一种集成脚本控制单元的设计与实现

高志刚+卢琦+李建林

摘要：本文介绍了一种集成脚本控制单元（Integrated Script Control Unit，简称ISCU）的设计与实现，其包含2个部分，分别为控制板和软件。用户可在软件上编写具体的脚本并将其存储在控制板上，以此来设计控制流程和算法。控制板上的处理器运行程序时，将实现所设计的算法。软件还可以监控所有的变量，提高了查找算法漏洞的效率。

关键词：集成脚本控制单元；控制板；软件

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）34-0099-03

一、引言

近些年来，电力电子变换器得到大量关注，广泛用于工业、商业领域，比如电机驱动器、电源和风力发电。在对其控制上多采用像TMS320F2812和TMS320F28335这样的数字处理器，执行相应的控制算法。然而，这些芯片都拥有大量的寄存器、模块、外设，使用时用户需要编写大量代码来对芯片初始化和控制外设，故都不容易掌握。基于迅速编写电力电子变换器中控制算法并执行的需求，笔者设计并实现了ISCU。ISCU可以在不对处理器编写任何代码的情况下，为变换器设计算法。它提供了一个对用户来说简单易懂的脚本系统，其中所编写好的算法可以被ISCU翻译和执行，然后控制变换器。

二、ISCU拓扑结构

ISCU由两部分构成，分别是控制板和软件。

1.控制板。控制板上拥有为各类应用场合所准备的数字和模拟端口。此外，控制板还提供了一条外部数据总线，如有更深拓展时可以用到。图1中包含了本文中所设计的控制板。计算机和控制板之间通过一对光纤连接通信。

表1中列出了控制板上所有的资源。控制板的处理器中存有服务器程序。上电时，该程序读取存储芯片中的脚本，并在每个开关周期执行。

2.软件。软件主要有两页，如图2所示。

第一页用于编辑、编译和烧录程序到控制板上；第二页则用于观察用户在程序中所设变量的波形图。该软件支持104条指令，涉及数学运算、逻辑判断、通信、调节器等方面。用戶可以编写脚本，实现具体功能，并在软件中观察变量。图2中也举了一个例子——关于如何创建一个10Hz的方波并将其输出。在该脚本中，“ifLarger/but/overIf”指令用于改变变量“counter”的值，并控制数字输出端口。

三、ISCU中的脚本系统

1.指令及其分类。脚本系统可以编译由用户编写的脚本，并查找其中的错误。脚本成功编译后即可转换至控制板当中。用户可以在程序中创建变量，并调用脚本系统所提供的各种指令。104条指令可以分成5组，如表2所示。用户只要利用这些指令，便可以设计各种算法，使控制板以相应模式工作。

2.脚本编译和存储。编译过程按以下几步进行：①将脚本分成多块。②编译器尝试找出每一块中的指令和参数。如若格式不对或者参数不可取，编译以失败告终。③记录用户所创建的变量。每个变量存为30个字节，其中26个与变量名称相关，剩下4个与变量初始值相关。④每一块脚本分配10个字节，用于存储指令类型、参数和逻辑信息。因此，若变量数量为m，分块数量为n，那么用于存储脚本的字节数量（记为q）可以由式（1）得到：q=30m+10n （1）

四、开放源码的考虑

笔者愿意对社会公开ISCU的所有文档和源代码。笔者也乐意将ISCU的细节分享给每一位对该系统感兴趣的人。笔者相信在ISCU的帮助下，各类用户能在学习电力电子技术，搭建变换器编写算法时受益。笔者欢迎且鼓励针对ISCU的任何修正和完善。

五、结论

本文设计并发明了一种集成脚本控制单元（ISCU），用于协助对电力电子变换器迅速开发控制算法。ISCU包含控制板和软件两个部分，前者拥有数字处理器和执行算法的其他硬件资源，后者则可直接编写具体的脚本，并可监控所有的变量。ISCU软件中提供了一系列指令，可满足各类变换器算法需求。笔者欢迎针对ISCU的修正和完善。

参考文献：

[1]K.Tomczewski，K.Wrobel.Quasi-three-level converter for switched reluctance motor drives reducing current rising and falling times[J].IET Power Electronics，2012，5（7）：1755-4535.

[2]Piotr B.Power electronic converters in DC microgrid[C]//2007 Compatibility in Power Electronics，2007.

[3]LiRui，XuDianguo.Parallel operation of full power converters in permanent-magnet direct-drive wind power generation system[J].IEEE Trans.on Industrial Electronics，2011，60（4）：1619-1629.