[发明专利]基于DSP芯片的励磁控制器的USB通讯系统及其工作方法

说明书

(一)技术领域：

本发明属于电机自动化领域，特别是一种基于DSP芯片的励磁控制器的USB通讯系统及其工作方法。

(二)技术背景

电机自动化控制是电力系统自动化的重要领域，对整个电力系统的运行状况有重要影响。性能良好的励磁控制装置不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，目前发电机控制理论多采用线性控制理论，核心结构多为8位或16位单片机，通讯接口多为RS232串行通信，而发电机本身是一个非线性系统，因此线性控制效果往往不能令人满意，这里一方面的原因是采用的核心结构多为单片机，运算速度和精度有限，加上外设的时间延迟，难以实现各种复杂的控制理论，另一方面，原有的励磁控制器通讯系统由于多采用RS232或RS485，对通讯要求很少，因此造成速度有限，传输方式单一，难以实现复杂的传输功能，灵活性也较差，使对发电机运行状况的监控和分析手段有限，从而降低了发电机的运行性能。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于DSP芯片的励磁控制器的USB通讯系统及其工作方法，它能解决励磁系统中上述存在的问题，它首先利用高性能的数字处理器实现信号的高精度和快速处理，然后通过灵活的USB通讯通道，将各种数据按照不同要求传输到上位机，上位机通过应用软件实现对发电机运行状况的监控和分析功能：实现无遗漏的连续记录发电机中因各种断路故障而造成的系统振荡，系统频率突变以及系统动态过程的电流和电压变化；通过分析软件分析实时的电压电流曲线可以直接得出现有的工作状态的可靠性报告，同时，通过对USB芯片工作方式的设定，可实现励磁控制器主机方式运行，通过USB接口实现控制程序更换升级，也可实现U盘自动抄表功能。

本发明的技术方案：一种基于DSP芯片的励磁控制器的USB通讯系统，其特征在于它由信号采集模块，数字处理器，存储模块，USB通讯模块及励磁系统的上位机构成，信号采集模块通过信号线与数字处理器相连，数字控制器通过外围总线与存储模块相连，USB通讯模块同样通过自己的外围总线与存储模块相连；同时，USB通讯模块通过USB通讯电缆与励磁系统的上位机相连；另由数字处理器、存储模块和USB通讯模块构成下位机。

由数据采集模块采集得到得电压电流数据经片上A/D转换器送入DSP，即数字处理器，由数字处理器对采集来的数据进行快速傅立叶变换，算出电压电流的有效值和瞬时值，以及各次谐波值，并根据控制算法对输出控制量进行实时调整，并周期性将通信所需数据送存储模块，交与USB通信模块取走，完成USB传输。

上述所说的外围总线包括地址线，数据线及辅助控制线。

上述所说的信号采集模块包括收集前端电路和模数转换电路，其中所说的收集前端电路由电流互感器，电压互感器及运算放大器构成，输入信号分别与电流互感器和电压互感器的输入端相连，电流互感器和电压互感器的输出分别与运算放大器的输入端相连；前端电路将发电机极端电压电流、系统电压电流以及励磁电压电流转换为适合模数转换的范围，并送给模数转换模块；所说的模数转换电路将隔离放大电路送来的电压模拟数据通过A/D转换为数字处理器可以处理的二进制数据，通过总线送给数字处理器使用。

上述所说的数字处理器是DSP，对采集的数据进行运算处理，将数据进行快速傅立叶变换及相应控制算法处理，并及时将USB传输数据送往存储模块供USB模块共享。

上述所说的存储模块是一个双端口RAM，通过总线分别与DSP和USB通讯模块相连；双端口RAM存放DSP与USB通讯模块的共享数据，数字处理器将传输数据放入双端口RAM中。

上述所说的USB通讯模块由一个单片机和USB控制芯片构成，所说的USB控制芯片通过并行数据线及辅助线与单片机相连，并通过USB接口和通讯电缆与上位机或者U盘相连；单片机通过并行数据线与双端口RAM相连，实现与数字处理器的数据共享。

上述所说的上位机可以采用笔记本电脑或工控机电脑，上位机通过USB通讯电缆与励磁控制器的USB通讯模块相连。

一种基于DSP芯片的励磁控制器的USB通讯系统的工作方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：

(1)前端电路及片上模数转换电路实现数据的采集；

(2)DSP芯片实现数据的运算处理及存储；

(3)USB通讯模块通过USB控制芯片实现协议转换；

(4)上位机通过驱动程序和应用程序实现对硬件I/O口的访问和数据的分析处理；

(5)USB转换为主机方式可实现励磁控制器主机功能，实现U盘读取系统数据。