CN108663935A - 单片双核dsp变频器梯度模型架构控制系统及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统及设计方法，该控制系统包括：单片双核DSP中央监控及处理主控制模块、机电系统物理特性参数输入模块、电参数实时采集模块、过载保护模块、参数模型分析及等效变换模块、梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块以及参数及模型自修正模块。本发明提供的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统及设计方法能够为多种工业生产工艺过程中的中小功率交流电力传动控制需求提供有效的方案设计方法及变频控制系统，该系统及设计方法在交流电力传动领域的研发设计、产品化等方面具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及变频器控制领域，尤其涉及一种单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统及设计方法。
背景技术
电气传动控制系统广泛的应用于机械、矿山、冶金、化工、纺织、造纸、水泥、交通等工业部门。发电厂发出的电能有60-70％通过各种电机加以利用。在电机用电中，交流电机占80％左右，其中大部分为异步电机直接拖动。由于全球能源短缺及环境污染问题，工业发达国家投入大量的人力、财力研究电机使用节能措施。人们发现，占电机用电量一半以上的风机、水泵负载是靠阀门和挡板来调节流量和压力的，其拖动电机一般工作在恒速状态，从而造成了大量的能量浪费。如用改变电机转速的方法调节风量和流量，在压力保持不变的情况下，一般可以节电20-30％。在工业化国家，经济型交流电机调速装置已经开始投入使用在这些负载中，成为重要的节能手段。
从上世纪开始，交流电机调速装置的研究从稳态模型异步电机调速系统一路发展到动态模型的异步电机调速系统，开发出了异步电机调压调速、恒压频比调速、矢量变频调速、直接转矩调速等变频调速控制系统。凭借着有省电、长寿命、良好的调速性能等优点，以变频器为核心的交流电力传动控制技术广泛应用于各个领域，它是本世纪最具有发展前景的新兴高技术领域之一。作为新型调速控制系统，交流变频传动控制系统具有高调速性能、节能、高可靠性、长寿命等显著的优点，这将成为继直流电力传动之后的又一次标志性的飞跃，是世界传动工业的新的革命。
变频调速系统主要指通过标准化或针对具体工艺过程专门设计的非标准变频控制器驱动控制电动机，通过调节加在定子上的电压、频率等参数实现电机调速的控制系统，其市场潜力巨大。
变频调速系统广泛应用于各种行业，但由于其与各种生产工艺过程紧密结合，使得变频调速系统在实际开发中不同程度的需要进行以适应具体生产工艺为目的的非标准化系统开发设计。因此，在交流传动控制系统的设计过程中要充分考虑整个生产过程的控制参数需求、组合形式、可靠性等特点，通过制定或修订标准产品设计和工程方案进行设计开发，以满足生产实践的需求。
在交流电力传动变频控制系统的设计过程中，针对具体生产工艺过程的变频调速设计成为一个突出问题，特别是在中小功率变频控制系统应用领域，由于应用更为灵活，因此这个问题更为突出，开发人员要花费大量的时间修改甚至是重新开发原有成熟系统，不但增加了开发成本，同时降低了系统可靠性。因此，研究开发一种具有任务分解并自行调度的通用的交流传动控制系统开发方法，成为交流电力传动行业急需解决的问题。面对以上的问题，当前并没有系统、规范、公认的设计方法。
以上是目前交流电力传动变频调速控制系统及其开发方法的现状，通过目前的方法并不能系统有效实现针对具体生产工艺过程的具有任务分解并自行调度的通用的交流传动控制系统的开发方法，这严重限制了交流电力传动控制系统的研发、制造和产业化发展。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统及设计方法，能够解决多种工业生产工艺过程中的中小功率交流电力传动控制方案设计及变频器控制系统需求。
本发明的构成思路是对于不同的交流电力传动控制系统，在实时数据采集的基础上进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库标准子模型及其状态下的工作参数，再将等效变换得到的子模型进行梯度正交化分解，采用子模型自适应算法将梯度正交化分解的子模型进行任务调度和协调管理，最后根据实时采集数据及存档事件通过自修正模型在默认参数及其子模型的基础上进行参数及模型的修正，以适应具体工艺过程。
本发明的技术方案如下：提供一种单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统，包括：单片双核DSP中央监控及处理主控制模块、机电系统物理特性参数输入模块、电参数实时采集模块、过载保护模块、参数模型分析及等效变换模块、梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块、参数及模型自修正模块；
所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块，实现变频器梯度模型控制功能，同时输出特性曲线及综合分析报告；
所述机电系统物理特性参数输入模块，用来采集变频器及电机的静态物理特性参数；
所述电参数实时采集模块，输入电功率至变频器及电机并实时测量其输出电信号然后反馈至所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块；
所述过载保护模块，根据实时采集的变频器及电机关键结点的电压、电流及温度等工作数据输入过载保护模型，根据过载保护模型分析进行保护决策、响应及事件存档；
所述参数模型分析及等效变换模块，根据实时采集工作数据进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库中的标准子模型及其状态下的工作参数；
所述梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块，将等效变换得到的子模型进行梯度正交化分解，采用子模型自适应算法将梯度正交化分解的子模型进行任务调度和协调管理；
所述参数及模型自修正模块，根据实时采集工作数据及存档事件通过自修正模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，以适应具体工艺过程。
进一步地，所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块包括进行模型分析及任务管理的上位机模型管理调度内核以及进行DSP数据采集、硬件控制的下位机硬件控制DSP内核，所述上位机模型管理调度内核与下位机硬件控制DSP内核封装在一个电路芯片中。
进一步地，所述静态物理特性参数包括调速范围、响应时间。
本发明还提供一种单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，包括以下步骤：
(1)采集变频器、电机及生产工艺过程参数，如调速范围、响应时间等静态物理特性参数，建立机电系统物理特性参数数学模型；
(2)根据变频器、电机及工艺过程的要求，设定过载保护参数和过载响应动作，建立过载保护数学模型；
(3)由下位机硬件控制DSP内核实时采集电压、电流、温度等工作数据，利用单片双核间的专用通讯模块将实时数据传输给上位机模型管理调度内核；
(4)建立标准通用环境下的标准模型库，该标准模型库由变频器控制的各环节的标准子模型构成；
(5)根据工艺过程的特点建立参数模型分析及等效变换数学模型，根据实时采集工作数据进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库标准子模型及其状态下的工作参数；
(6)建立梯度模型分析及标准子模型自适应调度数学模型，根据工艺过程要求及实时采集工作数据，将归一化后得到的子模型进行梯度正交化分解，按照其控制决策等级分为不同梯度层次，每个层次分级管理并由标准子模型自适应调度数学模型进行协调调度管理；
(7)建立参数及模型自修正数学模型，根据实时采集工作数据及存档事件通过参数及模型自修正数学模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，实现在具体工艺过程中优化模型库模型及参数的目的；
(8)重复步骤3～7，通过多次实时工作数据采集及模型处理测试变频控制系统的输出特性，测试范围不超过正常工作状态允许条件下的极限值；
(9)根据以上步骤测试和分析，输出特性参数及特性曲线报告。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明弥补了非标准类交流电力传动控制系统及设计方法的不足，对不同工业生产工艺过程中的中小功率交流电力传动控制系统提出了一套完整、有效的解决方案。本发明提出的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统能够适应多种使用环境，同时具有设计技术开发周期短、单片双核集成封装控制结构的高系统可靠性以及较低硬件成本的优势。
本发明在实时数据采集的基础上进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库标准子模型及其状态下工作参数，再将等效变换得到的子模型进行梯度正交化分解，采用子模型自适应算法将梯度模型正交化分解的子模型进行任务调度和协调管理，最后根据实时采集工作数据及存档事件通过自修正模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，以适应具体工艺过程为一体的设计模式实现上述创新性，与现有的设计方法相比该控制系统能够将控制任务梯度正交分解，解耦后的任务函数可以分层次进行自适应调度管理，不同的解耦任务采用不同的处理机构进行分层处理，这样的控制方式能够有效地实现任务的分布式管理，提高效率，增强控制系统的实时性。同时在不同规格产品之间建立一个分析评价的沟通桥梁，利于研发、质量管理、商品采购、公共检测等工作的开展，因而体现其先进性。
采用本发明提出的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统及设计方法能够对多种工业生产工艺过程中的中小功率交流电力传动控制系统提供有效的方案设计方法及变频器控制系统，同时该系统及设计方法在电力电子及交流电力传动领域的研发设计、产品化等方面具有重要意义。
本发明提供的方案设计方法及变频器控制系统，适合于所有交流电力传动控制领域，对于中小功率交流电力传动控制效果更为明显。
附图说明
图1为本发明单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统的结构示意图。
图2为本发明单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统，包括：单片双核DSP中央监控及处理主控制模块1、机电系统物理特性参数输入模块2、电参数实时采集模块3、过载保护模块4、参数模型分析及等效变换模块5、梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块6、参数及模型自修正模块7。
所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块1，实现变频器梯度模型控制功能，同时输出特性曲线及综合分析报告，其包括进行模型分析及任务管理的上位机模型管理调度内核以及进行DSP数据采集、硬件控制的下位机硬件控制DSP内核，所述上位机模型管理调度内核与下位机硬件控制DSP内核封装在一个电路芯片中；
所述机电系统物理特性参数输入模块2，用来采集变频器及电机的静态物理特性参数，所述静态物理特性参数包括调速范围、响应时间等；
所述电参数实时采集模块3，输入电功率至变频器及电机并实时测量其输出电信号然后反馈至所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块1；
所述过载保护模块4，根据实时采集的变频器及电机关键结点的电压、电流及温度等工作数据输入过载保护模型，根据过载保护模型分析进行保护决策、响应及事件存档；
所述参数模型分析及等效变换模块5，根据实时采集工作数据进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库中的标准子模型及其状态下的工作参数；
所述梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块6，将等效变换得到的子模型进行梯度正交化分解，采用子模型自适应算法将梯度正交化分解的子模型进行任务调度和协调管理；
所述参数及模型自修正模块7，根据实时采集工作数据及存档事件通过自修正模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，以适应具体工艺过程。
请参阅图2，本发明还提供一种单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，包括以下步骤：
(1)采集变频器、电机及生产工艺过程参数，如调速范围、响应时间等静态物理特性参数，建立机电系统物理特性参数数学模型；
(2)根据变频器、电机及工艺过程的要求，设定过载保护参数和过载响应动作，建立过载保护数学模型；
(3)由下位机硬件控制DSP内核实时采集电压、电流、温度等工作数据，利用单片双核间的专用通讯模块将实时数据传输给上位机模型管理调度内核；
(4)建立标准通用环境下的标准模型库，该标准模型库由变频器控制的各环节的标准子模型构成；
(5)根据工艺过程的特点建立参数模型分析及等效变换数学模型，根据实时采集工作数据进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库标准子模型及其状态下的工作参数；
(6)建立梯度模型分析及标准子模型自适应调度数学模型，根据工艺过程要求及实时采集工作数据，将归一化后得到的子模型进行梯度正交化分解，按照其控制决策等级分为不同梯度层次，每个层次分级管理并由标准子模型自适应调度数学模型进行协调调度管理；
(7)建立参数及模型自修正数学模型，根据实时采集工作数据及存档事件通过参数及模型自修正数学模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，实现在具体工艺过程中优化模型库模型及参数的目的；
(8)重复步骤3～7，通过多次实时工作数据采集及模型处理测试变频控制系统的输出特性，测试范围不超过正常工作状态允许条件下的极限值；
(9)根据以上步骤测试和分析，输出特性参数及特性曲线报告。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明弥补了非标准类交流电力传动控制系统及设计方法的不足，对不同工业生产工艺过程中的中小功率交流电力传动控制系统提出了一套完整、有效的解决方案。本发明提出的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统能够适应多种使用环境，同时具有设计技术开发周期短、单片双核集成封装控制结构的高系统可靠性以及较低硬件成本的优势。
本发明在实时数据采集的基础上进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库标准子模型及其状态下工作参数，再将等效变换得到的子模型进行梯度正交化分解，采用子模型自适应算法将梯度模型正交化分解的子模型进行任务调度和协调管理，最后根据实时采集工作数据及存档事件通过自修正模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，以适应具体工艺过程为一体的设计模式实现上述创新性，与现有的设计方法相比该控制系统能够将控制任务梯度正交分解，解耦后的任务函数可以分层次进行自适应调度管理，不同的解耦任务采用不同的处理机构进行分层处理，这样的控制方式能够有效地实现任务的分布式管理，提高效率，增强控制系统的实时性。同时在不同规格产品之间建立一个分析评价的沟通桥梁，利于研发、质量管理、商品采购、公共检测等工作的开展，因而体现其先进性。
采用本发明提出的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统及设计方法能够对多种工业生产工艺过程中的中小功率交流电力传动控制系统提供有效的方案设计方法及变频器控制系统，同时该系统及设计方法在电力电子及交流电力传动领域的研发设计、产品化等方面具有重要意义。
本发明提供的方案设计方法及变频器控制系统，适合于所有交流电力传动控制领域，对于中小功率交流电力传动控制效果更为明显。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统，其特征在于，包括：单片双核DSP中央监控及处理主控制模块、机电系统物理特性参数输入模块、电参数实时采集模块、过载保护模块、参数模型分析及等效变换模块、梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块、参数及模型自修正模块；
所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块，实现变频器梯度模型控制功能，同时输出特性曲线及综合分析报告；
所述机电系统物理特性参数输入模块，用来采集变频器及电机的静态物理特性参数；
所述电参数实时采集模块，输入电功率至变频器及电机并实时测量其输出电信号然后反馈至所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块；
所述过载保护模块，根据实时采集的变频器及电机的工作数据输入过载保护模型，根据过载保护模型分析进行保护决策、响应及事件存档；
所述参数模型分析及等效变换模块，根据实时采集工作数据进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库中的标准子模型及其状态下的工作参数；
所述梯度模型分析及标准子模型自适应调度模块，将等效变换得到的子模型进行梯度正交化分解，采用子模型自适应算法将梯度正交化分解的子模型进行任务调度和协调管理；
所述参数及模型自修正模块，根据实时采集工作数据及存档事件通过自修正模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正，以适应具体工艺过程。
2.根据权利要求1所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统，其特征在于，所述单片双核DSP中央监控及处理主控制模块包括进行模型分析及任务管理的上位机模型管理调度内核以及进行DSP数据采集、硬件控制的下位机硬件控制DSP内核，所述上位机模型管理调度内核与下位机硬件控制DSP内核封装在一个电路芯片中。
3.根据权利要求1所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统，其特征在于，所述静态物理特性参数包括调速范围、响应时间。
4.根据权利要求1所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构控制系统，其特征在于，所述工作数据为实时采集到的变频器及电机关键结点的电压、电流及温度的数据。
5.一种单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采集变频器、电机及生产工艺过程参数，建立机电系统物理特性参数数学模型；
(2)根据变频器、电机及工艺过程的要求，设定过载保护参数和过载响应动作，建立过载保护数学模型；
(3)由下位机硬件控制DSP内核实时采集变频器和电机的工作数据，利用单片双核间的专用通讯模块将实时工作数据传输给上位机模型管理调度内核；
(4)建立标准通用环境下的标准模型库，该标准模型库由变频器控制的各环节的标准子模型构成；
(5)根据工艺过程的特点建立参数模型分析及等效变换数学模型，根据采集的实时工作数据进行参数分析及模式识别并归一化等效变换，推算等效标准模型库标准子模型及其状态下的工作参数；
(6)建立梯度模型分析及标准子模型自适应调度数学模型，根据工艺过程要求及实时工作数据，将归一化后得到的子模型进行梯度正交化分解，按照其控制决策等级分为不同梯度层次，每个层次分级管理并由标准子模型自适应调度数学模型进行协调调度管理；
(7)建立参数及模型自修正数学模型，根据实时采集工作数据及存档事件通过参数及模型自修正数学模型在默认参数及其模型的基础上进行参数及模型的修正；
(8)输出特性参数及特性曲线报告。
6.根据权利要求5所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，其特征在于，所述变频器、电机及生产工艺过程参数包括调速范围以及响应时间的静态物理特性参数。
7.根据权利要求5所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，其特征在于，所述步骤8中还包括在输出特性参数及特性曲线报告之前的：重复步骤3～7，通过多次实时工作数据采集及模型处理测试变频控制系统的输出特性，测试范围不超过正常工作状态允许条件下的极限值。
8.根据权利要求5所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，其特征在于，所述步骤7中的存档事件为过载保护模块根据过载保护模型分析进行的事件存档。
9.根据权利要求5所述的单片双核DSP变频器梯度模型架构设计方法，其特征在于，所述步骤3中的工作数据为实时采集到的变频器及电机关键结点的电压、电流及温度的数据。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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