CN109030947B - 电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法 - Google Patents
电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法,通过人机交互界面设置电阻R、电感L;建立主从CPU的串口通信连接;ARM以SCPI协议格式经由串口将参数发送给DSP,由SCPI指令解析模块解析后转化为浮点数,在单次采样周期内由DAC完成公式计算,捕捉实时电压信号;计算得到输出信号i(n);将i(n)通过补偿模块转换为实际控制信号的电平值;将电平信号值写入SPI;SPI拟芯片时序逻辑,将最终控制信号输出到芯片管脚。该本发明可以通过ARM在精度约束范围内设置参数并由DSP精确地计算每一个采样点的控制信号进而进行DAC输出以实现电流拉载,使得电子负载能够真实模拟直流电机的V‑I特性。
Description
技术领域:
本发明涉及电力测试技术领域,尤其涉及一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法。
背景技术:
随着新能源行业的迅速发展,电源测试对高性能电子负载的需求日益扩大。市场上电子负载产品层数不穷,而绝大多数的电子负载仅具有CC(定电流),CV(定电压),CR(定阻抗),CP(定功率)等基本功能。对于一些复杂的电源测试领域,例如电动汽车发动机工作电流的模拟则无法提供有效的解决方案。直流电机工作电流变化的非线性决定了电子负载无法用一般的CR(定阻抗)模式进行有效模拟,这就对能模拟直流电机等效阻抗的电子负载提出了需求。如何对直流电机的等效阻抗进行建模,并根据电源的输出电压实时计算电子负载的拉载电流,就成为了一个关键的技术问题。
发明内容:
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法,基于差分方程的数字算法,由ARM进行人机交互并由DSP进行控制信号的实时计算,使得电子负载能够真实模拟直流电机的V-I特性。
本发明是通过如下技术方案实现的:一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法,包括以下步骤:
1)用户通过人机交互界面设置电阻R、电感L;
2)设置ARM与DSP的串口波特率为115200baud/s,停止位为1,数据位为8,奇偶校验为无,流控制为无,建立主从CPU的串口通信连接;
3)ARM以SCPI协议格式经由串口将参数发送给DSP,DSP打开串口中断接收设置参数,由SCPI指令解析模块解析后转化为浮点数,在单次采样周期内(1us),由数字模拟转换器DAC数据生成模块完成公式计算,捕捉实时电压信号v(n),作为***的输入信号;
4)由差分方程计算得到输出信号i(n);
5)将i(n)通过补偿模块转换为实际控制信号的电平值,然后以数字模拟转换器DAC数据生成模块为基准转换为整数;
6)由数字模拟转换器DAC数据生成模块生成循环控制逻辑,将步骤5)得到的电平信号值写入SPI输出控制模块;
7)SPI输出控制模块模拟芯片ADR5541时序逻辑,将最终控制信号输出到芯片管脚。
步骤4)中,输出信号i(n)的计算公式为:
其中(2L-RT)、(2L+RT)两项为定值,只需在写入L、R及T时计算一次即可,此后无需重复计算。
作为优选,所述ARM为AM3352基础性ARM处理器,所述DSP为SM320C6727B-EP增强型浮点数字信号处理器。
本发明的有益效果是:该电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法基于ARM和DSP实现模拟直流电机拉载电流的控制原理,可以通过ARM在精度约束范围内设置参数并由DSP精确地计算每一个采样点的控制信号进而进行DAC输出以实现电流拉载,使得电子负载能够真实模拟直流电机的V-I特性。
附图说明:
图1为直流电机的等效阻抗示意图;
图2为本发明的控制信号流图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法,工作原理如下:
1.***数学模型的建立
通常直流电机的等效阻抗如图1所示,首先令二端阻抗两端电压为v(t),电流为i(t),根据KVL定理及电荷传递规律可得如下微分方程:
由拉普拉斯得其复频域的表达式:
(Ls+R)I(s)=V(s) (2-2)
2.由***函数求解差分方程
根据(2-2)式,***的转移导纳函数可写作:
采用双线性变换时,从s域函数到z域函数的转换关系为:
式中T为对模拟信号进行等间隔采样的采样时间间隔,指标为1us,代入(2-1)式并整理得:
其信号流图如图2所示,为减少除法运算的次数,整理上式:
其中(2L-RT)、(2L+RT)两项为定值,只需在写入L、R及T时计算一次即可,此后无需重复计算。
3.ARM+DSP实现人机交互以及控制电流的计算和输出
本发明采用TI公司的AM3352基础性ARM处理器与SM320C6727B-EP增强型浮点数字信号处理器(DSP)。ARM作为主CPU负责人机交互、设置参数的传递。DSP作为从CPU完成设置参数的解析、公式的计算和逻辑控制,最终数据传递到DAC控制芯片ADR5541管脚。DSP部分包括三个模块:用户参数解析模块,DAC数据生成模块,SPI输出控制模块。
3.1用户参数解析模块:
ARM搭载Linux操作***,运行基于Qt编写的人机交互应用程序,完成等效电路参数设置(R、L)。主从CPU之间采用串口通信,ARM以SCPI协议格式发送字符串将等效电路的参数发送给从DSP,DSP接收并解析命令,完成参数设定,具体协议格式如下:
电阻R的设置命令:CIRCuit:RESistance<value>
电感L的设置命令:CIRCuit:INDuctance<value>
3.2 DAC数据生成模块:
DAC数据生成包括2次加法,3次乘法,1次除法的处理逻辑,数据补偿逻辑,以及循环生成SPI输出控制模块所需要的控制和数据信号逻辑。
3.3 SPI输出控制模块:
本模块将产生满足ADR5541芯片时序的控制逻辑,实现DA转换功能的芯片ADR5541最高支持25MHz的输入时钟,输出16位精度数据,且满足SPI标准的数据传输逻辑。频响要求为1MHz,即1us发送一次数据,而完成16位SPI数据耗时40ns*16=640ns,所以时间上绰绰有余。在单位采样时间1us内(50个时钟)需要生成一次新的数据,其中有关乘除部分的逻辑需要做好时序约束,防止数据竞争的产生。
以上就是基于ARM+DSP实现模拟直流电机拉载电流的控制原理,可以通过ARM在精度约束范围内设置参数并由DSP精确地计算每一个采样点的控制信号进而进行DAC输出以实现电流拉载。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)通过人机交互界面设置电阻R、电感L;
2)设置ARM与DSP的串口波特率为115200baud/s,停止位为1,数据位为8,奇偶校验为无,流控制为无,建立主从CPU的串口通信连接;
3)ARM以SCPI协议格式经由串口将参数发送给DSP,DSP打开串口中断接收设置参数,由SCPI指令解析模块解析后转化为浮点数,在单次采样周期内由数字模拟转换器DAC数据生成模块完成公式计算,捕捉实时电压信号v(n),作为***的输入信号;
4)由差分方程计算得到输出信号i(n),输出信号i(n)的计算公式为:
式中,T为对模拟信号进行等间隔采样的采样时间间隔,(2L-RT)、(2L+RT)两项为定值,只需在写入L、R及T时计算一次即可,此后无需重复计算;
5)将i(n)通过补偿模块转换为实际控制信号的电平值,然后以数字模拟转换器DAC数据生成模块为基准转换为整数;
6)由数字模拟转换器DAC数据生成模块生成循环控制逻辑,将步骤5)得到的电平信号值写入SPI输出控制模块;
7)SPI输出控制模块模拟芯片时序逻辑,将最终控制信号输出到芯片管脚。
2.根据权利要求1所述的电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法,其特征在于:所述ARM为AM3352基础性ARM处理器,所述DSP为SM320C6727B-EP增强型浮点数字信号处理器。
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