電子技術(shù)課程中處理器在環(huán)仿真的應(yīng)用.

1、電子技術(shù)課程中處理器在環(huán)仿真的應(yīng)用引言用戶(hù)通過(guò)Matbb軟件,采用基于模型設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行建模仿真， 來(lái)學(xué)習(xí)電力電子轉(zhuǎn)換器的工作原理，進(jìn)行對(duì)主回路以及控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)。利用Matlab中Simulink工具進(jìn)行模型設(shè)計(jì),然后將設(shè)計(jì)好的 控制模型模塊運(yùn)用目標(biāo)代碼直接生成功能，轉(zhuǎn)換為數(shù)字程序，再聯(lián)合 CCS進(jìn)行聯(lián)合仿真對(duì)控制模型進(jìn)行驗(yàn)證，最后將聯(lián)合仿真驗(yàn)證正確的 控制算法程序下載到平臺(tái)的DSP芯片中，再次驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路及控 制算法的正確性2-3o將Metbb軟件與CCS軟件成功安裝之后，在 Matlab/Simulink環(huán)境下搭建目標(biāo)代碼直接生成模型之前，需要下載 C20XX系列的硬件支持包；對(duì)模

2、型進(jìn)行編譯生成工程文件和燒錄文件 之前，需要將Matlab軟件與CCS軟件進(jìn)行鏈接，使Matlab在編譯過(guò) 程中能順利調(diào)用CCS軟件，以便于生成工程文件和燒錄文件4。1離散仿真模型的搭建在Matlab/Simulink中搭建三相半橋DC/AC的仿真模型5-6,其 中仿真模型中主電路模型如圖1所示。PIL仿真模型如圖2所示，其 中Controller模塊是電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)控制器；RateTransition為采樣頻率 轉(zhuǎn)換器，由于DSP芯片控制頻率與Matlab仿真步長(zhǎng)頻率不一致，在 做PIL仿真時(shí)需要對(duì)仿真頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，RateTransitionl為輸入側(cè)， 設(shè)置的數(shù)值由做PIL仿真時(shí)DSP芯片

3、所需控制頻率決定，若DSP控制 頻率為10K,則該模塊的設(shè)置值為le-4,該值的設(shè)置決定了在PIL仿 真時(shí)單位時(shí)間內(nèi)DSP執(zhí)行生成代碼的頻率;RateTransition2為輸出側(cè), 設(shè)置的數(shù)值由模型的仿真步長(zhǎng)決定，其設(shè)置值應(yīng)與仿真步長(zhǎng)相同；數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換模塊Single和Double是Matlab/Simulink和DSP芯片進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換的紐帶，在Simulink環(huán)境下，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)一般都為 Double類(lèi)型，而Matlab與DSP芯片進(jìn)行通訊時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)的位寬要 求不高于32位，因此從Matlab輸入的數(shù)據(jù)必須由Double類(lèi)型轉(zhuǎn)換 成Single類(lèi)型，從模塊輸岀到Matlab的數(shù)據(jù)由

4、Single類(lèi)型轉(zhuǎn)換到 Double類(lèi)型，兩者在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換才能保證PIL 仿真的正常運(yùn)行7-12o打開(kāi)圖2中的Controller模塊，其搭建的控制 策略的模型如圖3所示。為了實(shí)現(xiàn)了逆變器的控制，需要研究合適的 控制算法，圖3中電流內(nèi)環(huán)模型的搭建如圖4所示。通過(guò)Park變換 將所測(cè)的逆變器側(cè)電流由三相靜止坐標(biāo)下的交流量變?yōu)橥叫D(zhuǎn)坐 標(biāo)下的直流量，再通過(guò)PI控制器構(gòu)成的負(fù)反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)Id和lq的 控制。將ld_ref的大小設(shè)置為0.7A,進(jìn)行仿真，得到labc的波形如 下所示，電流幅值最終穩(wěn)定在0.7A左右。如圖5所示。其仿真結(jié)果 實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相半橋DC/AC仿真搭建的驗(yàn)證

5、。2處理器在環(huán)(PIL)仿真所謂處理器在環(huán)(PIL)仿真，就是基于模型的設(shè)計(jì)而自動(dòng)生成的C 代碼，可以將其直接下載至控制板中運(yùn)行。為了進(jìn)一步驗(yàn)證基于模型 的設(shè)計(jì)而自動(dòng)生成的代碼的可行性，可以通過(guò)Metbb和DSP控制器 間的聯(lián)合仿真進(jìn)行處理器在環(huán)測(cè)試，在該測(cè)試中，除了控制器是實(shí)物, 其它均為虛擬硬件13-16,這是對(duì)系統(tǒng)的一種半實(shí)物仿真。利用上節(jié) 所搭建的三相半橋DC/AC的仿真模型來(lái)做處理器在環(huán)仿真，以驗(yàn)證所 設(shè)計(jì)的控制策略的正確性，以及處理器在環(huán)仿真的可行性。其處理器 在環(huán)仿真步驟如下：（1）將USB轉(zhuǎn)TTL通訊模塊與DSP板進(jìn)行連接, 并在電腦設(shè)備管理器上查看通訊口為COM幾，并在屬性中

6、設(shè)置波特 率；（2）在Matlab命令欄中輸入命令，串口號(hào)根據(jù)設(shè)備管理器中的 查看得到的串口一致；（3）配置Configuration中的Solver,其中 Fixed-stepsize的設(shè)置根據(jù)仿真步長(zhǎng)決定；（4 ）配置 Hardwareimplementation,其中 CCSconfiguration 根據(jù)自己的配置文件 所在路徑進(jìn)行設(shè)置，不要使用默認(rèn)選項(xiàng)，否則程序有可能出現(xiàn)下載不 成功的現(xiàn)象。將Groups中的Externalmode界而中參數(shù)進(jìn)行配置，注 意COM串口要與步驟中查看的COM 口一致；（5）配置Verification 參數(shù),將 Advancedpa-rameters

7、的 Createblock 選擇為 PIL； （6）將想 要生成代碼的控制算法封裝成一個(gè)子系統(tǒng)，如圖6所示，搭建的仿真 模型中的Controllero （7）右鍵子系統(tǒng)模塊，點(diǎn)擊C/C+Code中的 DeploythisSubsystemtoHardware,再點(diǎn)擊跳出窗口里的 Build,會(huì)在新 的窗口里生成PIL模型；（8）將生成的PIL模塊移植至原來(lái)搭建的離 散模型中，替換被生成代碼的子系統(tǒng)；（9）將電腦和DSP芯片的下載 線和通訊模塊連接好，將DSP板通電，點(diǎn)擊仿真按鈕即可進(jìn)行PIL仿 真，在PIL仿真中換流器的輸出電流的波形如圖7所示。由圖7可知， 換流器輸出電流的幅值也控制為0.7

8、A,其整體波形也與之前Simulink 仿真波形一致，證明了 DSP中的算法能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制，生成的代碼沒(méi)有錯(cuò)誤。3結(jié)論控制算法的實(shí)現(xiàn)需要編寫(xiě)相關(guān)代碼，然后下載至相關(guān)控制器中實(shí) 現(xiàn)相應(yīng)功能。手編控制代碼不僅費(fèi)時(shí)和容易出錯(cuò)，而且不便于校驗(yàn)和 維護(hù)。Matlab為嵌入式處理器應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的功能，利 用 MathWorks 公司和 TI 公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 MATLABLinkforCCSDevelopmentTools 工具箱，可以實(shí)現(xiàn)對(duì) DSP 芯片的 可視化編程，像操作Matlab變量一樣來(lái)操作DSP器件的存儲(chǔ)器和寄 存器，使得用戶(hù)在Matlab環(huán)境下完成對(duì)DSP的操作，能夠極大提高 DSP應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。本文以電力電子能量轉(zhuǎn)換器三相半橋 DC/AC為例，在Simulink環(huán)境下構(gòu)建了離散仿真模型，利用處理器在 環(huán)仿真將生成的代碼運(yùn)行到目標(biāo)處理器上，以驗(yàn)證代碼和模型是否一 致