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基于μC/OS-Ⅱ的變頻器變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計
摘要：介紹了抽油電機變頻器變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)功能原理，如何利用μC/OS-II的多任務(wù)功能實現(xiàn)控制系統(tǒng)的算法結(jié)構(gòu)變換，操作系統(tǒng)的移植、多任務(wù)的建立和SDK下的軟件設(shè)計；最后總結(jié)了在應(yīng)用中需注意的問題。關(guān)鍵詞：μC/OS-Ⅱ 多任務(wù) DSP56P803 變結(jié)構(gòu)控制
在油田生產(chǎn)中為了節(jié)省電能并減小故障率，變頻器得到越來越多的應(yīng)用。但由于油井負載的非周期大脈動性質(zhì)，從能量的流向來看，變頻器有兩種運行狀態(tài)——電動運行和回饋制動。不同運行狀態(tài)的控制變量和控制方法是不同的，這就要采用所謂的變結(jié)構(gòu)控制。本應(yīng)用是實現(xiàn)抽油電機變頻驅(qū)動中的變結(jié)構(gòu)控制，不同的控制結(jié)構(gòu)通過任務(wù)間的切換實現(xiàn)。
系統(tǒng)控制核心采用DSP56F803，它是Motorola公司推出的16位DSP型微控制器，運算速度可達40MIPS，片內(nèi)資源豐富，有強大的軟件支持，是嵌入式應(yīng)用的理想選擇。本系統(tǒng)應(yīng)用了其SPI、SCI、PWM、鍵盤中斷及通用I/O口等功能模塊。
1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 μC/OS-Ⅱ的移植與配置
Motorola公司提供的軟件開發(fā)工具包SDK為使用μC/OS-Ⅱ做好了鋪墊工作，與硬件相關(guān)的文件OS_CPU.H、OS_CPU_A.SM和OS_CPU_C.C已經(jīng)給出，只需購得系統(tǒng)源代碼，然后將其考入指定的文件目錄，系統(tǒng)的移植就完成了。本文采用最新版本μC/OS-ⅡV2.51。
系統(tǒng)移植成功后，需要對操作系統(tǒng)進行配置(裁剪)，把用不到的功能去掉，以最大限度地節(jié)省存儲空間。這項工作是通過os_cfg.h中的宏定義進行的，本文只用到了多任務(wù)管理、信號量、互斥量等功能。在本應(yīng)用中，μC/OS-Ⅱ內(nèi)核經(jīng)過剪裁后只有3KB左右，相對DSP56F803的32KB內(nèi)部程序Flash只用了不到十分之一。需注意的另一個關(guān)鍵設(shè)置是時鐘節(jié)拍中斷頻率Os_TICKS_PER_SEC，它是系統(tǒng)多任務(wù)運行所依賴的時間基準，也決定了任務(wù)重復(fù)調(diào)用的最快頻率。這里缺省設(shè)為1000，要比文獻[3]中的推薦值高出一個數(shù)量級。但實際應(yīng)用表明，DSP56F803以其高運算速度在這個設(shè)置下是完全勝任的。
1.2 系統(tǒng)功能
根據(jù)油田生產(chǎn)的要求，系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能：鍵盤輸入、參數(shù)顯示、三相電流采集、直流側(cè)電壓采集、溫度采集、變頻指令輸出以及保護等。系統(tǒng)對電流、電壓、溫度進行周期性采樣，采樣值經(jīng)過數(shù)字信號處理，作為控制器的參數(shù)，最后由控制算法得出控制量，經(jīng)PWM和D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)送給變頻器，形成反饋閉環(huán)控制。系統(tǒng)運行過程中實時顯示電流、溫度等參數(shù)，并可以通過鍵盤對控制器進行參數(shù)在線設(shè)定。另外，高溫、過流等保護功能必不可少。系統(tǒng)原理如圖1。控制器根據(jù)直流側(cè)電容C上電壓的大小來確定以哪一種控制結(jié)構(gòu)運行。當(dāng)直流側(cè)電壓不超過設(shè)定值時，系統(tǒng)以電動狀態(tài)運行。超過設(shè)定值時要以回饋制動方式運行，要求兩種工作狀態(tài)要互鎖，切換要準確、及時。
1.3 任務(wù)的創(chuàng)建及變結(jié)構(gòu)控制的實現(xiàn)
[1] [2] [3] [4]
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