摘要：為了使電機驅動系統(tǒng)具有良好的人機交流功能，設計了一套針對永磁同步電機控制的監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)以PC機為主機,、數(shù)字信號處理器（DSP）為從機，采用MSComm控件自行設計了上位機程序,、下位機程序及通信協(xié)議,，最后實現(xiàn)了上位機對整個控制系統(tǒng)的可靠監(jiān)控。
關鍵詞：串行通信,；永磁同步電機,；監(jiān)控
Application of Serial Data Communication in PM SM Control System
CU／Jie-fan， MU Gang,， WAN Jun-zhu,， WANG He—min
（Shenyang University of Technology，Shenyang 1 1 0023,，China）
Abstract：In order to make motor drive system had a better man—machine interface function,，a monitor system about PMSM control was designed．In this system ，PC was a host computer and DSP was a substrate machine． Using MSComm was a major method．The host computer procedure,，substrate machine program and communication protocol
were designed．At last,，the host computer realized a credible monitoring to PMSM control system．
Key words：serial data communications；permanent magnet synchronous motor（PMSM）,；monitoring
0 引 言
TMS320LF2407是TI公司開發(fā)的,、適用于電機控制的數(shù)字信號處理器（DSP），在原有DSP內核的基礎上添加了脈寬調制（PWM）,、A／D,、D／A模塊，從而實現(xiàn)對電機系統(tǒng)的全數(shù)字控制,。它在電機控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用,，并取得了明顯效果。在開發(fā)一套以DSP為核心的永磁同步電機控制系統(tǒng)時,，需要及時觀察驅動系統(tǒng)中的各個變量，同時還要對一些程序進行控制,，修改特定參數(shù),。DSP在實際運行中不能用外接的端口進行控制，需要用DSP自帶的串行通信模塊來解決這一問題,。通過一臺上位計算機和以DSP為核心的電機控制系統(tǒng)構成整個監(jiān)控系統(tǒng),，Pc機通過串口來改變DSP程序中轉矩、磁鏈給定,，以及調節(jié)PI參數(shù)等,，電機控制系統(tǒng)完成對電機的控制，并采集相關數(shù)據(jù)反饋到Pc機中進行分析、處理,、顯示和存儲,。本文以DSP控制永磁同步電機為例，介紹在整個控制系統(tǒng)中串行通信的實現(xiàn),。
1 永磁同步電機控制系統(tǒng)
永磁同步電機控制系統(tǒng)框圖如圖1所示,，采用直接轉矩控制方法，這是19世紀80年代提出的交流電機高性能控制策略,。本控制系統(tǒng)是一個速度和轉矩的雙閉環(huán)控制系統(tǒng),。系統(tǒng)利用電壓、電流傳感器檢測直流母線電壓Vdc,。及定子二相電流i 和i ,，通過坐標變換將定子三相坐標系中的電壓、電流變量轉換為α-β靜止定子坐標系中的二相分量,。將由磁鏈及轉矩觀測器得到的定子磁鏈,、轉矩實際值作為反饋量，與磁鏈,、轉矩給定值進行比較,，所得到的誤差信號通過磁鏈、轉矩調節(jié)器的滯環(huán)控制單元后,，獲得0,、1控制信號，再綜合考慮當前定子磁鏈所在的區(qū)域,，選擇適當?shù)碾妷嚎諉柺噶靠刂贫ㄗ哟沛湹男D速度及方向,，即可直接快速地實現(xiàn)轉矩調節(jié)。
如果試驗人員能夠及時地觀測并調節(jié)轉矩,、磁鏈,、電壓、電流等控制參數(shù),，將會極大地提高電機控制系統(tǒng)的開發(fā)效率,。
2 串行通信的實現(xiàn)
PC機與DSP串行通信的實現(xiàn)包括三個部分，即硬件設計,、上位機程序設計,、下位機程序設計。
2．1 串行通信硬件設計
從本試驗平臺實際需要考慮,，采用RS-232實現(xiàn)PC機與DSP的數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)在RS。232的通信端口是每臺計算機上的必要配置,，通常含有COM1和COM2兩個端口,，所以能很方便地把上位機與下位機連接起來，實現(xiàn)計算機對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)測和控制。圖2是TMS320LF2407串行通信接1：1電路[1],。該電路采用了符合RS-232標準的驅動芯片MAX232進行串行通信,。MAX232芯片功耗低，集成度高,，+5 V供電,，具有2個接收和發(fā)送通道。由于TMS320LF2407采用+3．3 V供電,，需要將5 V的1tI1L電平變換為3．3 V高電平,，整個接口電路簡單，可靠性高,。
2．2 上位機程序設計
Delphi是一種面向對象的可視化編程工具,，擁有功能強大的集成開發(fā)環(huán)境和速度極快的編譯器，兼具Visual C++的強大功能和VB易學易用的特點,。通過安裝MSComm控件,，可在Delphi環(huán)境下方便地實現(xiàn)串行通信[2]。MSComm提供了兩種處理通信問題的方法：一種是事件驅動法,，一種是查詢法,。本系統(tǒng)選用事件驅動法，該方法程序響應及時,，可靠性高,。只要了解使用MSComm的屬性及事件的用法就可以實現(xiàn)對串口的操作。
其主要屬性有 ：
（1）eommport屬性,，用于設置并返回連接的串行端口號,；
（2）settings屬性，以字符形式設置并返回串口的波特率,、奇偶校驗,、數(shù)據(jù)位、停止位參數(shù),；
（3）po～open屬性,，用于設置或返回通信連接端口的狀態(tài)；
（4）input屬性,，用于從輸入緩沖區(qū)返回并刪除字符,；
（5）output屬性，用于將要發(fā)送的數(shù)據(jù)輸入傳輸緩沖區(qū),；
（6）inputlen屬性，用于指定由串行端I：I讀入的字符串長度或字節(jié)數(shù),；
（7）handshaking屬性,，用于指定通信雙方的握手協(xié)議；
（8）rthreshold屬性，用于設置或返回引發(fā)接收事件的字節(jié)數(shù),；
（9）sthreshold屬性,，用于設置并返回傳輸緩沖區(qū)中允許的最小字符數(shù)；
（10）commevent屬性,，在通信錯誤或事件發(fā)生時都會產(chǎn)生oncomm事件,；
（11）inbufercount屬性，用于接收緩沖區(qū)中的字符數(shù),；
（12）inputmode屬性,，用于設置或返回input屬性取回數(shù)據(jù)的類型。
程序設計中首先要對MSComm進行初始化,，可以雙擊MSComm控件設置,，也可以在程序中修改。
本系統(tǒng)根據(jù)需要自行設計了通信協(xié)議,。
（1）幀分為兩類,，即控制幀和數(shù)據(jù)幀?？刂茙瑸樯衔粰C發(fā)出的控制命令,，數(shù)據(jù)幀為上、下位機的實時數(shù)據(jù),。
（2）上位機對下位機通信中的控制幀,，格式都是一個字節(jié)，定義如下：AA為下位機發(fā)送數(shù)據(jù),；AB為下位機接收數(shù)據(jù),；AC為下位機停止發(fā)送
（3）數(shù)據(jù)幀為兩個字節(jié)，數(shù)據(jù)范圍是0～65535,，滿足了數(shù)據(jù)要求,。
例如，把電機磁鏈設置為200,，該通信命令由4個字節(jié)組成,，數(shù)據(jù)格式為AB0400C8。其中：AB為控制幀,，04代表磁鏈,，00C8為數(shù)據(jù)幀。每個字節(jié)包含1個起始位,、1個停止位,、8個數(shù)據(jù)位，這些都是隱藏在底層程序中的,，在實際應用中用戶只需在通信界面上設置磁鏈值200,，然后單擊“n發(fā)送”按鈕即可實現(xiàn)該命令,。圖3為PC機發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。
2．3 下位機程序設計
TMS320LF2407中包含一個串行通信模塊（SCI）,，SCI的寄存器是8位的,。可編程的SC1支持CPU和其他使用標準非歸零（NRZ）格式的異步外設之間的串行數(shù)字通信,，SCI的接收器和發(fā)送器是雙緩沖的,，每個都有它自己的獨立使能和中斷位。波特率可以通過一個16位的波特率選擇寄存器進行編程 ,。為了保證串行通信的成功,，在通信前必須對DSP的SCI模塊進行初始化，設置通信的波特率,、奇偶校驗,、停止位及每個字節(jié)包含的位數(shù)等，這些參數(shù)的設置必須與PC機上的設置一致,，否則會引起傳輸錯誤,。在DSP與PC機的通信中，對于DSP來說,，通信的主要功能是接收Pc機傳來的數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)給Pc機,。可采用查詢和中斷兩種方式接收數(shù)據(jù),，查詢方式需要程序循環(huán)檢測通信端口,，浪費DSP資源，因此本系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)時采用中斷方式,；但在發(fā)送數(shù)據(jù)時由于要發(fā)送的數(shù)據(jù)比較多,，如果也用中斷方式就會干擾到電機的控制，電機不能平穩(wěn)運行,，因此采用查詢方式,。在中斷子程序中設置發(fā)送標志位，通過在主程序中查詢該標志位來決定是否發(fā)送數(shù)據(jù),。在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中,，下位機需要發(fā)送多組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對應不同的電機參數(shù),，如何正確區(qū)分這些數(shù)據(jù)是通信能否成功的關鍵,。本系統(tǒng)利用已設定的下位機發(fā)送參數(shù)的順序、MSComm控件的inputlen屬性及rthreshold屬性的配合使用來解決這個問題,。另外下位機接收和發(fā)送寄存器是8位的,，需要設定標志變量來區(qū)分、合并高低字節(jié),。圖4為下位機通信程序框圖,。
3 試驗結果
利用DSP的SCI模塊和MSComm控件可以方便地實現(xiàn)DSP與Pc機的串行通信,。本文所介紹的設計方法已在Pc機和以TMS320LF2407為核心的直接轉矩控制系統(tǒng)試驗平臺上進行了驗證，結果表明：可以通過Pc機對永磁同步電機進行控制,。圖5為上位機監(jiān)控界面，它包括參數(shù)發(fā)送和數(shù)據(jù)采集兩部分,，可以顯示速度,、磁鏈、轉矩的給定值和實際值,，便于用戶比較,。圖6為永磁同步電機空載運行時的速度觀測圖。其中：直線代表速度給定值,，曲線是速度實際值,。速度給定值為500 r／min，通過轉速表測量,，轉速為499r／min,，從圖中可以看出速度以極小的誤差圍繞給定值波動，證明了轉速能被很好地控制住,。圖7為磁鏈標幺值的給定值與實際值比較圖,，磁鏈給定值為200，DSP中采用Q12格式,，最后經(jīng)過計算反饋到上位機時應為0．2,，直線是給定值，曲線是實際值,，在圖中可以看出超調量很小,，磁鏈參數(shù)也能準確地反饋到Pc機上，與試驗預期結果相符,。
4 結 語
采用PC機與DSP的主從式結構,，既能發(fā)揮DSP的數(shù)據(jù)處理能力，又具有良好的人機接口,，這極大地方便了系統(tǒng)的開發(fā)調試,。DSP和PC機串行通信可以實現(xiàn)下位機參數(shù)實時上傳，使用戶隨時掌握電機狀態(tài)性能,；通過上位機在線修改DSP的程序,，使電機按照要求運行，實現(xiàn)對電機的全數(shù)字化實時控制,。本文所解決的關鍵難題為下一步實現(xiàn)電機控制系統(tǒng)性能的在線監(jiān)測奠定了基礎,。
參考文獻
[1] 劉和平，嚴利平,，張學鋒,，等．TMS320I 1～24XDSP結構,、原理及應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2002．
[2] 張立材．Delphi編程中用MSComm控件實現(xiàn)串行通訊[J]．微計算機信息,，2001,，17（3）：26—27．
[3] 趙蘭濤，蘇彥華．Delphi串口通信技術與工程實踐[M]．北京：人民郵電出版社,，2004．
[4] 郭京蕾,，吳勇．DSP和Pc機的串行通信[J]．計算機工程與設計，2004,，25（3）：475-477．