0 引言

    逆變器作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口，承擔(dān)著核心電能變換和控制的作用,，同時(shí)是系統(tǒng)中極易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié),，系統(tǒng)能否向電網(wǎng)或負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)的電能,，逆變器起到至關(guān)重要的作用^[1-3]。為了確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行,，提高電能質(zhì)量,，逆變器的故障診斷尤為重要，因此近些年逆變器的故障診斷研究成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn),。TMS320F28335 DSP作為TI公司推出的32位浮點(diǎn)數(shù)字控制處理器,，其主頻150 MHz，具有外設(shè)豐富,、性價(jià)比高,、存儲(chǔ)空間大、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)^[4-5],，一直被用作逆變器智能控制及故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)的核心控制器,。

    逆變器系統(tǒng)是典型的相互依賴、錯(cuò)綜復(fù)雜的混雜系統(tǒng)^[6],，傳統(tǒng)的DSP系統(tǒng)的代碼編程費(fèi)時(shí)費(fèi)工,、效率低。Mathworks公司和TI公司聯(lián)合推出TSP工具,，使得在Simulink環(huán)境下即可進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)建模,、仿真、代碼生成及調(diào)試工作,，大大提高了工程開(kāi)發(fā)效率,。本文在逆變器系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)生成。

1 代碼生成技術(shù)

    代碼自動(dòng)生成技術(shù)是指用特定的軟件（MATLAB）或者軟件中特定的工具箱,，建立目標(biāo)代碼的系統(tǒng)仿真模型,，并根據(jù)特定的目標(biāo)配置自動(dòng)生成嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序^[7-8]。

    Embedded Coder是MathWorks公司提供給Simulink用戶針對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的強(qiáng)有力的工具,。TSP TI C2000(Embedded Coder Target Support Package for Texas Instruments C2000 Processors)工具箱由TI公司和MathWorks公司聯(lián)合開(kāi)發(fā),，可與TI公司的CCS(Coder Composer Studio)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)無(wú)縫對(duì)接，是針對(duì)基于C2000系列DSP嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工具箱^[9-10],。該工具箱提供了DSP外圍資源一對(duì)一的接口模塊,，可以將系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為可優(yōu)化的、可移植的,、自定義的產(chǎn)品級(jí)嵌入式C代碼^[11-12],。將模型的信號(hào)源和信號(hào)接收部分模塊替換成I/O端口，由軟件提供的系統(tǒng).tlc文件負(fù)責(zé)統(tǒng)籌調(diào)用代碼生成的整個(gè)過(guò)程,，根據(jù)目標(biāo)配置自動(dòng)生成系統(tǒng)應(yīng)用程序,。

    應(yīng)用代碼生成技術(shù)不需要逐句逐行的編寫(xiě)模型仿真所需要代碼，并較容易進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試,。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比,，明顯具有開(kāi)發(fā)周期短,、費(fèi)用低、效率高等特點(diǎn),。

2 基于代碼生成技術(shù)的開(kāi)發(fā)流程

    首先根據(jù)需求確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),，在Simulink平臺(tái)中根據(jù)設(shè)計(jì)思路建立系統(tǒng)仿真模型；其次,，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)置模型參數(shù)及仿真環(huán)境,，并植入相應(yīng)的智能算法，完成配置工作后進(jìn)行模型仿真,，在仿真過(guò)程中實(shí)時(shí)觀測(cè)仿真結(jié)果,。如若仿真結(jié)果與預(yù)計(jì)結(jié)果有偏差，則及時(shí)完善仿真模型或參數(shù)設(shè)置并進(jìn)行反復(fù)修正,，直至仿真結(jié)果與理論結(jié)果吻合,。仿真完成后對(duì)Simulink模型進(jìn)行目標(biāo)環(huán)境配置，設(shè)置系統(tǒng)文件及硬件調(diào)試環(huán)境,，編譯代碼生成模型,，生成代碼執(zhí)行文件（.out），連接硬件調(diào)試板,，下載執(zhí)行文件,，運(yùn)行程序，觀察并測(cè)試系統(tǒng)參數(shù),。其開(kāi)發(fā)流程如圖1所示,。

3 三電平逆變器

    三電平逆變器是常見(jiàn)的電力電子電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，由以兩電平變換器的一個(gè)橋臂為基本開(kāi)關(guān)單元經(jīng)過(guò)串并聯(lián)拓?fù)涠?sup>[13],，基本開(kāi)關(guān)單元為圖2結(jié)構(gòu)，此電路只輸出兩種電平,，通過(guò)此基本開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)或并聯(lián)的形式加以組合,，以達(dá)到輸出端輸出多于兩個(gè)電壓等級(jí)的電壓值?？蓸?gòu)成如圖3所示的三電平逆變器的單相橋臂,，3個(gè)同樣的橋臂并聯(lián)再與直流電源等必要器件相結(jié)合，即可得到三電平全橋逆變器結(jié)構(gòu),。

    對(duì)橋臂上的IGBT按調(diào)制算法規(guī)律進(jìn)行有序的控制,，使IGBT按照固有的規(guī)律工作，即可輸出三電平全橋交流電壓波,。其調(diào)制算法如圖4所示,，正半軸載波和調(diào)制波生成互補(bǔ)的兩列觸發(fā)脈沖，分別觸發(fā)VT₁和VT₃,；負(fù)半軸載波和調(diào)制波生成互補(bǔ)的兩列觸發(fā)脈沖,，分別觸發(fā)VT₂和VT₄,。VT₁和VT₂的控制脈沖p1和p2如圖5所示。輸出線電壓U_ab如圖6所示,，與傳統(tǒng)兩電平逆變器相比,，三電平逆變器功率管的耐壓、容量提高了一倍,，降低了輸出線電壓的du/dt,，波形得到明顯改善，對(duì)比與兩電平線電壓更趨近于正弦波,。

4 三電平PWM代碼生成

    三電平PWM為12路觸發(fā)脈沖,，如若在CCS中逐句逐行編寫(xiě)程序，則是非常龐大的任務(wù)量,，而且在編程過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,，需要不停地修改和測(cè)試代碼，需花費(fèi)大量的人力,。為節(jié)約人力和時(shí)間,，減少出錯(cuò)率，提高開(kāi)發(fā)效率,，利用自動(dòng)代碼生成技術(shù)來(lái)生成三電平PWM控制脈沖,。建立三電平PWM自動(dòng)代碼生成模型如圖7所示。

    TSP工具箱中只提供DSP的外圍接口,，需要利用Simulink的其他工具搭建三電平PWM模型,，再由TSP中的Digital Output模塊定義輸出端口^[14-15]。其中PWM模塊來(lái)自Simulink>Power Systems>SpecializedTechnology>Control&Measurements>Pulse&Signal Generators,，此模塊為三電平PWM輸出模塊,，設(shè)置頻率、相位,、采樣周期等參數(shù),，使逆變輸出電壓為50 Hz。三電平PWM輸出有12路脈沖,，而每個(gè)Digital Output模塊只提供8個(gè)GPIO接口,，需要用Demux和Mux模塊組合，用兩個(gè)Digital Output模塊輸出脈沖,。圖7中OUT1模塊GPIO0~GPIO7設(shè)置使用,，OUT2模塊GPIO8~GPIO11設(shè)置使用，如圖8所示,，共12路脈沖,，控制IGBT工作。

    模型建立成功后,，設(shè)置目標(biāo)環(huán)境,。打開(kāi)Simulation>Model Configuration Parameter環(huán)境配置,，在Solver中設(shè)置仿真環(huán)境為離散環(huán)境，Hardware Implementation>Hardware board設(shè)置TI Delfino F2833x目標(biāo)板,，在Code Generation>System target file設(shè)置ert.tlc系統(tǒng)文件,，Toolchain選擇CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境TI CCSV6 C2000，Interface>Code replacement library設(shè)置為TI C28x,。代碼優(yōu)化Code Placement>File packaging format設(shè)置為Compact,，可優(yōu)化生成代碼的邏輯結(jié)構(gòu)，提高代碼的可讀性,。

    以上建模及目標(biāo)環(huán)境配置完成后,，按Ctrl+B組合快捷鍵編譯模型，或者在模型工具欄中找到編譯工具點(diǎn)擊編輯模型,，如若模型設(shè)計(jì)及環(huán)境配置無(wú)誤,，即可生成.out執(zhí)行文件，此文件可由CCS下載到DSP中運(yùn)行,。

    從整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看,，DSP開(kāi)發(fā)人員只需在MATLAB中進(jìn)行Simulink模型設(shè)計(jì)、構(gòu)建,、仿真及目標(biāo)環(huán)境配置,，替代了編寫(xiě)、調(diào)試DSP代碼的復(fù)雜過(guò)程,，減低了出錯(cuò)率,，提高了工作效率。

5 系統(tǒng)測(cè)試

    本文設(shè)計(jì)了以TI公司的TMS320F28335為主控芯片的逆變器系統(tǒng),，系統(tǒng)由PC,、電源、電源擴(kuò)展模塊,、光電隔離模塊,、核心控制模塊,、逆變模塊等組成,。該系統(tǒng)中逆變器結(jié)構(gòu)可從兩電平—三電平的結(jié)構(gòu)拓?fù)洌⒖梢蕴峁┠孀兤鹘Y(jié)構(gòu)性故障全模式,，可進(jìn)行逆變器智能控制及故障診斷技術(shù)的研究,。

    連接各模塊組建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所有硬件電路接電等待開(kāi)啟,。將自動(dòng)生成的三電平PWM可執(zhí)行.out文件下載到DSP芯片并運(yùn)行,，開(kāi)啟所有電路電源開(kāi)關(guān)，觀測(cè)脈沖信號(hào)和逆變器輸出線電壓波形,。觀測(cè)到VT1和VT2的控制脈沖波形如圖9所示,，與圖5仿真結(jié)果吻合,。

    示波器顯示波形如圖10所示。對(duì)比圖10與圖6,，可看出示波器波形與仿真結(jié)果完全吻合,。

6 結(jié)論

    針對(duì)工作在高頻狀態(tài)下的典型混雜系統(tǒng)——逆變器系統(tǒng)的智能控制及故障診斷的DSP代碼開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、效率低,、實(shí)現(xiàn)比較繁瑣的問(wèn)題,，提出基于代碼生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)的方法。介紹了代碼生成技術(shù)及其開(kāi)發(fā)流程,，并以三電平PWM代碼生成為例展開(kāi)說(shuō)明,，最后在逆變器實(shí)物系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)三電平PWM代碼的調(diào)試。結(jié)果證明,，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,、開(kāi)發(fā)周期短、錯(cuò)誤率低,、效率有明顯提高,。為逆變器智能控制及故障檢測(cè)與診斷算法實(shí)踐驗(yàn)證提供了方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值,。

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作者信息：

安永軍,，帕孜來(lái)·馬合木提

（新疆大學(xué) 電氣工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830047）