能量释放控制系统的软件设计

　　能量释放控制系统的程序实现是整个控制系统的“大脑”，它必须能够安全可靠的工作，协调储能飞轮的各个组成部分和谐地工作，实现姿态控制、能量存储与释放的功能。本设计主要的工作是设计能量释放部分，控制其设计，即释放出外部负载所需要的稳定的直流电压。

　　本系统的控制软件主要完成储能飞轮的放电过程，通过对降压斩波器进行控制，以获得理想的输出电流、电压，并得到很高的功率因数。系统控制程序协调整个系统能够工作，在整个系统中有着很重要的地位。而TMS320LF240X DSP作为新一代控制器，它的指令系统侧重于数字运算、信号处理以及高速测控等通用目的的应用。它的指令系统可分为硬指令和汇编指令两类，硬指令终参加处理器的运行操作，而汇编指令仅仅在汇编连接的过程中起作用，因此其实时性和可靠性都有很高的保证。

　　考虑到电机的实时控制，为了限度地减小目标代码，节省程序运行的时间，提高实时性，本系统的软件全部由汇编语言编程。

　　本能量释放系统的控制程序主要完成以下功能：

　　1）开机时进行跳线状态检测；

　　2）完成霍尔转子位置传感器信号的检测和译码，并计算得出转子的实时速度；

　　3）根据转子转速值与所给出的固定值进行比较，判断是否进行能量转换，高出固定值则进行能量转换，否则关断变换器开关管，不进行能量变换；

　　4）以20kHz的频率检测储能飞轮能量输出端电流、电压值，变换器终输出端的反馈电压值；

　　5）根据检测到的电流值电压值，通过程序算法生成相应占空比，终得到PWM控制信号，从而控制变换器终输出的电压值，保证星上设各的供电质量。

　　1．程序设计规范

　　（1）模块程序设计 模块程序设计是DSP和单片机应用中常用的一种程序设计技术。它是把一个功能完整的较长的程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块，各个程序模块分别进行设计、编制程序和调试，把每个调试好的程序模块联成一个完整的程序。

　　模块设计的优点是：单个功能明确的程序模块的设计和调试比较方便，容易完成，一个模块可以为多个程序所共享，还可以利用现成的程序模块（如各种现成的子程序）；缺点是：各个模块的连接有时会有一定的难度。程序模块的划分没有一定标准，一般可以参考以下的原则：每个模块不宜太大；力求使各个模块之间界限明确，在逻辑上相对独立；对一些简单的任务不必模块化；尽量利用现成的程序模块；

　　（2）自顶向下的程序设计 自顶向下的程序设计时，先从主程序开始设计，从属的程序或子程序用符号来代替。主程序编好后再编制从属的程序和子程序，完成整个系统软件的设计，调试也是按这个次序进行。

　　自顶向下程序设计的优点是：比较习惯于人们的日常思维，设计、调试、测试和连接同时按一个线索进行，程序错误可以较早的发现；其缺点是：上的程序错误将对整个程序产生影响，一处修改可能引起整个程序进行全面的修改。

　　2．总体实现方案

　　本系统的软件采用的控制方法是电压外环闭环系统，并且直接检测交流侧电流信号和输出电压反馈并加以控制，系统响应快，动态响应好。

　　DSP控制程序主要采用中断的方式来执行，通过设定计时器寄存器来确定中断周期。中断周期即采样控制周期设定为20kHz，中断开始采样控制，完成后返回主程序。

　　图所示为算法实现的DSP内部实现，它由TMS320LF2407A DSP的 转速CPU、存储器、A／D转换器、数字I／O模块的CAP捕获功能单元、PWM波形

　　发生模块等组成，整体由控制器电源供电。其中，数字I／0模块的CAP捕获功能单元对电机霍尔效应转子位置传感器进行转子位置和速度信号的检测，经PWM CPU的检测和译码，作为APFC的速度 图DSP控制算法的内部实现框图输入信号。速度反馈信号是为了检测高速磁悬浮储能飞轮的转速，由于储能飞轮转子由高速降速至低速时输出电压比较低，此时动能也较低，放电深度有限不能达到100％，所以当转速低于某个值（此数值因应用于不同的储能飞轮而有所不同）时，要求PWM占空比为0，关闭开关管。电压反馈信号经过A／D转换器转变为数字信号，再经由CPU运算输人到APFC模块，经过PWM波形发生模块比较寄存器的值进行比较生成PWM控制信号。PWM控制信号通过调节其占空比来调节转换器开关管的占空比，从而调节直流降压斩波器的输出电压，保证终输出稳定的直流电压。所有控制算法实现的程序都存放在存储器中。

　　图 DSP控制算法的内部实现框图