基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法和系统

摘要

本发明涉及一种基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法和系统，方法包括：根据实体电路，对实体电路进行模型搭建、模型仿真、模型验证和模型优化；搭建基于DSP的SPWM控制信号生成模型，生成与DSP配置相关联的目标初始代码，所述SPWM控制信号生成模型包括预先设置的代码库；将所述目标初始代码载入实体电路仿真模型中，通过电路实验，进行相应的编译和优化；根据优化后的所述目标初始代码生成单极性半波SPWM控制信号，并载入所述实体电路中，进行电路控制。与现有技术相比，本发明可以极大的简化MCU开发过程，提高开发效率。

说明书

技术领域

本发明涉及电路自动控制技术领域，尤其是涉及基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法和系统。

背景技术

单相全桥DC-AC逆变电路广泛应用在电气各个领域，也是电力变换最基本的逆变模型之一。随着数字控制技术的不断发展成熟，特别是DSP的出现，使数字控制系统逐渐取代传统的模拟系统。通过CCS编程，然后借助DSP实现是现在电力电子领域中普遍采用的方式。

现在电力电子变换电路大多采用基于DSP的MCU开发，一般采用自上向下的顺序设计方法。SPWM控制信号的MCU开发过程一般采用Matlab仿真达到目标要求后，根据搭建的模型在CCS中利用C语言编写，最后运行到DSP控制芯片中。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简化MCU开发过程，提高开发效率的基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法和系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法，包括以下步骤：

S1：根据实体电路，对实体电路进行模型搭建、模型仿真、模型验证和模型优化；

S2：搭建基于DSP的SPWM控制信号生成模型，生成与DSP配置相关联的目标初始代码，所述SPWM控制信号生成模型包括预先设置的代码库；

S3：将所述目标初始代码载入步骤S1中建立的实体电路仿真模型中，通过电路实验，进行相应的编译和优化；

S4：根据优化后的所述目标初始代码生成单极性半波SPWM控制信号，并载入所述实体电路中，进行电路控制。

进一步地，所述代码库包括快速原型代码和嵌入式代码。

进一步地，所述SPWM控制信号生成模型通过Matlab/Simulink软件工具搭建，并添加C2000处理器的支持包Embedded Coder Support Package for Texas InstrumentsC2000 Processors。

进一步地，所述实体电路包括DC-AC逆变电路、SPWM控制信号驱动电路以及LC滤波电路，所述单极性半波SPWM控制信号通过所述SPWM控制信号驱动电路将电压放大至足够控制MOS管开关，放大后的所述单极性半波SPWM控制信号控制所述DC-AC逆变电路输出类似正弦波的SPWM电压，最后通过所述LC滤波电路输出近似标准的正弦波电压。

进一步地，采用Matlab/Simulink软件工具对所述实体电路进行模型搭建、模型仿真、模型验证和模型优化。

本发明还提供一种基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制系统，包括：

模型搭建模块，用于根据实体电路，对实体电路进行模型搭建；

模型仿真和验证模块，用于对实体电路的模型进行模型仿真、模型验证和模型优化；

SPWM代码自动生成模块，用于生成与DSP配置相关联的目标初始代码，所述SPWM控制信号生成模型包括预先设置的代码库；将所述目标初始代码载入模型仿真和验证模块中建立的实体电路仿真模型中，通过电路实验，进行相应的编译和优化；

代码运行与实验验证模块，用于根据优化后的所述目标初始代码生成单极性半波SPWM控制信号，并载入所述实体电路中，进行电路控制。

进一步地，所述代码库包括快速原型代码和嵌入式代码。

进一步地，所述SPWM控制信号生成模型通过Matlab/Simulink软件工具搭建，并添加C2000处理器的支持包Embedded Coder Support Package for Texas InstrumentsC2000 Processors。

进一步地，所述实体电路包括DC-AC逆变电路、SPWM控制信号驱动电路以及LC滤波电路，所述单极性半波SPWM控制信号通过所述SPWM控制信号驱动电路将电压放大至足够控制MOS管开关，放大后的所述单极性半波SPWM控制信号控制所述DC-AC逆变电路输出类似正弦波的SPWM电压，最后通过所述LC滤波电路输出近似标准的正弦波电压。

进一步地，采用Matlab/Simulink软件工具对所述实体电路进行模型搭建、模型仿真、模型验证和模型优化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明使用自动代码生成技术，实现从模块化Simulink控制算法仿真模型直接生成可运行在MCU上的代码程序；可通过Simulink仿真模型直接进行代码测试和修改，从而快速、高效的获得高质量的单极性半波SPWM代码程序。本发明以实时软件作为开发平台，以TMS320F28335 DSP为控制器的DC-AC逆变电路作为实验平台，快速的实现控制算法建模、MCU底层驱动集成、SPWM控制信号自动代码生成和实验测试，这降低了整个系统的开发时间。本发明通过Matlab/Simulink自动生成可优化，可移植的嵌入式代码，不仅有效的降低了人工错误率，同时也极大的提高了开发人员的工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例中基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中的DC-AC逆变仿真模型图；

图3为本发明实施例中的单极性半波SPWM控制信号仿真模型图；

图4为本发明实施例中的单极性半波SPWM的目标模型图；

图5为本发明实施例中的单极性半波SPWM控制信号的DSP输出信号图；

图6为本发明实施例中的DC-AC逆变实验电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

本实施例提供一种基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制方法，包括以下步骤：

S1：根据实体电路，采用Matlab/Simulink软件工具对实体电路进行模型搭建、模型仿真、模型验证和模型优化；

S2：搭建基于DSP的SPWM控制信号生成模型，生成与DSP配置相关联的目标初始代码，所述SPWM控制信号生成模型包括预先设置的代码库，所述代码库包括快速原型代码和嵌入式代码，SPWM控制信号生成模型通过Matlab/Simulink软件工具搭建，并添加C2000处理器的支持包Embedded Coder Support Package for Texas Instruments C2000Processors；

S3：将所述目标初始代码载入步骤S1中建立的实体电路仿真模型中，通过电路实验，进行相应的编译和优化；

S4：根据优化后的所述目标初始代码生成单极性半波SPWM控制信号，并载入所述实体电路中，进行电路控制。

所述实体电路包括DC-AC逆变电路、SPWM控制信号驱动电路以及LC滤波电路，所述单极性半波SPWM控制信号通过所述SPWM控制信号驱动电路将电压放大至足够控制MOS管开关，放大后的所述单极性半波SPWM控制信号控制所述DC-AC逆变电路输出类似正弦波的SPWM电压，最后通过所述LC滤波电路输出近似标准的正弦波电压。

上述过程在具体实施时，包括以下步骤

步骤S101：根据实物模型，建立基本的MBD流程及控制算法。

步骤S102：使用Matlab/Simulink软件工具进行模型搭建、模型仿真、模型验证以及模型修改和改进。

步骤S103：使用Matlab/Simulink软件工具，并且添加C2000处理器的支持包Embedded Coder Support Package for Texas Instruments C2000 Processors，通过搭建基于DSP的单极性半波SPWM控制信号生成模型，并设置与DSP相应的关联配置后自动生成目标初始代码。

步骤S104：在CCS中导入Simulink中自动生成的单极性半波SPWM控制代码，并进行相应的编译及优化，然后通过相应设置在CCS与TMS320F28335芯片之间建立关联，通过Texas Instruments XDS100v2 USB2.0仿真器运行到以TMS320F28335 DSP芯片为核心的主控板。

步骤S105：将单极性半波SPWM控制信号的电压通过驱动电路放大至足够控制MOS管开关，然后使用放大后的SPWM控制信号控制逆变电路输出类似正弦波的SPWM电压，最后通过LC滤波电路输出近似标准的正弦波电压。

本实施例还提供一种基于模型设计自动生成SPWM信号的电路自动控制系统，包括：

模型搭建模块，用于根据实体电路，采用Matlab/Simulink软件工具对实体电路进行模型搭建；

模型仿真和验证模块，用于采用Matlab/Simulink软件工具对实体电路的模型进行模型仿真、模型验证和模型优化；

SPWM代码自动生成模块，用于生成与DSP配置相关联的目标初始代码，所述SPWM控制信号生成模型包括预先设置的代码库；将所述目标初始代码载入模型仿真和验证模块中建立的实体电路仿真模型中，通过电路实验，进行相应的编译和优化，所述代码库包括快速原型代码和嵌入式代码，所述SPWM控制信号生成模型通过Matlab/Simulink软件工具搭建，并添加C2000处理器的支持包Embedded Coder Support Package for Texas InstrumentsC2000 Processors；

代码运行与实验验证模块，用于根据优化后的所述目标初始代码生成单极性半波SPWM控制信号，并载入所述实体电路中，进行电路控制。

所述实体电路包括DC-AC逆变电路、SPWM控制信号驱动电路以及LC滤波电路，所述单极性半波SPWM控制信号通过所述SPWM控制信号驱动电路将电压放大至足够控制MOS管开关，放大后的所述单极性半波SPWM控制信号控制所述DC-AC逆变电路输出类似正弦波的SPWM电压，最后通过所述LC滤波电路输出近似标准的正弦波电压。

本实施例对该电路自动控制系统的具体实施过程包括以下步骤：

基于模型设计的开发流程如附图1所示。根据目标模型的设计要求和目标，确定整体的设计流程。首先，确定单相全桥逆变主电路，然后仿真模拟控制信号SPWM，根据设计需求和定义，确定优化控制算法。然后，建立控制算法的Simulink模型，直至仿真结果满意再建立DSP处理器的Simulink模型，将Matlab和CCS关联配置，配置CCS集成开发环境，利用Embedded Coder将修正后的模型自动生成可读且快速的嵌入式C代码，通过TexasInstruments XDS100v2 USB2.0下载到TMS320F28335芯片进行目标板实时自动测试和验证。

系统包括模型搭建模块、模型仿真和验证模块、SPWM代码自动生成模块、代码运行与实验验证模块。

如图2和图3所示，模型搭建模块、模型仿真和验证模块主要使用Matlab/Simulink软件工具进行DC-AC逆变电路和SPWM控制信号的模型搭建、模型仿真、模型验证以及模型修改和改进。

如图4所示，SPWM自动代码生成模块主要使用Matlab/Simulink软件工具，并且添加C2000处理器的支持包Embedded Coder Support Package for Texas InstrumentsC2000 Processors，通过搭建基于DSP的SPWM控制信号生成模型，并设置与DSP相应的关联配置后自动生成目标初始代码。

代码运行模块包括Matlab/Simulink和CCS等软件支持、Texas InstrumentsXDS100v2 USB2.0仿真器以及以TMS320F28335 DSP芯片为核心的主控板。

代码运行模块首先需要在CCS中导入Simulink中自动生成的单极性半波SPWM控制代码，并进行相应的编译及优化，然后通过相应设置在CCS与TMS320F28335芯片之间建立关联，通过Texas Instruments XDS100v2 USB2.0仿真器运行到以TMS320F28335 DSP芯片为核心的主控板，然后输出标准的单极性半波SPWM控制电压信号，如图5所示。

如图6所示，实验验证模块包括DC-AC逆变电路、SPWM控制信号驱动电路以及LC滤波电路。实验验证模块首先需要将单极性半波SPWM控制信号的电压通过驱动电路放大至足够控制MOS管开关，然后使用放大后的SPWM控制信号控制逆变电路输出类似正弦波的SPWM电压，最后通过LC滤波电路输出近似标准的正弦波电压。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。