基于arm_c_os_ii的应急电源控制系统设计

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1、基于ARM_C_OS_II的应急电源控制系统设计电源技术■　　湖南大学电气与信息工程学院　周永华　　王辉　　刘清玲　　林国汉基于ＡＲＭ　＋　μＣ／ＯＳ－ＩＩ的应急电源控制系统设计引言虽然目前应急电源模拟技术比较成熟，但是由于逆变控制多采用模拟电路，因此具有控制电路复杂、调试困难、系统难以在线升级的局限性。而以微处理器为核心，以全数字化方法实现整个应急电源控制（包括ＳＰＷＭ波形的产生、输出频率以及ＰＩＤ控制算法等）的技术，易于实现计算机的处理和控制，便于修改控制策略、修改控制参数，也便于故障监测、自诊断、纠错、通信等技术的植入，而且大幅度减少了零件的

2、数量，从而大大减少了因元器件而造成的系统故障，提高了可靠性。针对传统应急电源控制系统的局限性，结合３２位ＡＲＭ单片机的资源优势以及源代码公开的μＣ／ＯＳ－ＩＩ实时操作系统内核的强健性，本文设计出基于ＡＲＭ＋μＣ／ＯＳ－ＩＩ的应急电源控制系统。利用ＬＰＣ２２９２（ＡＲＭ　３２位单片机）资源丰富、运行速度快、计算精度高、编程灵活、性价比高的特点，来满足应急电源高性能、高可靠性的要求。采用Ｃ语言与汇编语言相结合的方法，在ＡＲＭ上移植μＣ／ＯＳ－ＩＩ实时操作系———————————————————————————————————————————————统，

3、在不降低系统性能的同时，将软件开发标准化、规范化、简单化，缩短了产品开发时间。系统控制框图ＬＰＣ２２９２是飞利浦生产的具有ＡＲＭ７ＤＭＩ－Ｓ内核的ＣＰＵ，内部有２５６ＫＢ的ＦＬＡＳＨ、１６ＫＢ的静态ＲＡＭ及６路ＰＷＭ，最高工作频率为６０ＭＨｚ，正是这种高速运算能力使复杂的控制规律算法得以实现。基于ＡＲＭ＋μＣ／ＯＳ－ＩＩ的应急电源控制系统由基于ＰＣ＋ＡＲＭ的运算控制单元、基于ＩＭＰ的功率变换单元、１Ｖｉ、Ｖｂ、Ｖｏ、Ｉｏ用于检测功率变换单元逆变器的桥式功放驱动电路如所示，其中两个ＩＧＢＴ模块是由方波脉冲驱动的低速ＩＧＢＴ模１和Ｑ２）和由２０ｋＨｚ脉

4、宽调制脉电源技术冲驱动的高速ＩＧＢＴ模块（Ｑ３和Ｑ４）。当Ｑ１和Ｑ４导通，Ｑ２和Ｑ３关断时，就可获得对应正弦波正半波的脉宽调制脉冲；相反，当Ｑ２和Ｑ３导通，Ｑ１和Ｑ４关断时，就得到对应于正弦波负半波的脉宽调制脉冲。在上述两串脉冲的调控下，就得到了５０Ｈｚ脉宽调制的交变电源。采用规则采样法，脉冲宽度计算公式为：δ（１）软件设计μＣ／ＯＳ－ＩＩ是一个实时操作系统的内核，它的大部分源代———————————————————————————————————————————————码都是使用ＡＮＳＩ　Ｃ写的，有很强的移植性。它的内核功能丰富，具有可裁减性，用

5、户可根据自身需要来配置编译条件，将实时内核裁剪到满足自己功能的最小状态。所有的μＣ／ＯＳ－ＩＩ函数调用与服务的执行时间是可知的，不依赖应用程序任务的多少。任何实时操作系统的使用，主要完成两大工作：第一，根据所选ＣＰＵ芯片的特点，将操作系统移植到该ＣＰＵ上；第二，根据功Ｆｒｅｓｈ＿Ｔａｓｋ（）、Ｔｉｍｅ＿Ｆｒｅｓｈ＿Ｔａｓｋ（）。任务之间的通信是通过发送或接收消息、信号量或数据队列来实现的。由于篇幅有限，这里只介绍数据采集任务Ｖｏ＿Ｓａｍｐｌｉｎｇ＿Ｔａｓｋ（）。ｖｏｉｄ　Ｖｏ＿Ｓａｍｐｌｉｎｇ＿Ｔａｓｋ（ｖｏｉｄ）｛＃ｉｆ　ＯＳ＿ＣＲＩＴＩＣＡＬ＿

6、ＭＥＴＨＯＤ＝＝　３　ＯＳ＿ＣＰＵ＿ＳＲ　　ｃｐｕ＿ｓｒ；＃ｅｎｄｉｆｉｎｔＶｏｌｔ；图２　　逆变器的桥式功放驱动电路其中Ｕｓｍ为正弦波的幅值，Ｕｔｍ为三角波的幅值，Ｎ为载波比。交变电源的高次谐波幅值为：（２）———————————————————————————————————————————————由（２）式可以看出Ｎ越大，高次谐波幅值越小。基于ＩＧＢＴ的器件特性，Ｎ不能无限大，取Ｎ＝４００，则高次谐波幅值Ｕｍ（ｎ）很容易被滤波器滤去。考虑到处于开关工作状态中的ＩＧＢＴ管从开通转为截止状态时，容易产生较长的“拖尾”现象，并进而导致ＩＧＢＴ因瞬时

7、功耗偏大而影响ＵＰＳ逆变器的可靠性，因此，在实际的逆变器控制电路中，为了保证处于同一直流总线电压之间的Ｑ１应在控制逻辑上保证加到Ｑ１和Ｑ２管上的两串驱动脉冲之间有很小的“死区”时间。所以在用公式（１）来计算方波的脉宽时，电源电压的谐波影响会增加。为了消除这一影响，在系统中加入反馈环节，把实用ＰＩ调节消除系统的静态误差，增加系统的稳定性。能需求，划分任务，并设计任务之间的同步通信。由于篇幅有限，μＣ／ＯＳ－ＩＩ在ＡＲＭ上的移植在这里不作阐述，下面论述本系统的各任务程序以及中断程序。系统各任务功能应急电源控制系统的功能主要分为：ＳＣＩ通信任务ＳＣＩＣｏ

8、ｍｍ＿Ｔａｓｋ（）、ＬＣＤ液晶屏刷新任务ＬＣＤ＿Ｆｒｅｓｈ＿Ｔａｓｋ（）、脉宽计算任务ＰＷ＿Ｃａｌｃｕｌａｔｅ＿Ｔａｓｋ（