1. 引言
　　Matlab 是一個強(qiáng)大的分析,、計(jì)算和可視化工具，特別適用于控制系統(tǒng)的分析和模擬,，但由于其依賴 的平臺是計(jì)算機(jī)及其CPU,，因而由于CPU系統(tǒng)功耗的原因，使得MATLAB 程序的執(zhí)行速度相對于高速信 號的輸入/輸出顯得很慢,，遠(yuǎn)不能滿足實(shí)時信號處理的要求,，而DSP 就其軟件的編程能力而言，與單片機(jī)
及計(jì)算機(jī)的CPU 的編程設(shè)計(jì)方法有類似之處,，但DSP 比單片機(jī)的運(yùn)算速度快得多,，又比CPU 的功耗及
設(shè)計(jì)復(fù)雜度低得多，但是其分析和可視化能力遠(yuǎn)不及Matlab,，開發(fā)過程比較復(fù)雜,。不過,，目前有一種新的技術(shù)，可以將DSP 和Matlab兩者密切結(jié)合起來,，充分利用兩者的特長,，有力的促進(jìn)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
　　伺服驅(qū)動裝置是印刷機(jī)無軸傳動[3]控制系統(tǒng)中重要的組成部分,，國內(nèi)大部分產(chǎn)品是采用帶速度傳感器
的專用變頻器調(diào)速,，控制精度不高[4]，而國外的產(chǎn)品價格又非常昂貴,，由此,，本文自行開發(fā)了一套基于PI
調(diào)節(jié)器的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，并且在自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了調(diào)速實(shí)驗(yàn),，在實(shí)驗(yàn)過程中,，運(yùn)用 了Matlab 與DSP混合編程的調(diào)試方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，采用Matlab 調(diào)試及直接目標(biāo)代碼生成的方法能避免傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬的復(fù)雜編程過程，減少了工作量,，有助于提高系統(tǒng)的綜合效率,且能夠保持系統(tǒng)良好的動靜態(tài)調(diào)速控制性能,，很好地滿足了印刷機(jī)無軸傳動控制系統(tǒng)的要求。
　　2. 無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)介紹
　　由于采用高性能的矢量控制方法且缺省了速度傳感器,，那么如何準(zhǔn)確的獲取轉(zhuǎn)速信息,，且保持伺服系
統(tǒng)較高的控制精度，滿足實(shí)時控制的要求,，也就成為本課題研究的重要方向,。在這里我們采用PI 自適應(yīng)控 制方法 [9] ，利用在同步軸系中q軸電流的誤差信號實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度的估算 [9-10] ,，整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示,。 角速度給定值ω*與推算角速度反饋值ω的誤差送入速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電磁轉(zhuǎn)矩的給定值Te*,，由iq1 = LrTe/PmLmФd2 可以計(jì)算出電流的q 軸分量給定值iq1*,，當(dāng)q軸電流沒達(dá)到設(shè)定值時，可由 Rs 產(chǎn)生的q 軸電壓和ω1σLs 產(chǎn)生的d 軸電壓來調(diào)節(jié),。因此,，iq1*與定子電流q 軸分量的實(shí)際值iq1 的誤差 信號送入PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的輸出 uq1’為定子電流q 軸分量誤差引起定子電壓q 軸分量的調(diào)節(jié)量。
　　

 
　　圖1 算法原理結(jié)構(gòu)框圖
　　其中速度推算模塊以不含有真實(shí)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子磁鏈方程以及坐標(biāo)變換方程作為參考模型,，以含有待辨識 轉(zhuǎn)速的PI 自適應(yīng)律為可調(diào)模型,，以定子電流轉(zhuǎn)矩分量作為比較輸出量，采用比例積分自適應(yīng)律進(jìn)行速度估 計(jì),，經(jīng)過PI 調(diào)節(jié)后,，輸出量就是待求的電機(jī)轉(zhuǎn)速,。這種方法計(jì)算量小，結(jié)構(gòu)簡單,，容易實(shí)現(xiàn),。
　　3. Matlab 與DSP 混合編程的調(diào)試方法
　　在傳統(tǒng)的開發(fā)過程中，總是先用MATLAB 進(jìn)行仿真,。當(dāng)仿真結(jié)果滿意時再把算法修改成C/C++語 言,， 再在硬件的DSP 目標(biāo)板上實(shí)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)偏差,，需要再用Matlab 對算法進(jìn)行修正,，再在DSP 上編寫修 正的算法程序。如此過程反復(fù)進(jìn)行,，在DSP 的開發(fā)工具,、Matlab 工作空間之間來回多次切換，非常不 便,，當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時,，還需要分步驗(yàn)證各個中間結(jié)果和最終結(jié)果。
　　如果能夠把Matlab 和DSP 集成開發(fā) 環(huán)境CCS 及目標(biāo)DSP 連接起來,，利用Matlab 的分析能力來調(diào)試DSP 代碼,，那么操作TI DSP 的存儲器 或者寄存器就可以像操作Matlab 變量一樣簡單。工具包Matlab Link for CCS Development Tools 的 使用,，可以使上述問題迎刃而解,，利用此工具箱，在Matlab 環(huán)境下,，就可以完成對CCS 的操作,，即整 個目標(biāo)DSP 對于Matlab 像透明的一樣，所有操作只利用Matlab 命令和對象來實(shí)現(xiàn),，簡單,、方便、 快 捷,。以下用調(diào)試上述無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的例子來說明Matlab-DSP
集成開發(fā)環(huán)境在控制系統(tǒng)中的 應(yīng)用,。 在Matlab 命令窗口中輸入Simulink， 打開Simulink 模塊窗,，建立異步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的模型[12],，如圖2 所示，結(jié)構(gòu)簡單明了,，全部實(shí)現(xiàn)模塊化,，容易擴(kuò)展，可以根據(jù)實(shí)際需要，改變每一模 塊的參數(shù),。
　　

 
　　圖2 算法原理結(jié)構(gòu)框圖
　　接下來設(shè)置仿真參數(shù)和Real-Time Workshop 選項(xiàng),，編譯仿真模型。并利用Matlab Link for CCS Development Tools 建立與目標(biāo)DSP 的連接,。利用CCSLink 工具 ,，可以把數(shù)據(jù)從CCS 中傳送到 Matlab 工作空間中，也可以把Matlab 中的數(shù)據(jù)傳送到CCS 中,，而且通過RTDX(實(shí)時數(shù)據(jù)交換技 術(shù)),，可以在Matlab 和實(shí)時運(yùn)行的DSP 硬件之間建立連接，在它們之間實(shí)時傳送數(shù)據(jù)而不使正在DSP 上 運(yùn)行的程序停止,，這項(xiàng)功能可以在程序運(yùn)行期間為我們提供一個觀察DSP 實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)的窗口,，大大簡化了調(diào)試工作。Matlab,、CCSlink,、CCS 和硬件目標(biāo)DSP 的關(guān)系如圖3 所示。
　　

 
　　圖3 CCSlink 把Matlab 和CCS 及目標(biāo)DSP 連接在一起
　　我們可以在Matlab 中修改一個參數(shù)或變量,，并把修改值傳遞給正在運(yùn)行的 DSP,，從而可以實(shí)時地調(diào) 整或改變處理算法，并通過觀察探針點(diǎn)數(shù)據(jù)來調(diào)試程序,。最后把CCSlink 和Embedded Target for C2000 DSP Platform. 相結(jié)合,，可以直接由調(diào)試好的Simulink 模型生成DSP2812 的可執(zhí)行代碼，并加載 到DSP 目標(biāo)板中,，這樣我們就可以在同一的Matlab 環(huán)境中完成系統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)、仿真,、調(diào)試,、測試，并最終在DSP2812 目標(biāo)板上運(yùn)行,。
　　4. 系統(tǒng)調(diào)試
　　實(shí)驗(yàn)臺硬件結(jié)構(gòu)[14-15]如圖4 所示,，變頻器系統(tǒng)用DSP 作為運(yùn)算控制單元，用IPM 模塊作為功率電
路交換單元,，用霍爾電流傳感器檢測電機(jī)三相電的兩相電流,。DSP 控制器在對檢測到的電流信號進(jìn)行相應(yīng) 的運(yùn)算處理之后，將PI 控制算法產(chǎn)生的三對SVPWM 脈沖信號,，作用于IPM 來驅(qū)動異步電機(jī),，通過改變 輸出脈沖信號的頻率來實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。
　　

 
　　圖4 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
　　電機(jī)參數(shù)為：Rs=10Ω;Rr=5.6Ω;Ls =0.3119H;Lr=0.3119H;Lm = 0.297H;P = 4;J=0.001kg.m2
　　通過DSP 與CCS 的連接,，可在Matlab 環(huán)境下對目標(biāo)DSP 的存儲器數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問,，再利用Matlab
強(qiáng)大的分析和可視化工具對其數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，也可以實(shí)現(xiàn)對工程的編譯、鏈接,、加載,、運(yùn)行，設(shè)置斷點(diǎn)和
探點(diǎn),，最后將滿意的調(diào)試結(jié)果生成的目標(biāo)代碼直接加載到實(shí)驗(yàn)臺上,。轉(zhuǎn)速輸入設(shè)定為一階躍函數(shù)，電機(jī)帶 額定負(fù)載運(yùn)行,，獲得的動態(tài)響應(yīng)曲線如下圖所示,。