嵌入式系统/ARM技术中的基于uC/OS-II的变频器结构控制系统设计

本文介绍了抽油电机变频器变结构控制系统功能原理，如何利用uC/OS-II的多任务功能实现控制系统的算法结构变换，操作系统的移植、多任务的建立和SDK下的软件设计，最后总结了在应用中需注意的问题。 　　在油田生产中为了节省电能并减小故障率，变频器得到越来越多的应用。但由于油井负载的非周期大脉动性质，从能量的流向来看，变频器有两种运行状态—电动运行和回馈制动。不同运行状态的控制变量和控制方法是不同的，这就要采用所谓的变结构控制。本应用是实现抽油电机变频驱动中的变结构控制，不同的控制结构通过任务间的切换实现。 　　系统控制核心采用DSP56F803，它是Motorola公司推出的16位DSP型微 嵌入式系统在现代工业控制领域扮演着至关重要的角色，特别是在石油开采中，变频器的应用使得电机控制更加高效和节能。本文详细阐述了基于uC/OS-II的变频器结构控制系统的设计，该系统用于抽油电机的变频驱动，以适应油井负载的非周期大脉动性质。 变频器的两种主要运行状态是电动运行和回馈制动。在电动运行状态下，变频器将电源频率调整以驱动电机，而在回馈制动状态下，电机产生的过剩能量会被回馈到电网，避免能源浪费。由于这两种状态需要不同的控制策略，因此引入了变结构控制。这种控制方法通过切换不同的任务来实现不同的控制结构，以满足实时性和灵活性的需求。 uC/OS-II是一个实时操作系统，它提供了多任务调度、信号量、互斥量等核心功能，适合于这样的嵌入式控制系统。在系统设计中，首先需要将uC/OS-II移植到目标平台，即Motorola公司的16位DSP56F803微控制器。该控制器具有高速运算能力（40MIPS）和丰富的片上资源，能够满足系统的需求。移植过程中，通常需要对操作系统进行裁剪，保留必要的功能，以节省存储空间。 在系统功能方面，系统需要实现电流、电压、温度的实时采集和显示，以及键盘输入、保护功能（如高温、过流保护）。这些功能通过创建多个任务来实现，例如AD采集任务、电动运行任务、回馈制动任务和显示任务。此外，还需要中断服务子程序来处理键盘输入和保护功能。每个任务都有预定义的优先级，以确保关键任务（如回馈制动任务）的及时响应。 在任务创建和变结构控制实现过程中，任务优先级的设定至关重要。回馈制动任务的优先级最高，因为其对响应时间敏感；AD采集任务优先级次之，确保数据的实时性；电动运行任务和显示任务优先级较低，满足基本操作需求。任务的堆栈空间需要预先分配，且堆栈空间要求连续，以保证任务的正常执行。任务延时则通过时钟节拍中断频率（OS_TICKS_PER_SEC）来设定，本文中设为1000，保证了系统的精确计时。 总结而言，嵌入式系统中的变频器结构控制系统设计结合了uC/OS-II的多任务处理能力，通过在DSP56F803上的移植和配置，实现了抽油电机的变结构控制。系统设计注重任务优先级分配和资源优化，确保了系统的稳定性和效率，对于降低故障率、节约电能具有显著效果。在实际应用中，需注意操作系统配置的灵活性和实时性，以及任务间协调的精确性。