基于μC/OS-Ⅱ的变频器变结构控制系统设计
摘要：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μC/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。关键词：μC/OS-Ⅱ 多任务 DSP56P803 变结构控制
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 μC/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μC/OS-Ⅱ做好了铺垫工作，与硬件相关的文件OS_CPU.H、OS_CPU_A.SM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μC/OS-ⅡV2.51。
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，μC/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
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