关闭
关闭
首页 > 嵌入式软件 > Uc/os II

本文介绍了抽油电机变频器变结构控制系统功能原理,如何利用uC/OS-II的多任务功能实现控制系统的算法结构变换,操作系统的移植、多任务的建立和SDK下的软件设计;最后总结了在应用中需注意的问题。

本文引用地址: http://embed.21ic.com/software/ucos/201710/48908.html

在油田生产中为了节省电能并减小故障率,变频器得到越来越多的应用。但由于油井负载的非周期大脉动性质,从能量的流向来看,变频器有两种运行状态——电动运行和回馈制动。不同运行状态的控制变量和控制方法是不同的,这就要采用所谓的变结构控制。本应用是实现抽油电机变频驱动中的变结构控制,不同的控制结构通过任务间的切换实现。

系统控制核心采用DSP56F803,它是Motorola公司推出的16位DSP型微控制器,运算速度可达40MIPS,片内资源丰富,有强大的软件支持,是嵌入式应用的理想选择。本系统应用了其SPI、SCI、PWM、键盘中断及通用I/O口等功能模块。

1 系统设计

1.1 uC/OS-II的移植与配置

Motorola公司提供的软件开发工具包SDK为使用uCC/OS-II做好了铺垫工作,与硬件相关的文件OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C已经给出,只需购得系统源代码,然后将其考入指定的文件目录,系统的移植就完成了。本文采用最新版本uCC/OS-II V2.51。

系统移植成功后,需要对操作系统进行配置(裁剪),把用不到的功能去掉,以最大限度地节省存储空间。这项工作是通过os_cfg.h中的宏定义进行的,本文只用到了多任务管理、信号量、互斥量等功能。在本应用中,uCC/OS-II内核经过剪裁后只有3KB左右,相对DSP56F803的32KB内部程序Flash只用了不到十分之一。需注意的另一个关键设置是时钟节拍中断频率OS_TICKS_PER_SEC,它是系统多任务运行所依赖的时间基准,也决定了任务重复调用的最快频率。这里缺省设为1000,要比文献[3]中的推荐值高出一个数量级。但实际应用表明,DSP56F803以其高运算速度在这个设置下是完全胜任的。

1.2 系统功能

根据油田生产的要求,系统要实现以下功能:键盘输入、参数显示、三相电流采集、直流侧电压采集、温度采集、变频指令输出以及保护等。系统对电流、电压、温度进行周期性采样,采样值经过数字信号处理,作为控制器的参数,最后由控制算法得出控制量,经PWM和D/A转换器发送给变频器,形成反馈闭环控制。系统运行过程中实时显示电流、温度等参数,并可以通过键盘对控制器进行参数在线设定。另外,高温、过流等保护功能必不可少。系统原理如图1。控制器根据直流侧电容C上电压的大小来确定以哪一种控制结构运行。当直流侧电压不超过设定值时,系统以电动状态运行。超过设定值时要以回馈制动方式运行,要求两种工作状态要互锁,切换要准确、及时。

 

1.3 任务的创建及变结构控制的实现

根据功能要求,本着尽量减少任务数以减轻CPU运行负担的原则,本文设计了AD采集、电动运行、回馈制动和显示四个任务。另外还设计了两个中断服务子程序:用PortA口的中断功能实现8个键盘输入,用外部中断IrqA实现短路、过流、缺相保护功能。

每个任务都有自己的名称、内存空间和优先级。不同的任务必须有不同的优先级,它们可以是0~62之间的任意值,数值越小优先级越高。优先级的设置有不同的依据,以本文为例,回馈运行任务对时间要求最苛刻,如果不能及时启动或过早结束都会对变频器造成危害,所以其优先级设为最高;AD采集任务运行最频繁,必须为其它任务提供可靠的参数,优先级设为次高;电动运行任务是常规运行状态,优先级低于AD采集任务;显示任务只实现人机交互,显示状态和参数对控制器性能没有直接影响,优先级设为最低。uCC/OS-II要求为每个任务分配OS_STK类型的堆栈空间,并且它们占用的RAM存储空间必须是连续的。

任务延时是指任务执行完毕处于挂起等待状态到下一次重新运行之间的时间间隔,它的单位是时钟中断节拍。由于OS_TICKS_PER_SEC为1000,每一拍为1ms。每个任务的调用间隔不能小于一个节拍,它将影响模拟量的采样频率。各个任务的属性定义如表1所示。

 

1.4 任务间的通信

各个任务是通过抢占CPU的使用权来运行的,它们之间存在一定的逻辑关系,彼此互相联系又互相制约。信号量、邮箱、消息队列等功能为实现任务间通信提供了有力工具,它们的使用方法灵活多变,如用信号量设置事件标志,唤醒任务、用邮箱在任务间传递参数、用消息队列的循环寻址功能进行模拟通道的数据采集等。本文设计了两个信号量,在系统运行开始后,任务TASK_AD检测直流侧电压的大小。当电压未超过设定值时,发出信号DC_NORM唤醒任务Task_NORMAL;当电压高出设定值时,发出信号DC_OVER唤醒任务Task_FEBACK。虽然这两个任务基于不同的控制结构,采用不同的算法,但都要使用PWM输出和SPI通信口,所以在唤醒一个任务的同时必须让另外一个任务挂起。这里引入了互斥型信号量T_MUTEX实现这个功能。得到T_MUTEX信号的任务将独自占有共享资源的使用权,两个任务不会因资源冲突而同时挂起,解决了任务间优先级反转问题,避免了系统功能失效。任务间逻辑关系如图2所示。

 

操作系统为任务间通信提供了多种途径,但最简单有效的方法是共享全局变量。本文使用共享全局变量的方法实现了显示任务与键盘中断服务之间的通信,代码如下:

键盘中断:

static void KeyboardISR(void)

{

UWord16 cpu_sr;

OS_ENTER_CRITICAL(); //临界区代码保护

asm{

move X:$0FB7,A1 //读键盘中断状态表

move A1,state1 //将中断状态放入全局变量

};

OS_EXIT_CRITICAL(); //临界区代码保护结束

换一批

延伸阅读

[新鲜事] NASA:太阳系究竟有没有外星生命,人类将在10年内找出答案

NASA:太阳系究竟有没有外星生命,人类将在10年内找出答案

美国NASA行星科学部门主任James Green最新透露了寻找外星的四个热点区域,并认为在未来10年内,人类便能够于地外文明建立联系。......

关键字:NASA 人类 地外文明 外星生命

[真心话] 库克:苹果并不落后 只是不愿多说

库克:苹果并不落后 只是不愿多说

在执掌苹果帅印的6年中,蒂姆·库克(Tim Cook)一直被批缺乏像公司创始人史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)那样的想象力,创新速度太慢。......

关键字:苹果 库克 创新
条评论

我 要 评 论

网友评论

大家都爱看

  • 扇出型晶圆级封装的优势和挑战!

    我们有能力创造一些能保持前代性能并且更好更小的电子设备,例如今天的可穿戴设备、智能手机或平板电脑,这是由于很多因素超过摩尔定律而快速发展,从而能够从底层的嵌入组件发展到今天把它们封…

    2018-03-29
  • Xilinx推出革命性的新型自适应计算产品

    自适应和智能计算的全球领先企业赛灵思公司(Xilinx, Inc.,(NASDAQ:XLNX)),近日宣布推出一款超越FPGA功能的突破性新型产品,名为ACAP(Adaptive Compute Acceleration Platform,自适应计算加速…

    2018-03-20
  • 赛普拉斯为树莓派3 B+ IoT单板计算机提供强大稳定的无

    先进嵌入式系统解决方案的领导者赛普拉斯(纳斯达克代码:CY)近日宣布其Wi-Fi®和蓝牙®combo解决方案为全新的树莓派 3 B+(Raspberry Pi 3Model B+)IoT单板计算机提供强大稳定的无线连接…

    2018-03-20
  • 观看直播领红包,SEED-A10加速卡助力人工智能

    随着云服务器、云计算的发展,大家对硬件加速的需求越来越多,但是随着设备功耗的上升、性能需求越来越高,常规加速设备以及开始不能满足需求,因此FPGA逐渐在硬件加速中找到了自己的位置,而艾…

    2018-03-19
  • 特朗普:博通不得以任何形式收购高通

    白宫周一(3月12日)晚发出声明,川普(特朗普)总统出于“国家安全”考量、禁止新加坡博通公司(Broadcom)收购美国高通公司(Qualcomm)。

    2018-03-14