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1、V o l . 1 0 N o . 6J u n . 2 0 0 8第 1 0 卷 第 6 期2 0 0 8 年 6 月w w w . e c d a . c n 2 0 0 8 . 60 引 言传 统 无 功 补 偿 控 制 器 的 软 件 设 计 都 以 一 个“ 无 限 循 环 ” 的 主 程 序 为 主 体 ， 在 主 程 序 中 不 断地 查 询 各 个 标 志 位 来 执 行 各 个 任 务 。 这 种 方 式 需要 在 程 序 执 行 过 程 中 对 各 种 硬 件 资 源 进 行 调 配 ，并 及 时 处 理 各 个 任 务 以 及 高 优 先 级 任 务 介 入 时 的资 源
2、 和 时 间 配 合 问 题 。 虽 然 中 断 可 以 保 证 任 务 执行 的 实 时 性 ， 但 会 造 成 程 序 设 计 的 复 杂 化 和 各 个任 务 运 行 的 不 确 定 ， 而 这 些 都 会 导 致 软 件 系 统 的可 修 改 性 、 移 植 性 、 升 级 性 和 维 护 性 变 差 。 此外 ， 这 种 结 构 软 件 也 缺 乏 有 效 的 机 制 来 监 控 各 任务 的 运 行 情 况 。 由 于 不 能 根 据 各 任 务 的 重 要 程 度来 调 整 执 行 次 序 ， 故 会 降 低 系 统 的 实 时 性 。针 对 上 述 问 题 ， 本 文 的 无
3、功 补 偿 控 制 器 是 用 C O S - 嵌 入 式 实 时 多 任 务 操 作 系 统 作 为 D S P 的软 件 操 作 平 台 ， 来 实 现 一 种 高 实 时 性 和 高 可 靠 性的 软 件 设 计 方 案 ， 以 很 好 地 完 成 无 功 补 偿 控 制 器软 件 运 行 和 任 务 调 度 ， 且 补 偿 效 果 好 。1 控 制 器 的 硬 件 结 构图 1 为 T S C 无 功 补 偿 控 制 器 的 硬 件 结 构 图 。 其中 控 制 系 统 以 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A 芯 片 为 核 心 ， 包 括信 号 采 集 电 路 、 键
4、 盘 、 液 晶 显 示 电 路 、F L A S H R O M 存 储 电 路 、 R S 2 3 2 通 信 电 路 及 触 发 驱动 电 路 等 。 该 装 置 上 电 后 ， 经 过 一 定 时 间 的 延 时保 护 后 ， 主 控 制 器 开 始 工 作 ， 信 号 调 理 单 元 把 互感 器 二 次 侧 的 电 压 、 电 流 信 号 变 换 为 0 3 . 3 V 的 交流 电 压 信 号 ， 再 经 过 抗 混 叠 滤 波 后 输 出 到L F 2 4 0 7 A 的 采 样 单 元 。 同 步 信 号 捕 捉 单 元 可 动 态跟 踪 电 网 频 率 ， 定 时 刷 新
5、采 样 单 元 的 采 样 间 隔值 。 采 样 单 元 则 可 按 采 样 间 隔 值 定 时 对 信 号 调 理单 元 的 输 出 进 行 每 周 期 6 4 点 的 采 样 。 信 号 处 理 单元 通 过 对 采 样 值 进 行 数 据 处 理 和 计 算 ， 然 后 根 据傅 立 叶 变 换 原 理 进 行 频 谱 分 析 ， 以 计 算 其 实 时 谐波 含 量 和 功 率 因 数 值 ， 并 与 用 户 设 定 的 投 入 门限 ， 切 除 门 限 进 行 比 较 ， 再 在 考 虑 系 统 电 压 幅 值和 电 流 谐 波 含 量 情 况 下 确 定 滤 波 无 功 补 偿 器
6、 组 的投 切 动 作 。 投 切 命 令 发 送 到 触 发 电 路 后 ， 可 由 隔离 触 发 电 路 控 制 晶 闸 管 投 切 电 容 器 ， 并 以 “ 在 保证 不 出 现 过 补 偿 的 前 提 下 ， 使 电 网 从 系 统 中 吸 收的 谐 波 电 流 最 小 ” 为 原 则 对 补 偿 器 组 进 行 投 切 控制 ， 以 此 改 善 电 压 质 量 ， 抑 制 谐 波 ， 提 高 功 率 因数 ， 降 低 网 络 损 耗 。2 控 制 器 的 软 件 设 计2 . 1 控 制 器 软 件 结 构针 对 无 功 补 偿 控 制 器 的 要 求 ， 本 系 统 的 软 件设
7、 计 主 要 分 为 数 据 采 集 和 计 算 模 块 、 控 制 模 块 、数 据 存 储 模 块 、 通 信 模 块 和 显 示 模 块 等 五 部 分 。各 模 块 的 功 能 都 基 于 D S P 无 功 补 偿 控 制 器 的 硬 件收 稿 日 期 ： 2 0 0 7 - 1 2 - 0 5一 种 基 于 嵌 入 式 实 时 多 任 务 操 作 系 统 的无 功 补 偿 控 制 器 设 计张 天 保 ， 谢 运 祥 ， 陈 兵( 华 南 理 工 大 学 电 力 学 院 ， 广 东 广 州 5 1 0 6 4 0 )摘 要 ： 介 绍 了 一 种 基 于 C O S - 嵌 入 式
8、 实 时 多 任 务 操 作 系 统 的 无 功 补 偿 控 制 器 的 硬 件 结 构和 软 件 实 现 方 法 。 该 控 制 器 基 于 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A D S P 芯 片 和 C O S - 系 统 来 实 现 实 时 多 任 务操 作 ， 可 完 成 自 动 采 样 计 算 、 无 功 自 动 调 节 、 数 据 存 储 、 通 信 和 显 示 等 功 能 。关 键 词 ： C O S - ； 嵌 入 式 ； 实 时 多 任 务 操 作 ； 控 制 器 ； 无 功 补 偿 ； D S P设 计 参 考4 5E l e c t r o n i c C
9、 o m p o n e n t & D e v i c e A p p l i c a t i o n sV o l . 1 0 N o . 6J u n . 2 0 0 8第 1 0 卷 第 6 期2 0 0 8 年 6 月2 0 0 8 . 6 w w w . e c d a . c n平 台 ， 在 C O S - 软 件 系 统 基 础 上 开 发 完 成 。 该控 制 器 的 软 件 系 统 结 构 如 图 2 所 示 。2 . 2 主 函 数 设 计本 系 统 的 主 函 数 流 程 图 如 图 3 所 示 。 该 软 件在 启 动 C O S - 之 前 应 首 先 屏 蔽 所
10、 有 中 断 ， 同 时初 始 化 键 盘 、 L C D 和 串 口 等 硬 件 设 备 ， 然 后 调 用O S I n i t ( ) 函 数 以 进 行 C O S - 的 初 始 化 ， 包 括 分配 任 务 队 列 、 设 定 优 先 级 状 态 表 和 任 务 就 绪 状 态表 等 ， 同 时 应 建 立 一 个 空 闲 任 务 。 进 行 任 务 建 立时 ， 要 指 定 每 个 任 务 的 优 先 级 、 堆 栈 大 小 和 任 务入 口 ， 并 将 所 有 任 务 置 为 就 绪 态 ， 然 后 调 用 O S -S t a r t ( ) 函 数 来 启 动 C O S
11、- ， 再 从 就 绪 表 中 找出 优 先 级 最 高 的 任 务 ， 然 后 执 行 。2 . 3 任 务 划 分 及 调 度该 无 功 补 偿 控 制 器 完 成 的 功 能 包 括 对 交 流 电的 采 样 、 各 电 参 量 的 计 算 、 数 据 通 讯 、 电 容 投 切控 制 、 液 晶 显 示 、 数 据 存 储 和 实 时 时 钟 等 ， 上 述功 能 可 分 成 1 3 个 任 务 ， 并 可 按 照 实 时 性 要 求 从 高到 低 分 别 赋 予 不 同 的 优 先 级 。 具 体 任 务 划 分 如 表1 所 列 。 C O S - 系 统 平 台 采 用 占 先
12、式 优 先 权 调 度 算法 进 行 任 务 调 度 ， 每 个 时 刻 只 能 有 一 个 高 优 先 级任 务 处 于 运 行 状 态 。 任 务 调 度 只 能 在 一 个 任 务 完成 、 中 断 处 理 结 束 或 任 务 被 阻 塞 时 执 行 。本 软 件 所 设 计 的 任 务 调 度 是 在 数 据 采 样 中 断服 务 程 序 中 进 行 的 ， 其 流 程 如 图 4 所 示 。 在 执 行任 务 时 ， 如 果 数 据 采 样 中 断 ， 则 立 即 执 行 采 样 程图 2 系 统 软 件 结 构 图图 3 主 函 数 流 程 图表 1 任 务 划 分 表任 务 名
13、任 务 代 码 优 先 级开 始 任 务 T a s k S t a r t 4数 据 解 包 T d a t a U p a c k 5数 据 发 送 T d a t a s e n d 6动 作 执 行 T A c t E x e c 7实 时 时 钟 T R e a d T i m e 8策 略 判 断 T a s k J u d g e 9数 据 读 取 T d a t a R e a d 1 0A / D 转 换 T a s k A D C 1 1谐 波 计 算 T C a l c H a r m 1 2参 数 计 算 T a s k U I Q c a l 1 3数 据 显 示 T
14、 a s k D i s p l a y 1 4数 据 保 存 T S a v e D a t a 1 5空 闲 任 务 O S T a s k I d l e 2 5图 1 T S C 无 功 补 偿 控 制 器 硬 件 结 构 图4 6V o l . 1 0 N o . 6J u n . 2 0 0 8第 1 0 卷 第 6 期2 0 0 8 年 6 月w w w . e c d a . c n 2 0 0 8 . 6序 ， 采 样 结 束 后 ， 再 执 行 任 务 调 度 以 运 行 高 优 先级 的 任 务 或 者 返 回 断 点 ， 这 样 ， 优 先 级 最 高 的 任务 最 多
15、 等 待 一 个 采 样 周 期 即 可 执 行 ( 也 就 是 最 多等 待 0 . 6 2 5 m s ) ， 以 满 足 实 时 性 要 求 。3 实 验 结 果笔 者 对 基 于 上 述 设 计 思 路 设 计 的 嵌 入 式 实 时多 任 务 无 功 补 偿 控 制 器 实 验 样 机 进 行 了 实 验 测试 。 测 试 仪 器 是 F L U K E 4 3 B 电 能 质 量 测 试 仪 和T e K t r o n i x - T H S 7 2 0 A 示 波 器 , 功 率 变 比 为 4 0 0 ： 1 。图 5 是 无 功 补 偿 和 功 率 因 数 值 对 比 测
16、试 结 果 。测 试 结 果 表 明 ， 补 偿 装 置 在 投 入 前 ， 无 功 功 率 最大 值 为 1 5 9 2 k V A R ， 平 均 值 为 6 0 4 k V A R ， 最 小 值为 4 4 k V A R ； 功 率 因 数 变 化 范 围 为 1 . 0 0 - 0 . 6 6 。而 在 补 偿 装 置 投 入 后 ， 无 功 功 率 最 大 值 为6 0 4 k V A R ， 平 均 值 为 6 0 k V A R ， 最 小 值 为 0 k V A R ；功 率 因 数 变 化 范 围 为 1 . 0 0 - 1 . 0 0 。图 6 为 有 功 功 率 和 视 在 功 率 值 的 对 比 测 试 图 。补 偿 装 置 投 入 前 ， 系 统 的 有 功 功 率 最 大 值 为 1 2 3 2k W ， 平 均 值 为 2 1 2 k W ， 最 小 值 为 - 3 2 8 k W 。 视 在功 率 最 大 值 为 1 9 1 6 k W ， 平 均 值
