摘要：直接轉(zhuǎn)矩控制目前已經(jīng)應(yīng)用到同步機(jī)和異步機(jī)的各種控制系統(tǒng)中，由于其采用BangBang控制，長控制周期將導(dǎo)致大電流和大的轉(zhuǎn)矩脈動這兩個(gè)突出問題，要使控制性能更為優(yōu)越必然對控制周期提出更高的要求。提高控制平臺性能是解決這些問題的有效途徑之一。TI公司的2000系列DSP是電機(jī)控制領(lǐng)域常用芯片，針對電機(jī)控制設(shè)計(jì)的事件管理器具有突出優(yōu)點(diǎn)。3X系列DSP則是性價(jià)比很好的通用芯片，浮點(diǎn)運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理速度快。為此采用雙DSP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從電機(jī)控制領(lǐng)域特點(diǎn)出發(fā)，利用TMS320LF2407A控制上的強(qiáng)大功能而專注于控制方面的工作；TMS320VC33浮點(diǎn)運(yùn)算能力強(qiáng)，則進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。使用雙口RAMCY7C025實(shí)現(xiàn)雙機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)交流和通信，使得不同MDSP優(yōu)勢充分體現(xiàn)，協(xié)同工作，大大提高控制平臺的性能。
　　關(guān)鍵詞：電機(jī)控制；直接轉(zhuǎn)矩控制；雙DSP；雙端口RAM；通信
　　0 引言
　　直接轉(zhuǎn)矩控制［1］是目前廣為研究的電機(jī)控制理論之一，已在異步機(jī)上取得了成功，而在同步機(jī)方面的應(yīng)用也已有了一定發(fā)展［2］。由于該理論直接對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，故瞬態(tài)性能得到了顯著的改善。但是，由于其采用的是Bang-Bang控制，控制周期過長會使電流過大；同時(shí)大周期會使轉(zhuǎn)矩脈動加大。為了解決這個(gè)問題可以從控制策略上加以改進(jìn)，比如采用SVM-DTC［3］來取代傳統(tǒng)DTC方案；也可以在控制平臺上加以考慮，提高處理器速度，縮短控制周期。以單個(gè)DSP為核心的控制平臺（常見的芯片如TI公司的2000系列），由于既要完成復(fù)雜的算法，還要執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、控制信號輸出、系統(tǒng)保護(hù)以及人機(jī)交互等一系列操作，無法有效地縮短控制周期。在綜合考慮了各種數(shù)字信號處理器的性能之后，決定采用雙DSP并行工作的體系結(jié)構(gòu)；并同時(shí)考慮到該控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，即在每個(gè)控制周期內(nèi)兩個(gè)DSP之間交換的信息很少，不同于諸如圖像采集系統(tǒng)［4］那樣，需要大流量的數(shù)據(jù)交換。由此采取了一系列特殊的設(shè)計(jì)思想。首先，在芯片的選型上兼顧了各自不同的特點(diǎn)，即專用于電機(jī)控制領(lǐng)域的芯片TMS320LF2407A專注于控制；高速通用數(shù)據(jù)處理芯片TMS320VC33則著眼于復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)，從而充分利用了各自的特點(diǎn)。其次，針對電機(jī)控制這一特定領(lǐng)域，需要采集的數(shù)據(jù)相對較少，同時(shí)反饋的也只是計(jì)算結(jié)果，即PWM波發(fā)送策略，并無大量中間結(jié)果，因此，需要考慮的重點(diǎn)是控制方法的實(shí)現(xiàn)，和數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)必須占用盡可能少的資源。同時(shí)由于數(shù)據(jù)量較少，可以用較小的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余，使得數(shù)據(jù)處理時(shí)更加靈活和方便，DSP之間并不一定保持同步工作狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DSP之間的數(shù)據(jù)交換和通信，選擇了雙口RAM作為兩者之間的媒介。并從硬件和軟件上相互配合，避免存儲空間爭用［5］的同時(shí)，使得數(shù)據(jù)存儲過程盡量少耗費(fèi)各種資源。
　　1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成
　　TMS320LF2407A最突出的特點(diǎn)在于其事件管理器模塊：共有兩個(gè)事件管理器EVA及EVB，提供了8個(gè)16位脈寬調(diào)制（PWM）通道。這些都是針對電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的，在PWM波的產(chǎn)生上相當(dāng)方便可靠；可編程的PWM死區(qū)控制可以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖而導(dǎo)致直通。同時(shí)每個(gè)模塊還提供了兩個(gè)外部引腳PDPINTA和PDPINTB，當(dāng)該引腳上出現(xiàn)低電平時(shí)事件管理器模塊將快速關(guān)閉相應(yīng)的PWM通道，起到保護(hù)作用。片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為數(shù)據(jù)采集提供了高性能的A/D轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間只有500ns。由于轉(zhuǎn)換時(shí)間是整個(gè)控制周期的組成部分之一，快速A/D對于縮短控制周期是非常有利的。
　　TMS320C3X系列DSP芯片是一種性能價(jià)格比很好的浮點(diǎn)處理芯片，具有很高的數(shù)據(jù)處理速度。片內(nèi)部分擁有34K×32位的RAM，在程序運(yùn)行期間，所有的數(shù)據(jù)都位于其中，從而能夠充分發(fā)揮哈佛總線結(jié)構(gòu)所帶來的數(shù)據(jù)吞吐量大、運(yùn)算快的優(yōu)點(diǎn)。在算法實(shí)現(xiàn)上，由于采用了浮點(diǎn)計(jì)算格式，將使計(jì)算精度得到提高；采用編程語言C會使程序編寫效率大大改善，這對于需要用復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)的控制策略來說是很重要的。
　　雙口RAM的特點(diǎn)在于具有兩組相互獨(dú)立的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，片內(nèi)包含的控制邏輯解決了三個(gè)重要的問題：處理器之間的信號關(guān)系（中斷邏輯）；兩個(gè)CPU正在使用同一地址時(shí)的時(shí)間關(guān)系（仲裁邏輯）和把一塊存儲器臨時(shí)分配到某一邊的硬件支持（旗語邏輯），從而保證雙機(jī)之間數(shù)據(jù)、信號交流的正確進(jìn)行。
　　仲裁邏輯（忙邏輯） 每塊CY7C025允許兩個(gè)CPU同時(shí)讀取任何存儲單元（包括同時(shí)讀同一地址單元），但是不允許同時(shí)寫或者一讀一寫同一地址單元，否則就會發(fā)生錯(cuò)誤。雙口RAM中已經(jīng)有相應(yīng)的仲裁邏輯電路來解決這一問題：先行穩(wěn)定的地址端口通過仲裁邏輯電路優(yōu)先讀寫，同時(shí)內(nèi)部電路使另一個(gè)端口的BUSY信號有效，并在內(nèi)部禁止對方訪問，直到本端口的操作結(jié)束。BUSY信號可以作為CPURDY信號的來源，從而使得CPU處于等待狀態(tài)。
　　當(dāng)雙口RAM單片使用的時(shí)候，問題相對簡單，但是，在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)總線的寬度往往可以達(dá)到32位甚至更寬，這就需要多片雙口RAM來進(jìn)行位擴(kuò)展。此時(shí)如果出現(xiàn)同時(shí)訪問，將有多塊雙口RAM處于工作狀態(tài)，如果依然象單片工作時(shí)那樣，每塊雙口RAM都使用自己的仲裁邏輯，則很可能出現(xiàn)一種情況，即第一片仲裁使得BUSYL變低，而第二片仲裁使BUSYR變低，這樣兩邊的CPU都會處于等待狀態(tài)。為了避免這種情況的發(fā)生（BUSY信號死鎖），可以使用主從模式，使得當(dāng)多塊芯片一起工作時(shí)，只使用主片的仲裁邏輯，并迫使從片跟隨主片。主從模式的電路連接如圖1所示。
　　
　　圖1 主從連接電路
　　主芯片的BUSY信號接上拉電阻作為輸出，從芯片的BUSY信號作為寫禁止輸入，當(dāng)主芯片處于BUSY狀態(tài)時(shí)，從芯片接收這個(gè)狀態(tài)，同樣處于忙狀態(tài)，從而避免了死鎖的發(fā)生。
　　中斷邏輯 另一個(gè)重要的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，它允許雙CPU通過端口直接進(jìn)行通信。CY7C025最高位的存儲單元1FFF作為右邊端口的中斷信箱，
　　次高位存儲單元1FFE作為左邊端口的中斷信箱。各CPU可以讀取雙方的中斷信箱，但只能寫對方的中斷信箱。當(dāng)一端寫入對方的中斷信箱時(shí)，對方就會產(chǎn)生一個(gè)中斷信號；讀自己的中斷信箱則清除自己的中斷信號，讀對方的中斷信箱不會清除中斷信號。
　　旗語通信邏輯 可以使雙口RAM暫時(shí)指定一塊存儲區(qū)，只供一端的CPU使用，稱之為獨(dú)占模式。CY7C025配置了獨(dú)立于RAM陣列的8個(gè)旗語鎖存器，用于標(biāo)志雙口RAM是否處于獨(dú)占模式。獨(dú)占模式也可以用來避免地址仲裁問題，因?yàn)椋且环N使兩邊不同時(shí)使用同一地址的方法，通常也叫做軟件仲裁。