一種集成腳本控制單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高志剛+盧琦+李建林

摘要：本文介紹了一種集成腳本控制單元（Integrated Script Control Unit，簡(jiǎn)稱ISCU）的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其包含2個(gè)部分，分別為控制板和軟件。用戶可在軟件上編寫具體的腳本并將其存儲(chǔ)在控制板上，以此來設(shè)計(jì)控制流程和算法?？刂瓢迳系奶幚砥鬟\(yùn)行程序時(shí)，將實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的算法。軟件還可以監(jiān)控所有的變量，提高了查找算法漏洞的效率。

關(guān)鍵詞：集成腳本控制單元；控制板；軟件

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）34-0099-03

一、引言

近些年來，電力電子變換器得到大量關(guān)注，廣泛用于工業(yè)、商業(yè)領(lǐng)域，比如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源和風(fēng)力發(fā)電。在對(duì)其控制上多采用像TMS320F2812和TMS320F28335這樣的數(shù)字處理器，執(zhí)行相應(yīng)的控制算法。然而，這些芯片都擁有大量的寄存器、模塊、外設(shè)，使用時(shí)用戶需要編寫大量代碼來對(duì)芯片初始化和控制外設(shè)，故都不容易掌握。基于迅速編寫電力電子變換器中控制算法并執(zhí)行的需求，筆者設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了ISCU。ISCU可以在不對(duì)處理器編寫任何代碼的情況下，為變換器設(shè)計(jì)算法。它提供了一個(gè)對(duì)用戶來說簡(jiǎn)單易懂的腳本系統(tǒng)，其中所編寫好的算法可以被ISCU翻譯和執(zhí)行，然后控制變換器。

二、ISCU拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ISCU由兩部分構(gòu)成，分別是控制板和軟件。

1.控制板?？刂瓢迳蠐碛袨楦黝悜?yīng)用場(chǎng)合所準(zhǔn)備的數(shù)字和模擬端口。此外，控制板還提供了一條外部數(shù)據(jù)總線，如有更深拓展時(shí)可以用到。圖1中包含了本文中所設(shè)計(jì)的控制板。計(jì)算機(jī)和控制板之間通過一對(duì)光纖連接通信。

表1中列出了控制板上所有的資源。控制板的處理器中存有服務(wù)器程序。上電時(shí)，該程序讀取存儲(chǔ)芯片中的腳本，并在每個(gè)開關(guān)周期執(zhí)行。

2.軟件。軟件主要有兩頁(yè)，如圖2所示。

第一頁(yè)用于編輯、編譯和燒錄程序到控制板上；第二頁(yè)則用于觀察用戶在程序中所設(shè)變量的波形圖。該軟件支持104條指令，涉及數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯判斷、通信、調(diào)節(jié)器等方面。用戶可以編寫腳本，實(shí)現(xiàn)具體功能，并在軟件中觀察變量。圖2中也舉了一個(gè)例子——關(guān)于如何創(chuàng)建一個(gè)10Hz的方波并將其輸出。在該腳本中，“ifLarger/but/overIf”指令用于改變變量“counter”的值，并控制數(shù)字輸出端口。

三、ISCU中的腳本系統(tǒng)

1.指令及其分類。腳本系統(tǒng)可以編譯由用戶編寫的腳本，并查找其中的錯(cuò)誤。腳本成功編譯后即可轉(zhuǎn)換至控制板當(dāng)中。用戶可以在程序中創(chuàng)建變量，并調(diào)用腳本系統(tǒng)所提供的各種指令。104條指令可以分成5組，如表2所示。用戶只要利用這些指令，便可以設(shè)計(jì)各種算法，使控制板以相應(yīng)模式工作。

2.腳本編譯和存儲(chǔ)。編譯過程按以下幾步進(jìn)行：①將腳本分成多塊。②編譯器嘗試找出每一塊中的指令和參數(shù)。如若格式不對(duì)或者參數(shù)不可取，編譯以失敗告終。③記錄用戶所創(chuàng)建的變量。每個(gè)變量存為30個(gè)字節(jié)，其中26個(gè)與變量名稱相關(guān)，剩下4個(gè)與變量初始值相關(guān)。④每一塊腳本分配10個(gè)字節(jié)，用于存儲(chǔ)指令類型、參數(shù)和邏輯信息。因此，若變量數(shù)量為m，分塊數(shù)量為n，那么用于存儲(chǔ)腳本的字節(jié)數(shù)量（記為q）可以由式（1）得到：q=30m+10n （1）

四、開放源碼的考慮

筆者愿意對(duì)社會(huì)公開ISCU的所有文檔和源代碼。筆者也樂意將ISCU的細(xì)節(jié)分享給每一位對(duì)該系統(tǒng)感興趣的人。筆者相信在ISCU的幫助下，各類用戶能在學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)，搭建變換器編寫算法時(shí)受益。筆者歡迎且鼓勵(lì)針對(duì)ISCU的任何修正和完善。

五、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并發(fā)明了一種集成腳本控制單元（ISCU），用于協(xié)助對(duì)電力電子變換器迅速開發(fā)控制算法。ISCU包含控制板和軟件兩個(gè)部分，前者擁有數(shù)字處理器和執(zhí)行算法的其他硬件資源，后者則可直接編寫具體的腳本，并可監(jiān)控所有的變量。ISCU軟件中提供了一系列指令，可滿足各類變換器算法需求。筆者歡迎針對(duì)ISCU的修正和完善。

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