胡恒錚

（無(wú)錫技師學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214000）

0 引 言

雙數(shù)字信號(hào)處理器是以大規(guī)模電路集成芯片作為核心組成元件的任務(wù)型信號(hào)處理器設(shè)備，可以用數(shù)字流表示傳輸信號(hào)參量。在既定電氣處理環(huán)境中，該項(xiàng)應(yīng)用元件始終具備較強(qiáng)的信號(hào)承載能力。在不考慮其他干擾條件的情況下，雙數(shù)字信號(hào)處理可濾波或測(cè)量真實(shí)存在的連續(xù)模擬信號(hào)。因此，在數(shù)字域應(yīng)用范圍中，雙數(shù)字信號(hào)處理器可直接實(shí)現(xiàn)由模擬參量到應(yīng)用參量的轉(zhuǎn)化處理，是模數(shù)轉(zhuǎn)換器始終具備較強(qiáng)應(yīng)用能力的主要原因[1,2]。在電氣控制領(lǐng)域中，隨外界信號(hào)傳輸行為的改變，雙數(shù)字型處理器的實(shí)用范圍也會(huì)逐漸擴(kuò)大，且隨著轉(zhuǎn)換電路中應(yīng)用電子傳輸流量的提升，相關(guān)信號(hào)主控模塊的實(shí)際表現(xiàn)行為也會(huì)出現(xiàn)變化。

1 基于雙數(shù)字信號(hào)處理器的電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由D/A轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)主控模塊以及復(fù)雜可編程邏輯器3部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 D/A轉(zhuǎn)換電路

D/A轉(zhuǎn)換電路是電氣控制系統(tǒng)中唯一的點(diǎn)電子輸出元件。在雙數(shù)字信號(hào)處理器的調(diào)度作用下，它可將束狀交變電流整合成直流傳輸形式，再借助各級(jí)應(yīng)用導(dǎo)線傳輸至下級(jí)應(yīng)用設(shè)備結(jié)構(gòu)體中。與其他電子傳輸設(shè)備相比，D/A轉(zhuǎn)換電路具備的電量匯總能力相對(duì)較強(qiáng)，可在交直流電子同時(shí)存在的情況下快速調(diào)取其中的有效應(yīng)用成分，并按照不同的傳輸需求將其規(guī)劃成復(fù)雜的可編程調(diào)度形式。在信號(hào)主控模塊不被完全占用的前提下，由D/A轉(zhuǎn)換電路輸出的應(yīng)用電子流可直接被轉(zhuǎn)存至邏輯器結(jié)構(gòu)體中，并以電子參量的形式被長(zhǎng)期存儲(chǔ)[3]。從功能性角度來(lái)看，D/A轉(zhuǎn)換電路直接與系統(tǒng)的外界電源相連，一方面將外接電量整合成既定傳輸應(yīng)用形式，另一方面可借助系統(tǒng)信道結(jié)構(gòu)體，現(xiàn)對(duì)待調(diào)度電氣傳輸電子的定向化控制。

1.2 信號(hào)主控模塊

電氣控制系統(tǒng)的信號(hào)主控模塊以TMS320F2812芯片作為核心搭建設(shè)備，將處理器內(nèi)核中的雙數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)化成微控制應(yīng)用形式，再利用D/A轉(zhuǎn)換電路的電子輸送功能，將這些信號(hào)參量由頂層處理單元分配至底層處理單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)結(jié)構(gòu)體的集中化處理與調(diào)度[4]。在DSP內(nèi)核的實(shí)踐作用下，信號(hào)主控模塊外部的微型調(diào)節(jié)器可直接建立與TMS320F2812芯片的應(yīng)用連接，并可在互相傳遞電氣控制信號(hào)的同時(shí)，將多余數(shù)據(jù)信息參量傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)體中，以供后續(xù)控制任務(wù)指令的直接調(diào)取與利用。一般情況下，TMS320F2812芯片始終保持32位×32位與16位×16位并存的信號(hào)編碼形式。在傳輸信號(hào)總量不斷增大的情況下，該結(jié)構(gòu)體可長(zhǎng)時(shí)間保持附加式的32位信號(hào)累加處置原則，并可分多次將已存儲(chǔ)的信號(hào)參量傳輸至其他系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體中，從而解決與電氣化設(shè)備相關(guān)的應(yīng)用控制問(wèn)題。

1.3 復(fù)雜可編程邏輯器

復(fù)雜可編程邏輯器可在EPM7512AETC144-7型CPLD設(shè)備的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換接口與信號(hào)主控接口的粘合處理，借助雙數(shù)字信號(hào)處理器解決系統(tǒng)內(nèi)部的電氣應(yīng)用參量高速化編程處理問(wèn)題。為提高電氣輸出信號(hào)的實(shí)際應(yīng)用精度值，復(fù)雜可編程邏輯器可同時(shí)整合8路并行波形數(shù)據(jù)，并在保持其原始傳輸波形的情況下，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體的輸出流量調(diào)節(jié)至最大應(yīng)用水平[5,6]。從譯碼處理的角度來(lái)看，復(fù)雜可編程邏輯器在單位控制時(shí)間內(nèi)可最多開(kāi)放10個(gè)目標(biāo)地址節(jié)點(diǎn)，且隨著待傳輸數(shù)據(jù)總量的提升，已開(kāi)放應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的實(shí)際數(shù)值水平會(huì)適當(dāng)降低，直至1 bit數(shù)據(jù)所占據(jù)的信號(hào)傳輸空間達(dá)到16 bit。當(dāng)系統(tǒng)中斷器保持連續(xù)運(yùn)行的情況下，復(fù)雜可編程邏輯器會(huì)根據(jù)DSP中斷行為的執(zhí)行方向，讀取與電氣控制指令相關(guān)的按鍵觸發(fā)條件，并在下一個(gè)控制周期中去除已中斷的信號(hào)參量結(jié)構(gòu)體。

2 基于雙數(shù)字信號(hào)處理器的電氣控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在硬件執(zhí)行環(huán)境的基礎(chǔ)上，按照波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生、雙數(shù)字信號(hào)監(jiān)控處置以及上機(jī)位控制軟件連接的處理流程搭建系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)基于雙數(shù)字信號(hào)處理器電氣控制系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

2.1 波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生算法

波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生是一個(gè)相對(duì)主觀的雙數(shù)字信號(hào)處理環(huán)節(jié)，可按照復(fù)雜可編程邏輯器內(nèi)傳輸信息的實(shí)際處理需求建立關(guān)鍵的電氣控制定義表達(dá)式，約束信號(hào)主控模塊內(nèi)數(shù)據(jù)信息參量的實(shí)際傳輸速率。在雙數(shù)字信號(hào)處理器的作用下，波形數(shù)據(jù)的變化形式能夠完全滿足D/A電氣參量的實(shí)際合成需求，且隨著系統(tǒng)控制應(yīng)用時(shí)間的延長(zhǎng)，這些信號(hào)參量會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)體中大量堆積，直至達(dá)到系統(tǒng)對(duì)雙數(shù)字信號(hào)的額定承載極限數(shù)值[7]。假設(shè)在一個(gè)完整的電信號(hào)控制周期內(nèi)，電氣參量的最大傳輸數(shù)量只能達(dá)到Nmax，且該參數(shù)的實(shí)際取值條件始終受到上行波動(dòng)量λ1與下行波動(dòng)量λ0的共同作用影響。結(jié)合上述物理量，可將系統(tǒng)內(nèi)的波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生算法F定義為：

式中，代表電氣信號(hào)的波動(dòng)運(yùn)行均值；k1,k2,…,kn代表n個(gè)不同的雙數(shù)字信號(hào)節(jié)點(diǎn)參量值；代表節(jié)點(diǎn)信號(hào)量的平均數(shù)值。

2.2 雙數(shù)字信號(hào)監(jiān)控處置流程

雙數(shù)字信號(hào)監(jiān)控處置流程以波形數(shù)據(jù)獲取作為起始應(yīng)用環(huán)節(jié)。在D/A轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)主控模塊等多個(gè)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體的作用下，它可在調(diào)取復(fù)雜可編程邏輯器內(nèi)已存儲(chǔ)電氣信號(hào)參量的同時(shí)，實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸均值量，使系統(tǒng)具備更強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)已存儲(chǔ)的電氣信號(hào)參量值始終不會(huì)發(fā)生改變，且隨著系統(tǒng)控制應(yīng)用時(shí)間的延長(zhǎng)，信號(hào)參量也始終不會(huì)傳輸至系統(tǒng)實(shí)用環(huán)境外部，始終在內(nèi)部執(zhí)行環(huán)境中保持不斷循環(huán)的傳輸狀態(tài)[8,9]。完成信號(hào)的初步傳輸后，復(fù)雜可編程邏輯器內(nèi)的雙數(shù)字信號(hào)參量可被完全清空，有效促進(jìn)了此系統(tǒng)對(duì)電氣信號(hào)的控制能力，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)別信號(hào)參量的定向化控制與管理。具體信號(hào)監(jiān)控處置流程如圖1所示。

2.3 上機(jī)位控制軟件

上機(jī)位控制軟件連接是電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的末尾處理環(huán)節(jié)。出于對(duì)雙數(shù)字信號(hào)處理器調(diào)度能力的考慮，上機(jī)位控制軟件的編寫(xiě)必須建立在Windows XP平臺(tái)之上，且需要在C+Builder編程語(yǔ)句的作用下將電氣信號(hào)參量的開(kāi)銷(xiāo)值水平控制在最低應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。尤其是在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)體中，隨著上機(jī)位控制軟件的應(yīng)用，雙數(shù)字信號(hào)的監(jiān)控指令能夠得到更好的協(xié)調(diào)與維護(hù)，直至將所有信號(hào)參量完全轉(zhuǎn)存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生算法的存在，上機(jī)位控制軟件的實(shí)際作用范圍受到嚴(yán)格限制，且在一定情況下很難實(shí)現(xiàn)對(duì)定點(diǎn)電氣參量的實(shí)時(shí)檢測(cè)[10]。為解決此問(wèn)題，在進(jìn)行軟件編碼的同時(shí)必須同步編譯上機(jī)位的頭結(jié)點(diǎn)與尾節(jié)點(diǎn)，當(dāng)中間參量的編碼形式趨于穩(wěn)定后，從而實(shí)現(xiàn)上機(jī)位控制軟件的連接與應(yīng)用。

圖1 雙數(shù)字信號(hào)監(jiān)控處置流程圖

3 系統(tǒng)實(shí)用性檢測(cè)

為驗(yàn)證基于雙數(shù)字信號(hào)處理器電氣控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)如下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在既定電氣應(yīng)用平臺(tái)中，以?xún)膳_(tái)完全相同的信號(hào)處理主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，其中實(shí)驗(yàn)組主機(jī)搭載新型電氣控制系統(tǒng)，對(duì)照組主機(jī)搭載常規(guī)繼電保護(hù)系統(tǒng)。控制其他干擾條件始終保持不變，在相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境下記錄兩組SDI指標(biāo)的實(shí)際變化情況。已知SDI指標(biāo)能夠反映系統(tǒng)對(duì)于個(gè)別信號(hào)參量的定向化控制與管理能力。通常情況下，SDI指標(biāo)數(shù)值越大，系統(tǒng)所具備的控制與管理能力越強(qiáng)，反之則越弱。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組SDI指標(biāo)數(shù)值的具體變化情況如表1所示。分析表1可知，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組SDI指標(biāo)保持先上升再穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，全局最大值達(dá)到84.0%，且能夠呈現(xiàn)10 min的數(shù)值穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)照組SDI指標(biāo)在一段時(shí)間的穩(wěn)定狀態(tài)后開(kāi)始不斷下降，全局最大值僅達(dá)到66.3%，與實(shí)驗(yàn)組極值相比下降了17.7%。綜上可知，隨著基于雙數(shù)字信號(hào)處理器電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用，SDI指標(biāo)出現(xiàn)了明顯上升的變化趨勢(shì)，驗(yàn)證了系統(tǒng)在個(gè)別信號(hào)參量定向化控制與管理方面具有較強(qiáng)實(shí)用能力的原始猜想。

4 結(jié) 論

與常規(guī)繼電保護(hù)系統(tǒng)相比，新型電氣控制系統(tǒng)在個(gè)別信號(hào)處理方面具有更強(qiáng)的實(shí)用處理能力，能夠在提升SDI指標(biāo)數(shù)值的同時(shí)避免不良控制對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)造成的影響，具備較強(qiáng)的實(shí)用性。

表1 SDI指標(biāo)數(shù)值對(duì)比表