电机控制快速原型平台的算法同步方法及其验证方法技术

电机控制快速原型平台的算法同步方法及其验证方法，涉及电机控制技术领域。本发明专利技术是为了在电机控制过程中实现目标机与算法应用平台的算法同步。本发明专利技术所述的电机控制快速原型平台的算法同步方法，在目标机与算法应用平台之间通过EtherCAT协议进行通信；将电机控制算法的不同阶段分配到目标机和算法应用平台的不同中断中进行执行；在算法应用平台内配置两个计数器，利用同步中断触发信号使能计数，通过调整不同中断的触发顺序和执行时间分布，最终实现目标机与算法应用平台的算法同步。最终实现目标机与算法应用平台的算法同步。最终实现目标机与算法应用平台的算法同步。

【技术实现步骤摘要】
电机控制快速原型平台的算法同步方法及其验证方法


[0001]本专利技术属于电机控制


技术介绍

[0002]近年来，快速控制原型技术由于效率高、迭代周期短的优点而被应用于电机控制算法开发领域。传统的电机控制快速原型平台一般由宿主机、目标机、基于PCI协议的IO板卡、输入/输出辅助电路(如采样电路和功率变换器)和被控电机组成。然而，IO板卡和商业化的快速原型平台如dSPACE、RT
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LAB等价格昂贵，增加了电机控制算法开发的成本。此外，传统平台在快速原型开发过程中通过IO板卡实现信号采集和模拟/数字信号生成，无法模拟真实应用平台硬件电路对控制的影响。为此，用拟开发控制算法的应用平台(如通用变频器)代替IO板卡和输入/输出辅助电路组成新的低成本快速原型平台是一种可行的解决方案。但是，由于电机控制算法的特殊性，由宿主机、目标机、算法应用平台和被控电机组成的快速原型平台需要重点关注目标机与算法应用平台之间的算法同步问题。
[0003]在控制算法仿真验证过程中，拟开发的算法运行在目标机中，信号采集和模拟/数字信号生成由算法应用平台实现；而在控制算法部署到实际应用平台后，所有的任务均由控制器实现。为了保证算法仿真验证和实际应用过程中的算法执行时序完全相同，需要解决以下问题：
[0004](1)时钟同步问题
[0005]目标机和算法应用平台通过不同的时钟电路获得时钟信号，而不同的时钟电路由于材料的微小差异或受工作环境温度的影响，总会出现工作频率不一样的情况。因此，算法同步首先要解决目标机与应用平台之间的时钟同步问题，保证两个硬件中的算法执行周期完全一致；
[0006](2)通信实时性问题
[0007]在控制算法仿真验证过程中，算法应用平台的采样信号首先要上传到目标机中，然后通过目标机处理得到待输出的信号，最后，目标机将待输出的信号下发至算法应用平台中输出。即，一个控制周期内需要完成两次数据通信。根据应用平台的功率等级不同，电机控制算法的工作频率通常在2kHz～10kHz之间。因此，目标机与算法应用平台之间的通信频率需要在4kHz～20kHz的频率范围内可调。这对目标机和算法应用平台之间的通信方式的实时性和数据刷新速率提出了较高要求；
[0008](3)算法执行时序问题
[0009]在每一个控制周期中，电机控制算法需要依次完成模拟/数字信号采集与转换、输出量计算和模拟/数字信号输出等主要任务。因此，在保证算法执行周期完全一致的前提下，还需要调整各个算法执行时间段的相对位置，从而保证各电机控制算法的执行顺序正确。
[0010]综上所述，为了满足电机控制快速原型平台的算法开发需求，需要一种合适的通信方式及对应的工作模式来实现目标机与算法应用平台之间的算法同步。

技术实现思路

[0011]本专利技术是为了在电机控制过程中实现目标机与算法应用平台的算法同步，现提供电机控制快速原型平台的算法同步方法及其验证方法。
[0012]电机控制快速原型平台的算法同步方法，所述电机控制快速原型平台包括宿主机、目标机和算法应用平台，所述宿主机用于生成控制算法并载入到所述目标机中，所述目标机用于根据实时运行状态数据运行控制算法并生成控制信号，所述算法应用平台用于利用控制信号控制被控电机，所述实时运行状态数据包括被控电机的三相电流和转子角度位置、以及算法应用平台内部控制器的输入输出状态，所述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号；
[0013]所述目标机与所述算法应用平台之间通过EtherCAT协议进行通信，所述EtherCAT协议为DC(分布式时钟)同步模式，且通信频率为2f，其中f为控制算法的控制频率，在算法应用平台中配置有脉宽调制计数器和定时中断计数器，所述脉宽调制计数器的计数周期为1/f，所述定时中断计数器的计数周期为1/2f；
[0014]所述算法同步方法为：
[0015]在定时中断计数器的每一个1匹配时刻触发定时器中断，所述定时器中断包括交替触发的第一定时器中断PIT1和第二定时器中断PIT2；在每一次EtherCAT通信结束时刻触发同步管理中断，所述同步管理中断包括交替触发的第一同步管理中断SM1和第二同步管理中断SM2；在第一定时器中断PIT1和第一同步管理中断SM1之间触发第一同步中断SYNC1，在第二定时器中断PIT2和第二同步管理中断SM2之间触发第二同步中断SYNC2；
[0016]在第一定时器中断PIT1过程中，所述算法应用平台读取其内部控制器的输入输出状态以及被控电机的转子角度位置；
[0017]在第一同步中断SYNC1过程中，所述算法应用平台读取被控电机的三相电流，并用读取到的实时运行状态数据更新应用端EtherCAT发送寄存器中的数据；
[0018]在第一同步管理中断SM1过程中，所述算法应用平台读取目标机下发的第一控制信号；
[0019]在第二定时器中断PIT2过程中，所述算法应用平台根据第一控制信号更新其内部控制器的数模转换信号和输入输出状态；
[0020]在第二同步中断SYNC2过程中，所述算法应用平台用第二定时器中断PIT2过程中更新后的输入输出状态更新应用端EtherCAT发送寄存器中的数据；
[0021]在第二同步管理中断SM2过程中，所述算法应用平台读取目标机下发的第二控制信号，并根据第二控制信号更新脉宽调制计数器的比较值；
[0022]所述脉宽调制计数器和定时中断计数器均在第一个第一同步中断SYNC1上升沿到来时刻开始计数。
[0023]进一步的，上述电机控制快速原型平台的控制过程为：
[0024]所述宿主机生成控制算法并载入到目标机中，
[0025]所述算法应用平台采集实时运行状态数据并用该实时运行状态数据更新应用端EtherCAT发送寄存器中的数据，
[0026]所述应用端EtherCAT发送寄存器中的数据在EtherCAT通信时被上传至所述目标机，
[0027]所述目标机根据接收的实时运行状态数据运行控制算法获得控制信号，并用该控制信号更新目标机端EtherCAT发送寄存器中的数据，
[0028]所述目标机端EtherCAT发送寄存器中的数据在EtherCAT通信时被下发至所述算法应用平台，
[0029]所述算法应用平台根据接收的控制信号对其内部控制器中的数模转换信号、脉宽调制计数器的比较值和输入输出指令进行更新，进而对被控电机进行控制。
[0030]进一步的，在一个完整的电机控制周期内，所述第一定时器中断PIT1早于所述第二定时器中断PIT2被触发，所述第一同步管理中断SM1早于所述第二同步管理中断SM2被触发。
[0031]进一步的，上述宿主机内配置有Simulink仿真模型，所述Simulink仿真模型的仿真步长为1/2f。
[0032]上述电机控制快速原型平台的算法同步方法的第一种验证方法，具体为：
[0033]任意选择所述算法应用平台的3个输入输出端口，并设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电机控制快速原型平台的算法同步方法，所述电机控制快速原型平台包括宿主机、目标机和算法应用平台，所述宿主机用于生成控制算法并载入到所述目标机中，所述目标机用于根据实时运行状态数据运行控制算法并生成控制信号，所述算法应用平台用于利用控制信号控制被控电机，所述实时运行状态数据包括被控电机的三相电流和转子角度位置、以及算法应用平台内部控制器的输入输出状态，所述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号；其特征在于，所述目标机与所述算法应用平台之间通过EtherCAT协议进行通信，所述EtherCAT协议为DC(分布式时钟)同步模式，且通信频率为2f，其中f为控制算法的控制频率，在算法应用平台中配置有脉宽调制计数器和定时中断计数器，所述脉宽调制计数器的计数周期为1/f，所述定时中断计数器的计数周期为1/2f；所述算法同步方法为：在定时中断计数器的每一个1匹配时刻触发定时器中断，所述定时器中断包括交替触发的第一定时器中断PIT1和第二定时器中断PIT2；在每一次EtherCAT通信结束时刻触发同步管理中断，所述同步管理中断包括交替触发的第一同步管理中断SM1和第二同步管理中断SM2；在第一定时器中断PIT1和第一同步管理中断SM1之间触发第一同步中断SYNC1，在第二定时器中断PIT2和第二同步管理中断SM2之间触发第二同步中断SYNC2；在第一定时器中断PIT1过程中，所述算法应用平台读取其内部控制器的输入输出状态以及被控电机的转子角度位置；在第一同步中断SYNC1过程中，所述算法应用平台读取被控电机的三相电流，并用读取到的实时运行状态数据更新应用端EtherCAT发送寄存器中的数据；在第一同步管理中断SM1过程中，所述算法应用平台读取目标机下发的第一控制信号；在第二定时器中断PIT2过程中，所述算法应用平台根据第一控制信号更新其内部控制器的数模转换信号和输入输出状态；在第二同步中断SYNC2过程中，所述算法应用平台用第二定时器中断PIT2过程中更新后的输入输出状态更新应用端EtherCAT发送寄存器中的数据；在第二同步管理中断SM2过程中，所述算法应用平台读取目标机下发的第二控制信号，并根据第二控制信号更新脉宽调制计数器的比较值；所述脉宽调制计数器和定时中断计数器均在第一个第一同步中断SYNC1上升沿到来时刻开始计数。2.根据权利要求1所述的电机控制快速原型平台的算法同步方法，其特征在于，电机控制快速原型平台的控制过程为：所述宿主机生成控制算法并载入到目标机中，所述算法应用平台采集实时运行状态数据并用该实时运行状态数据更新应用端EtherCAT发送寄存器中的数据，所述应用端EtherCAT发送寄存器中的数据在EtherCAT通信时被上传至所述目标机，所述目标机根据接收的实时运行状态数据运行控制算法获得控制信号，并用该控制信号更新目标机端EtherCAT发送寄存器中的数据，所述目标机端EtherCAT发送寄存器中的数据在EtherCAT通信时被下发至所述算法应
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵杰，钟本诚，苏健勇，詹旺，谭凯文，王帅，鲁光旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：