеризуються високими показниками якості первинної обробки сигналів та гнучкістю налаштування з різними схемотехнічними рішеннями.

Дані властивості зберігаються і в схемах узгодження сигналів, що розташовані на платі контролеру, з метою забезпечення достатньо високого рівня уніфікації. Як видно з рис. 1, в контролері передбачена можливість використання високошвидкісних комунікаційних інтерфейсів, що дозволяє будувати розподілені системи керування в реальному часі, здійснювати візуалізацію динамічних процесів і робити настроювання системи. Основні характеристики контролеру зведені в табл. 1.

контролер2

Рис. 2. Зовнішний вигляд контролеру

          Таблиця 1. Характеристики контролеру

Тактова частота, розрядность ядра/пам’яті 150 МГц, 32-bit/16-bit
Пам’ять 256k х 16 Flash, 34k x 16 SRAM, 8k x 16 Boot ROM 1k x 16 OTP ROM (on-chip); 512k x 16 SRAM, 1k х 8 Serial EEPROM (on-board)
Кількість універсальних аналогових входів 8,  12 розрядний АЦП з часом перетворення 80 нс
Дискретні входи / виходи 16/16
Керування силовими перетворювачами 9 конфігурованих ШІМ виводів; 6 входів для сигналів драйверного захисту силових ключів
Сигнали фотоімпульсних давачів швидкості; модулі захвату сигналів 2 каналу для підключення фотоімпульсних давачів швидкості /положення; до 6 входів модулю захвату сигналів
Комуникаційні інтерфейси USB 2.0 (on-board); 1 синхронний послідовний порт; 2 асинхронних послідовних портів; сигнали CAN інтерфейсу для зовнішнього трансіверу
Програмування та налагодження Інтерфейс JTAG, три налагоджувальних світлодіода
Габарітні розміри, живлення 125 х 80 х 25, +5 В

Розробка та відладка програмного забезпечення контролеру здійснюється за допомогою JTAG інтерфейсу і програмного пакету Сode Composer Studio.

Завдяки високій продуктивності процесора, багатій периферії і функціональній гнучкості, розроблений контролер дозволяє реалізувати практично будь-який з відомих алгоритмів керування двигуном змінного або постійного струму.

Для уніфікованого контролеру розроблено базове програмне забезпечення (ПЗ), яке фактично є його операційною системою. ПЗ має типову структуру, яка застосовується в системах реального часу, при цьому квантування за часом здійснюється по перериваннях апаратного таймеру процесора з регульованим тимчасовим інтервалом.

Для керування силовими перетворювачами розроблено підпрограми формування імпульсів управління ключами за законами векторної і скалярної ШІМ з налаштованим мертвим часом, а також реалізована компенсація впливу мертвого часу на процеси управління електричної машиною.

Модуль вимірювання аналогових сигналів синхронізований з процесами генерування ШІМ так, що аналогові перетворення здійснюються в моменти часу, коли відсутня комутація силових ключів, що дозволяє мінімізувати комутаційні перешкоди в сигналах вихідних струмів інвертора.

Зв’язок керуючого контролера з персональним комп’ютером (ПК) організована з використанням USB-інтерфейсу. Для налаштування систем побудованих на основі розробленого уніфікованого контролера розроблено спеціальне програмне забезпечення, яке дає можливість зчитувати і встановлювати необхідні значення параметрів, а також візуалізувати процеси в реальному масштабі часу, з подальшим збереженням результатів в зручних для подальшого аналізу форматах. Під час проведення експерименту одночасно можуть відображатися до 16 внутрішніх змінних контролера з дискретністю 200..800 мкс.

З огляду на високу продуктивність і широкі можливості по візуалізації процесів, контролер може бути використаний не тільки для промислового впровадження нових алгоритмів управління, а й для побудови дослідницьких лабораторних установок із застосуванням концепції швидкого прототипного тестування. При цьому розроблене базове ПЗ, дозволяє здійснювати практичну реалізацію нових алгоритмів управління в короткі терміни, співмірні з часом, який витрачається на побудову моделі в популярних пакетах моделюють програм.

Статистика



За результатами 2 семестру

2019/2020 навчального року


Всього навчається: 162,
з них на бюджеті: 157.

Оголошення



Увага

Всі форми навчання в КПІ ім. Ігоря Сікорського переводяться на дистанційне навчання з 12.03.2020 по 03.04.2020. Освітній процес реалізувується з використанням електронних кабінетів в системі "Електронний кампус" та інших засобів зв'язку.
Всі масові заходи на цей час на території університету заборонені.
Бережіть себе та не хворійте.

Очні консультації під час карантину.


Згідно з наказом КМУ № 211 відвідування закладів освіти її здобувачами заборонено, тому всі питання вирішуються у динстанційному режимі.
У випадку виникнення критичних запитань щодо навчального процесу, які не можна вирішити дистанційно, потрібно записатись на консультацію з 10.00 до 13.00 через Telegram або телефоном
+380 (95) 794-45-98.
Решетник Віктор Сергійович.

Дистанційні консультації доступні зі всіма викладачами з 9:00 до 17:00 через інтернет. Контакти викладачів можете дізнатися у старост.

Партнери