基于双数字信号处理器的电气控制系统设计

2021-01-25胡恒铮

通信电源技术 2020年18期

胡恒铮

（无锡技师学院，江苏无锡 214000）

0 引言

双数字信号处理器是以大规模电路集成芯片作为核心组成元件的任务型信号处理器设备，可以用数字流表示传输信号参量。在既定电气处理环境中，该项应用元件始终具备较强的信号承载能力。在不考虑其他干扰条件的情况下，双数字信号处理可滤波或测量真实存在的连续模拟信号。因此，在数字域应用范围中，双数字信号处理器可直接实现由模拟参量到应用参量的转化处理，是模数转换器始终具备较强应用能力的主要原因[1,2]。在电气控制领域中，随外界信号传输行为的改变，双数字型处理器的实用范围也会逐渐扩大，且随着转换电路中应用电子传输流量的提升，相关信号主控模块的实际表现行为也会出现变化。

1 基于双数字信号处理器的电气控制系统硬件设计

电气控制系统的硬件执行环境由D/A转换电路、信号主控模块以及复杂可编程逻辑器3部分组成，具体搭建方法如下。

1.1 D/A转换电路

D/A转换电路是电气控制系统中唯一的点电子输出元件。在双数字信号处理器的调度作用下，它可将束状交变电流整合成直流传输形式，再借助各级应用导线传输至下级应用设备结构体中。与其他电子传输设备相比，D/A转换电路具备的电量汇总能力相对较强，可在交直流电子同时存在的情况下快速调取其中的有效应用成分，并按照不同的传输需求将其规划成复杂的可编程调度形式。在信号主控模块不被完全占用的前提下，由D/A转换电路输出的应用电子流可直接被转存至逻辑器结构体中，并以电子参量的形式被长期存储[3]。从功能性角度来看，D/A转换电路直接与系统的外界电源相连，一方面将外接电量整合成既定传输应用形式，另一方面可借助系统信道结构体，现对待调度电气传输电子的定向化控制。

1.2 信号主控模块

电气控制系统的信号主控模块以TMS320F2812芯片作为核心搭建设备，将处理器内核中的双数字信号直接转化成微控制应用形式，再利用D/A转换电路的电子输送功能，将这些信号参量由顶层处理单元分配至底层处理单元，从而实现对信号结构体的集中化处理与调度[4]。在DSP内核的实践作用下，信号主控模块外部的微型调节器可直接建立与TMS320F2812芯片的应用连接，并可在互相传递电气控制信号的同时，将多余数据信息参量传输至系统数据库结构体中，以供后续控制任务指令的直接调取与利用。一般情况下，TMS320F2812芯片始终保持32位×32位与16位×16位并存的信号编码形式。在传输信号总量不断增大的情况下，该结构体可长时间保持附加式的32位信号累加处置原则，并可分多次将已存储的信号参量传输至其他系统硬件设备结构体中，从而解决与电气化设备相关的应用控制问题。

1.3 复杂可编程逻辑器

复杂可编程逻辑器可在EPM7512AETC144-7型CPLD设备的作用下实现对D/A转换接口与信号主控接口的粘合处理，借助双数字信号处理器解决系统内部的电气应用参量高速化编程处理问题。为提高电气输出信号的实际应用精度值，复杂可编程逻辑器可同时整合8路并行波形数据，并在保持其原始传输波形的情况下，将数据结构体的输出流量调节至最大应用水平[5,6]。从译码处理的角度来看，复杂可编程逻辑器在单位控制时间内可最多开放10个目标地址节点，且随着待传输数据总量的提升，已开放应用节点的实际数值水平会适当降低，直至1 bit数据所占据的信号传输空间达到16 bit。当系统中断器保持连续运行的情况下，复杂可编程逻辑器会根据DSP中断行为的执行方向，读取与电气控制指令相关的按键触发条件，并在下一个控制周期中去除已中断的信号参量结构体。

2 基于双数字信号处理器的电气控制系统软件设计

在硬件执行环境的基础上，按照波形数据产生、双数字信号监控处置以及上机位控制软件连接的处理流程搭建系统的软件执行环境，从而实现基于双数字信号处理器电气控制系统的顺利应用。

2.1 波形数据产生算法

波形数据产生是一个相对主观的双数字信号处理环节，可按照复杂可编程逻辑器内传输信息的实际处理需求建立关键的电气控制定义表达式，约束信号主控模块内数据信息参量的实际传输速率。在双数字信号处理器的作用下，波形数据的变化形式能够完全满足D/A电气参量的实际合成需求，且随着系统控制应用时间的延长，这些信号参量会在数据库结构体中大量堆积，直至达到系统对双数字信号的额定承载极限数值[7]。假设在一个完整的电信号控制周期内，电气参量的最大传输数量只能达到Nmax，且该参数的实际取值条件始终受到上行波动量λ1与下行波动量λ0的共同作用影响。结合上述物理量，可将系统内的波形数据产生算法F定义为：

式中，代表电气信号的波动运行均值；k1,k2,…,kn代表n个不同的双数字信号节点参量值；代表节点信号量的平均数值。

2.2 双数字信号监控处置流程

双数字信号监控处置流程以波形数据获取作为起始应用环节。在D/A转换电路和信号主控模块等多个硬件设备结构体的作用下，它可在调取复杂可编程逻辑器内已存储电气信号参量的同时，实时控制数据信号的传输均值量，使系统具备更强的实际应用价值。假设数据库内已存储的电气信号参量值始终不会发生改变，且随着系统控制应用时间的延长，信号参量也始终不会传输至系统实用环境外部，始终在内部执行环境中保持不断循环的传输状态[8,9]。完成信号的初步传输后，复杂可编程逻辑器内的双数字信号参量可被完全清空，有效促进了此系统对电气信号的控制能力，能够在一定程度上实现对个别信号参量的定向化控制与管理。具体信号监控处置流程如图1所示。

2.3 上机位控制软件

上机位控制软件连接是电气控制系统设计的末尾处理环节。出于对双数字信号处理器调度能力的考虑，上机位控制软件的编写必须建立在Windows XP平台之上，且需要在C+Builder编程语句的作用下将电气信号参量的开销值水平控制在最低应用标准。尤其是在系统数据库结构体中，随着上机位控制软件的应用，双数字信号的监控指令能够得到更好的协调与维护，直至将所有信号参量完全转存至系统数据库。由于波形数据产生算法的存在，上机位控制软件的实际作用范围受到严格限制，且在一定情况下很难实现对定点电气参量的实时检测[10]。为解决此问题，在进行软件编码的同时必须同步编译上机位的头结点与尾节点，当中间参量的编码形式趋于稳定后，从而实现上机位控制软件的连接与应用。

图1 双数字信号监控处置流程图

3 系统实用性检测

为验证基于双数字信号处理器电气控制系统的实际应用价值，设计如下的对比实验。在既定电气应用平台中，以两台完全相同的信号处理主机作为实验监测对象，其中实验组主机搭载新型电气控制系统，对照组主机搭载常规继电保护系统。控制其他干扰条件始终保持不变，在相同实验环境下记录两组SDI指标的实际变化情况。已知SDI指标能够反映系统对于个别信号参量的定向化控制与管理能力。通常情况下，SDI指标数值越大，系统所具备的控制与管理能力越强，反之则越弱。实验组和对照组SDI指标数值的具体变化情况如表1所示。分析表1可知，随着实验时间的延长，实验组SDI指标保持先上升再稳定的变化趋势，全局最大值达到84.0%，且能够呈现10 min的数值稳定状态。对照组SDI指标在一段时间的稳定状态后开始不断下降，全局最大值仅达到66.3%，与实验组极值相比下降了17.7%。综上可知，随着基于双数字信号处理器电气控制系统的应用，SDI指标出现了明显上升的变化趋势，验证了系统在个别信号参量定向化控制与管理方面具有较强实用能力的原始猜想。