基于μC／OS—Ⅱ和DSP的開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
田傳幫，趙德安
(江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212013)
摘要：主要分析了實時操作系統(tǒng)μC／OS一1I移植到DSP芯片上所要完成的工作，并在μC／OS—II操作系統(tǒng)平臺上編制了開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制程序。在6相(12／10)結(jié)構(gòu)3 kW開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上進行了實驗。實驗結(jié)果表明：μC／OS Ⅱ在開關(guān)磁阻電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用以及開關(guān)磁阻電機用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是可行的。
關(guān)鍵詞：μC／OS-Ⅱ；實時操作系統(tǒng)；移植；DSP；開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)
中圖分類號：TM352 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)08—0020—03
0引 言
在能源短缺和環(huán)境趨向惡化的今天，風(fēng)能作為一種可再生清潔能源，日益為世界各國所重視和開發(fā)。由于風(fēng)能開發(fā)有著巨大的經(jīng)濟、社會、環(huán)保價值和發(fā)展前景，近20年來風(fēng)電技術(shù)有了巨大的進步，風(fēng)電開發(fā)在各種能源開發(fā)中增速最快。發(fā)電機是風(fēng)力發(fā)電機組中將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要裝置，它不僅直接影響輸出電能的質(zhì)量和效率，也影響整個風(fēng)電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能和裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。風(fēng)能是低密度能源，具有不穩(wěn)定和隨機性特點�？刂萍夹g(shù)是風(fēng)力機安全高效運行的關(guān)鍵，因此研制適合于風(fēng)電轉(zhuǎn)換、運行可靠、效率高、控制且供電性能良好的發(fā)電機系統(tǒng)和先進的控制技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。
開關(guān)磁阻發(fā)電機不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、能量密度高、過載能力強、動靜態(tài)性能好、可靠性和效率高、容錯性好的特點，而且還有價格低、效率高和適應(yīng)能力強等優(yōu)點。伴隨著微處理器的發(fā)展，DSP逐步顯示出高速計算能力，可增加采樣速度和完成復(fù)雜的控制算法。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等算法逐步被引人到控制系統(tǒng)中。在前后臺系統(tǒng)上編寫系統(tǒng)控制程序變越來越困難，并且程序的可讀性也會變差，在有些實時性要求很高的應(yīng)用場合，前后臺程序根本不能實現(xiàn)。因而，本文將μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)引入到實時性要求較高的開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。
1開關(guān)磁阻電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)組成
1．1開關(guān)磁阻電機發(fā)電原理
線性條件下，開關(guān)磁阻電機(以下簡稱SR電機)某一相瞬時電磁轉(zhuǎn)矩表達式：
由式(1)可知，SR電機電磁轉(zhuǎn)矩的方向不受相電流方向的影響，僅取決于電感隨轉(zhuǎn)角的變化(圖11--)決定的：若相電流處于圖12--區(qū)間時，產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)圖1在θ2～θ3區(qū)域，SR電機工作在電動狀態(tài)(SRM)；若相電流處于圖13--的區(qū)間時，則產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，即對應(yīng)圖1在θ4～θ5區(qū)域，SR電機工作在發(fā)電狀態(tài)(SRG)。即只要根據(jù)轉(zhuǎn)子位置來控制主開關(guān)通斷角度，以改變相電流的幅值和寬度，就可以產(chǎn)生不同大小和方向的電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)SR電機的可逆運行．
線性條件下，SR電機的單相電流的典型波形如圖l所示。
θon～θoff區(qū)間為勵磁階段，相電流i(t)由外接電源Us激勵產(chǎn)生，并稱在θoff處的相電流大小Ih為勵磁電流，它反映了sRG勵磁強度和儲存磁場能量的大小，此階段sRG吸收電能，存儲磁能和機械能。θ>θoff區(qū)間為發(fā)電階段，相電流i(t)通過續(xù)流二極管由SRG內(nèi)部流出，把機械能和磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來，此階段的續(xù)流相電流是不可直接控制的。很
顯然，SRG的輸出功率為發(fā)電功率和勵磁功率之差，因此為了實現(xiàn)凈功率輸出，發(fā)電階段電流必須足夠大。
1．2 SR電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)硬件
SR電機風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)硬件[1-3]框圖如圖2所示。以TMS320F2812 D，sP為核心，DsP通過捕獲單元得到位置反饋信號，確定轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，讀取AD采樣得到的母線電流、電池電壓、判斷系統(tǒng)工況，決定各相導(dǎo)通、關(guān)斷情況，輸出的6相觸發(fā)信號經(jīng)保護電路和電流斬波電路放大隔離輸出；系統(tǒng)的工況經(jīng)DsP數(shù)據(jù)總線(DB)接口輸出顯示。
2基于μC／0S-Ⅱ嵌入式平臺下系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
基于前后臺系統(tǒng)的主要功能包括速度計算反饋量采集I／O和AD輸入、電流環(huán)控制、位置計算、電機相位切換、速度控制環(huán)計算等。從程序結(jié)構(gòu)可看出，該程序設(shè)計 |
