ARM9嵌入式系统在励磁调节装置的应用

前 言
　　励磁系统是发电机组重要的辅助装置，它对发电厂的自动化、发电机组运行的可靠性有着重要作用。随着科学技术发展，励磁方式已从直流电机励磁系统发展到可控硅励磁，自动调节器从原来的模拟式发展到微机数字式。
　　本文所研究的励磁调节装置，它是以经典和现代控制理论与数字信号处理器DSP技术与嵌入式技术相结合的微机励磁调节器。它继承了过去的微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，同时在计算速度、抗电磁干扰、可靠性等方面有了极大的改进，有效保证整个系统调节、控制功能的实现； 外围采用先进的大规模可编程逻辑器件，以提高整个系统的可靠性，并形成对用户开放的逻辑系统。

1、励磁调节器的组成原理

图1 励磁调节系统原理图

　　所示为自并励励磁调节器系统的组成图，机自身向可控硅整流桥供电，AVR装置根据采集的数据经PI或PID计算得到数据控制量，经过比较电路产生触发脉冲，调节可控硅导通角的大小，使机端电压保持在恒定值，从而最终达到控制的目的。
　　该系统主要由微机励磁调节器；电气制动停机装置等分组成。采用两套相同的控制器冗余配置，物理通道相互独立，每个通道基本包括:电源系统、主机板、采样板、模拟量输入输出板（A/D，D/A） 、开关量输入输出板、脉冲形成及放大板等。

2、嵌入式系统部分
　　2. 1嵌入式硬件单元
　　ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了高性能、耗能低的RISC处理器，具有性能高、成本低和能耗省的特点。应用于多种嵌入式领域，配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。5级流水线提高了时钟频率和并行处理能力。集成有串口，USB Host 控制器，LCD控制器，Nand Flash控制器，IDE， PCMCIA 等多种功能。32K FRAM.最高分辨率1024X768X32芯片，内置以太网控制器，片上资源丰富。
　　本系统中管理单元是以ARM9为内核，串行并行接口芯片，D/A转换器等硬件，负责管理液晶、对外通讯、打印、录波分析。大大增加了系统通信、后台管理、远程维护等附加功能，可以运行操作系统以及QT等应用程序，具有比较强的事务管理功能。
　　控制单元是以DSP为内核，负责脉冲形成、AD转换、数据运算等。 DSP由于其特殊的结构、专门的硬件乘法器和特殊的指令，使其能快速地实现各种数字信号处理及满足各种高实时性要求。其优势在于其强大的数据处理能力和较高的运行速度。
　　本系统采用ARM和DSP芯片的双核嵌入式系统，充分利用了ARM和DSP的各自特点进行协同开发。 DSP作为控制部分，可以充分发挥其对数字信号处理的独特优势；ARM作为管理部分，则发挥其前台显示通讯管理的优势，使前台部分相对独立，减少主CPU负担；即使发生故障，对后台主程序不产生影响，相应增强了整个设备冗错能力。二者通过HPI进行实时数据透明交换。

图2 ARM+DSP嵌入式硬件图

　　2.2 嵌入式操作系统选择
　　在ARM 芯片上可以实现多种操作系统的移植，比如Window-CE、VXWorks等，由于Linux具有以下特点: 1）开放的源码，丰富的软件资源；2）内核功能强大，性能高效、稳定，多任务易于裁减； 3）完善的网络通信、图形、文件管理机制；4）支持大量的周边硬件设备； 5） 价格低廉可以有效降低产品成本。基于开发成本考虑，最后选用了ARM-Linux系统。