基于DSP的燃机三余度数字电子控制器设计

论文摘要

数控技术是燃气轮机控制的一个发展方向,数字电子控制器则是燃气轮机数控系统的一个核心部件。基于自主研制燃机数控系统的出发点,同时为了提高数字电子控制器的灵活性、实时性以及可靠性,本文提出一种基于DSP的三余度数字电子控制器设计方案,并加以工程实现。论文以某舰用燃机数控系统为研制目标,分析了数字电子控制器的总体功能及性能需求,对余度技术及DSP的应用进行了可行性论证,确定了一种基于TMS320F2812双DSP和三余度的控制器结构,并从控制器模块划分、可靠性、电磁兼容性以及软件设计思想等方面进行了总体设计。对控制器中核心控制模块、信号处理模块、公共处理模块、独立超转模块以及典型传感器信号处理电路等关键环节的设计进行了详细论述,分析了电路原理,对电路中重要参数进行了计算和分析,最终开发成功控制器硬件平台。根据燃机数控系统软件开发需求,论文开展了基于DSP的嵌入式系统软件开发环境研究,并根据前后台实时软件设计思想,对系统软件的任务模块进行了规划,设计了基础接口软件,为控制器的系统软件开发建立了条件。通过半物理仿真试验,重点验证了控制器硬件平台的外部接口能力、控制通道的处理能力、通道切换重构能力。试验结果表明,该数字电子控制器实时性好、工作稳定可靠,达到了预期设计要求,可以用于对某型舰用燃机的数字控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 总体设计
• 2.1 数字电子控制器设计需求
• 2.1.1 数字电子控制器功能需求
• 2.1.2 数字电子控制器性能需求
• 2.2 余度技术可行性论证
• 2.2.1 余度技术概述
• 2.2.2 数字电子控制器余度配置
• 2.2.3 数字电子控制器余度形式
• 2.3 DSP 可行性论证
• 2.3.1 DSP 处理器特点
• 2.3.2 DSP 处理器的选型
• 2.3.3 TM5320F2812 的结构特点与性能
• 2.3.4 双DSP 结构配置
• 2.4 总体方案设计
• 2.4.1 工作原理
• 2.4.2 电路模块划分
• 2.4.3 结构设计
• 2.4.4 可靠性设计
• 2.4.5 电磁兼容性设计
• 2.4.6 软件开发方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 硬件电路设计
• 3.1 MCU 模块
• 3.1.1 DSP 核心电路设计
• 3.1.2 监控及复位电路设计
• 3.1.3 通信电路设计
• 3.1.4 A/D 采样电路设计
• 3.1.5 频率量信号采集与PWM 信号输出电路设计
• 3.1.6 切换逻辑设计
• 3.1.7 开关量输入与输出电路设计
• 3.2 信号处理模块
• 3.2.1 热电偶信号处理电路设计
• 3.2.2 压力信号处理电路设计
• 3.2.3 LVDT （线位移差动变压器）传感器信号处理电路设计
• 3.2.4 热电阻信号处理电路设计
• 3.2.5 转速信号处理电路设计
• 3.3 公共处理模块
• 3.3.1 功率驱动电路及BIT 自检测电路设计
• 3.3.2 液压马达、液压泵控制信号输出电路设计
• 3.3.3 高速电磁阀控制信号输出电路设计
• 3.4 独立超转保护模块
• 3.5 本章小结
• 第四章 构建软件开发基础环境
• 4.1 软件需求
• 4.1.1 数控系统软件功能需求
• 4.1.2 软件开发需求
• 4.2 基于DSP 的软件开发
• 4.2.1 DSP 软件开发流程
• 4.2.2 CCS2.0 集成开发环境功能介绍
• 4.2.3 DSP 程序引导（BOOT）
• 4.2.4 软件工作方式
• 4.2.5 监控软件设计
• 4.3 系统软件设计规划
• 4.3.1 前后台模式的程序流程规划
• 4.3.2 系统软件主流程设计规划
• 4.4 软硬件接口
• 4.4.1 接口程序设计
• 4.4.2 中断优先级配置
• 4.5 本章小结
• 第五章 试验验证
• 5.1 半物理仿真试验系统
• 5.2 半物理仿真试验规划
• 5.2.1 试验目的
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 半物理仿真试验过程
• 5.3.1 燃油流量控制回路试验
• 5.3.2 导叶角度控制回路试验
• 5.3.3 正常起动试验
• 5.3.4 通道切换试验
• 5.3.5 故障试验
• 5.4 半物理仿真试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作与结论
• 6.2 进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果