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基于嵌入式系统的HVDC测量控制技术研究

作　者: 陈泰红
导　师: 刘鹰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 高压直流输电系统 DSP 驱动调试 VxWorks 任务管理器
分类号: TM721.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

为了打破国外跨国公司在高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)系统技术和供货渠道的封锁,许继集团研发了一套用于直流输电控制保护的高性能工业控制软硬件平台系统(DPS2000)。本课题作为该系统的一部分,主要研究基于嵌入式操作系统的高压直流输电测量控制平台的软硬件设计。本文研究内容分为两个部分:测量系统和控制系统,分别包含硬件设计和软件设计。研究了测量系统的数据流传输过程,设计了测量系统的硬件平台,使用TI公司的DSP C6713作为主处理器、XC3S250E FPGA做逻辑控制,并对复位电路、电源、数据采集、DSP接口电路等模块进行调试;另外,电路设计的同时完成可靠性设计与电磁兼容性设计,提高系统稳定性并延长使用寿命;研究了DSP和FPGA相关的外设驱动调试、BOOT自启动以及代码更新下载、DSP/BIOS的多任务调度机制并在此实现系统任务管理器功能。实验验证采用的技术满足测量系统的技术要求。研究了控制系统的实时性能要求,采用VME7050作为控制系统单板计算机并使用比较成熟的板卡技术。研究了实时操作系统VxWorks的板级支持包和内核机制,实现控制系统的BSP(Board Support Packet)编程和调试、VxWorks的移植和应用程序的开发。对系统进行调试和测试,包括硬件电路的驱动测试,代码更新设计、DSP BOOT设计、控制系统板卡驱动设计、控制系统自检和系统诊断设计等,并对采集通道进行验证。在此基础上,对系统进行综合测试,实验表明设计的系统均能达到预期效果。设计功能的有效性,工作的稳定性,得到了成功的工程验证。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景和目的  10
  1.2 国内外技术研究现状  10-15
  1.3 课题来源及内容安排  15-16
第2章高压直流输电测量平台总体设计  16-28
  2.1 高压直流输电测量平台的技术要求  16-18
    2.1.1 测量系统硬件需求  16-17
    2.1.2 测量系统软件需求  17-18
    2.1.3 控制系统硬件需求  18
    2.1.4 控制系统软件需求  18
  2.2 测量系统硬件设计  18-21
  2.3 测量系统软件设计  21-24
    2.3.1 驱动软件设计  21
    2.3.2 硬件自检、系统诊断功能设计  21-22
    2.3.3 实时操作系统  22-24
  2.4 控制系统硬件设计  24-27
    2.4.1 计算机板卡选型  24-25
    2.4.2 DI/O 板卡选型  25-26
    2.4.3 A/D 板卡选型  26
    2.4.4 D/A 板卡选型  26-27
    2.4.5 PROFIBUS 板卡选型  27
  2.5 本章小结  27-28
第3章测量系统的硬件设计与实现  28-50
  3.1 测量系统实现结构  28-30
  3.2 复位电路设计  30-31
  3.3 电源设计  31-34
  3.4 数据采集模块设计  34-38
    3.4.1 AD 模块设计  34-38
    3.4.2 开关量信号设计  38
  3.5 DSP 接口电路设计  38-46
    3.5.1 EMIF 总线接口设计  39-42
    3.5.2 I~2C 总线接口设计  42-45
    3.5.3 SPI 总线接口设计  45-46
  3.6 可靠性与电磁兼容性设计  46-49
    3.6.1 可靠性设计  46-47
    3.6.2 电磁兼容性设计  47-49
  3.7 本章小结  49-50
第4章系统的软件设计与实现  50-73
  4.1 测量系统软件功能实现  50-53
    4.1.1 信号采集模块软件实现  50-51
    4.1.2 测量平台的数据传输过程  51-53
  4.2 DSP/BIOS 设计与开发  53-56
  4.3 Vxworks 操作系统开发  56-66
    4.3.1 板级支持包的开发  56-62
    4.3.2 板级支持包的调试  62-65
    4.3.3 应用程序的开发  65-66
  4.4 控制系统的任务管理器设计  66-72
  4.5 本章小结  72-73
第5章系统调试与测试  73-88
  5.1 硬件电路驱动调试  73-84
    5.1.1 DSP 调试  73-77
    5.1.2 FPGA 驱动调试  77-78
    5.1.3 代码更新编程设计  78-79
    5.1.4 DSP BOOT 设计  79-80
    5.1.5 控制系统板卡驱动  80-83
    5.1.6 控制系统自检及系统诊断设计  83-84
  5.2 数据采集通道验证  84-86
  5.3 系统综合测试  86-87
  5.4 本章小结  87-88
结论  88-89
参考文献  89-92
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  92-93
致谢  93-94
附录  94-96
  附录A:ESP 板PCB 图  94-95
  附录B:ESP 板实物图  95-96
  附录C:测量系统实物图  96
  附录D:控制系统实物图  96

基于嵌入式系统的HVDC测量控制技术研究

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