摘要：直接轉矩控制目前已經應用到同步機和異步機的各種控制系統中，由于其采用BangBang控制，長控制周期將導致大電流和大的轉矩脈動這兩個突出問題，要使控制性能更為優越必然對控制周期提出更高的要求。提高控制平臺性能是解決這些問題的有效途徑之一。TI公司的2000系列DSP是電機控制領域常用芯片，針對電機控制設計的事件管理器具有突出優點。3X系列DSP則是性價比很好的通用芯片，浮點運算，數據處理速度快。為此采用雙DSP系統結構，從電機控制領域特點出發，利用TMS320LF2407A控制上的強大功能而專注于控制方面的工作；TMS320VC33浮點運算能力強，則進行數據的分析和處理。使用雙口RAMCY7C025實現雙機之間的高速數據交流和通信，使得不同MDSP優勢充分體現，協同工作，大大提高控制平臺的性能。
　　關鍵詞：電機控制；直接轉矩控制；雙DSP；雙端口RAM；通信
　　0 引言
　　直接轉矩控制［1］是目前廣為研究的電機控制理論之一，已在異步機上取得了成功，而在同步機方面的應用也已有了一定發展［2］。由于該理論直接對轉矩進行控制，故瞬態性能得到了顯著的改善。但是，由于其采用的是Bang-Bang控制，控制周期過長會使電流過大；同時大周期會使轉矩脈動加大。為了解決這個問題可以從控制策略上加以改進，比如采用SVM-DTC［3］來取代傳統DTC方案；也可以在控制平臺上加以考慮，提高處理器速度，縮短控制周期。以單個DSP為核心的控制平臺（常見的芯片如TI公司的2000系列），由于既要完成復雜的算法，還要執行數據采集、控制信號輸出、系統保護以及人機交互等一系列操作，無法有效地縮短控制周期。在綜合考慮了各種數字信號處理器的性能之后，決定采用雙DSP并行工作的體系結構；并同時考慮到該控制系統的特點，即在每個控制周期內兩個DSP之間交換的信息很少，不同于諸如圖像采集系統［4］那樣，需要大流量的數據交換。由此采取了一系列特殊的設計思想。首先，在芯片的選型上兼顧了各自不同的特點，即專用于電機控制領域的芯片TMS320LF2407A專注于控制；高速通用數據處理芯片TMS320VC33則著眼于復雜算法的實現，從而充分利用了各自的特點。其次，針對電機控制這一特定領域，需要采集的數據相對較少，同時反饋的也只是計算結果，即PWM波發送策略，并無大量中間結果，因此，需要考慮的重點是控制方法的實現，和數據采集的實現必須占用盡可能少的資源。同時由于數據量較少，可以用較小的代價來實現數據的冗余，使得數據處理時更加靈活和方便，DSP之間并不一定保持同步工作狀態。為了實現兩個DSP之間的數據交換和通信，選擇了雙口RAM作為兩者之間的媒介。并從硬件和軟件上相互配合，避免存儲空間爭用［5］的同時，使得數據存儲過程盡量少耗費各種資源。
　　1 硬件系統構成
　　TMS320LF2407A最突出的特點在于其事件管理器模塊：共有兩個事件管理器EVA及EVB，提供了8個16位脈寬調制（PWM）通道。這些都是針對電機控制而設計的，在PWM波的產生上相當方便可靠；可編程的PWM死區控制可以防止上下橋臂同時輸出觸發脈沖而導致直通。同時每個模塊還提供了兩個外部引腳PDPINTA和PDPINTB，當該引腳上出現低電平時事件管理器模塊將快速關閉相應的PWM通道，起到保護作用。片內模數轉換模塊為數據采集提供了高性能的A/D轉換器，最小轉換時間只有500ns。由于轉換時間是整個控制周期的組成部分之一，快速A/D對于縮短控制周期是非常有利的。
　　TMS320C3X系列DSP芯片是一種性能價格比很好的浮點處理芯片，具有很高的數據處理速度。片內部分擁有34K×32位的RAM，在程序運行期間，所有的數據都位于其中，從而能夠充分發揮哈佛總線結構所帶來的數據吞吐量大、運算快的優點。在算法實現上，由于采用了浮點計算格式，將使計算精度得到提高；采用編程語言C會使程序編寫效率大大改善，這對于需要用復雜算法實現的控制策略來說是很重要的。
　　雙口RAM的特點在于具有兩組相互獨立的地址線、數據線和控制線，片內包含的控制邏輯解決了三個重要的問題：處理器之間的信號關系（中斷邏輯）；兩個CPU正在使用同一地址時的時間關系（仲裁邏輯）和把一塊存儲器臨時分配到某一邊的硬件支持（旗語邏輯），從而保證雙機之間數據、信號交流的正確進行。
　　仲裁邏輯（忙邏輯） 每塊CY7C025允許兩個CPU同時讀取任何存儲單元（包括同時讀同一地址單元），但是不允許同時寫或者一讀一寫同一地址單元，否則就會發生錯誤。雙口RAM中已經有相應的仲裁邏輯電路來解決這一問題：先行穩定的地址端口通過仲裁邏輯電路優先讀寫，同時內部電路使另一個端口的BUSY信號有效，并在內部禁止對方訪問，直到本端口的操作結束。BUSY信號可以作為CPURDY信號的來源，從而使得CPU處于等待狀態。
　　當雙口RAM單片使用的時候，問題相對簡單，但是，在現代數字系統中，由于數據總線的寬度往往可以達到32位甚至更寬，這就需要多片雙口RAM來進行位擴展。此時如果出現同時訪問，將有多塊雙口RAM處于工作狀態，如果依然象單片工作時那樣，每塊雙口RAM都使用自己的仲裁邏輯，則很可能出現一種情況，即第一片仲裁使得BUSYL變低，而第二片仲裁使BUSYR變低，這樣兩邊的CPU都會處于等待狀態。為了避免這種情況的發生（BUSY信號死鎖），可以使用主從模式，使得當多塊芯片一起工作時，只使用主片的仲裁邏輯，并迫使從片跟隨主片。主從模式的電路連接如圖1所示。
　　
　　圖1 主從連接電路
　　主芯片的BUSY信號接上拉電阻作為輸出，從芯片的BUSY信號作為寫禁止輸入，當主芯片處于BUSY狀態時，從芯片接收這個狀態，同樣處于忙狀態，從而避免了死鎖的發生。
　　中斷邏輯 另一個重要的內部電路結構，它允許雙CPU通過端口直接進行通信。CY7C025最高位的存儲單元1FFF作為右邊端口的中斷信箱，
　　次高位存儲單元1FFE作為左邊端口的中斷信箱。各CPU可以讀取雙方的中斷信箱，但只能寫對方的中斷信箱。當一端寫入對方的中斷信箱時，對方就會產生一個中斷信號；讀自己的中斷信箱則清除自己的中斷信號，讀對方的中斷信箱不會清除中斷信號。
　　旗語通信邏輯 可以使雙口RAM暫時指定一塊存儲區，只供一端的CPU使用，稱之為獨占模式。CY7C025配置了獨立于RAM陣列的8個旗語鎖存器，用于標志雙口RAM是否處于獨占模式。獨占模式也可以用來避免地址仲裁問題，因為，它是一種使兩邊不同時使用同一地址的方法，通常也叫做軟件仲裁。