基于μC／OS—Ⅱ和DSP的开关磁阻电机风力发电系统
田传帮，赵德安
(江苏大学，江苏镇江212013)
摘要：主要分析了实时操作系统μC／OS一1I移植到DSP芯片上所要完成的工作，并在μC／OS—II操作系统平台上编制了开关磁阻电机风力发电系统的控制程序。在6相(12／10)结构3 kW开关磁阻电机风力发电系统上进行了实验。实验结果表明：μC／OS Ⅱ在开关磁阻电机控制系统中的应用以及开关磁阻电机用于风力发电系统是可行的。
关键词：μC／OS-Ⅱ；实时操作系统；移植；DSP；开关磁阻电机风力发电系统
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1004—7018(2008)08—0020—03
0引 言
在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。由于风能开发有着巨大的经济、社会、环保价值和发展前景，近20年来风电技术有了巨大的进步，风电开发在各种能源开发中增速最快。发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它不仅直接影响输出电能的质量和效率，也影响整个风电转换系统的性能和装置结构的复杂性。风能是低密度能源，具有不稳定和随机性特点。控制技术是风力机安全高效运行的关键，因此研制适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制且供电性能良好的发电机系统和先进的控制技术是风力发电推广应用的关键。
开关磁阻发电机不仅具有结构简单、能量密度高、过载能力强、动静态性能好、可靠性和效率高、容错性好的特点，而且还有价格低、效率高和适应能力强等优点。伴随着微处理器的发展，DSP逐步显示出高速计算能力，可增加采样速度和完成复杂的控制算法。模糊控制、神经网络控制等算法逐步被引人到控制系统中。在前后台系统上编写系统控制程序变越来越困难，并且程序的可读性也会变差，在有些实时性要求很高的应用场合，前后台程序根本不能实现。因而，本文将μC／OS-Ⅱ系统引入到实时性要求较高的开关磁阻电机风力发电系统中。
1开关磁阻电机风力发电系统组成
1．1开关磁阻电机发电原理
线性条件下，开关磁阻电机(以下简称SR电机)某一相瞬时电磁转矩表达式：
由式(1)可知，SR电机电磁转矩的方向不受相电流方向的影响，仅取决于电感随转角的变化(图11--)决定的：若相电流处于图12--区间时，产生正转矩，对应图1在θ2～θ3区域，SR电机工作在电动状态(SRM)；若相电流处于图13--的区间时，则产生负转矩，即对应图1在θ4～θ5区域，SR电机工作在发电状态(SRG)。即只要根据转子位置来控制主开关通断角度，以改变相电流的幅值和宽度，就可以产生不同大小和方向的电磁转矩，实现SR电机的可逆运行．
线性条件下，SR电机的单相电流的典型波形如图l所示。
θon～θoff区间为励磁阶段，相电流i(t)由外接电源Us激励产生，并称在θoff处的相电流大小Ih为励磁电流，它反映了sRG励磁强度和储存磁场能量的大小，此阶段sRG吸收电能，存储磁能和机械能。θ>θoff区间为发电阶段，相电流i(t)通过续流二极管由SRG内部流出，把机械能和磁能转化为电能释放出来，此阶段的续流相电流是不可直接控制的。很
显然，SRG的输出功率为发电功率和励磁功率之差，因此为了实现净功率输出，发电阶段电流必须足够大。
1．2 SR电机风力发电系统硬件
SR电机风力发电系统硬件[1-3]框图如图2所示。以TMS320F2812 D，sP为核心，DsP通过捕获单元得到位置反馈信号，确定转子位置和转速，读取AD采样得到的母线电流、电池电压、判断系统工况，决定各相导通、关断情况，输出的6相触发信号经保护电路和电流斩波电路放大隔离输出；系统的工况经DsP数据总线(DB)接口输出显示。
2基于μC／0S-Ⅱ嵌入式平台下系统软件结构
基于前后台系统的主要功能包括速度计算反馈量采集I／O和AD输入、电流环控制、位置计算、电机相位切换、速度控制环计算等。从程序结构可看出，该程序设计 |
