使用IQmath定点运算调试TI官方的软件锁相环

最近，由于项目的需要，我计划使用它TI官方软件锁相环实现了三相逆变器的锁相，其中坑基本，在此分享。
因为我用的是F2812的DSP，比较辣鸡，没有浮点操作引擎，所以为了提高浮点操作速度，配合TI的IQmath定点运算库 (关于IQmath，不懂的小伙伴可以Q私自1062057308，或者去TI搜索官网) 与对应的太阳能库相结合，该库集成了大多数常用的电力电子算法，如坐标变换、PID、滤波器，锁相环等，而且TI浮点、定点和定点都很贴心。CLA这个库在三个版本controlSUITE可在里面找到。PS：如果用的DSP应该有浮点运算引擎(28335以上型号)…），建议直接用浮点数计算，真的省去了很多蛾子和未知Bug！
TI软件锁相环，有官方应用文件使用C2000 ? 三相并网软件锁相环设计的微控制器，而且是中文的，官网也可以直接找到。

我使用最基本、最简单的同步基准框锁相环（SRF-SPLL），其锁相原理文档也有详细的描述，简而言之，就是三相电压ABC-DQ变换，通过PLL控制Q轴的电压等于0，即实现锁相。

需要在这里使用DQ变换和SPLL太阳能库里有这两种算法。

实现算法的步骤：

1.收集电网电压并进行DQ变换，获得Q轴的电压Vq；
这里需要注意，因为最终只需要控制Vq=可以，原则上经AD采集的三相电压只要相序正确，三相对称，即输入dq变换单元的三相电压不一定等于实际电压，如实际电压220V，我通过AD采集电压为150V，锁相也可以完成。这一特点为提高程序运行速度提供了可能性：例如，根据调节电路，电压缩小约38.7596倍送入DSP，因此，为了计算精确的电压，必须计算AD寄存器值除以38.7596。我们知道除法，尤其是浮点除法，非常昂贵CPU的。既然不需要精确的电压，就可以通过移位缩放，右移5位，相当于32，38.7596差别不大，可以在一定程度上提高运算速度(没有办法，DSP必须找到充分利用计算资源的方法…）。当然，如果需要精确的电压值，还是需要循序渐进。
还需要注意的是，虽然不需要准确的电压倍数，但最好不要有直流偏置，否则会影响锁相效果，所以提前校准AD的零漂。
2、Vq传入SPLL结构参数，spll1.v_q[0] = abc_dq0_pos1.q;
注意，调用spll锁相函数必须先更新v_q本文还强调了[0]。
*3、调用函数 SPLL_3ph_SRF_IQ_FUNC(SPLL_3ph_SRF_IQ spll_obj)，寻求锁相角度theta.
这个角度就是DQ变换用到的theta，因为DQ因此，在锁相之前进行变换DQ变换用到的是上一个控制周期计算的角度，也就是延迟一个周期。这样的话，控制频率不能太低，在SoliaLib文档中，官员表示，最低控制频率不应低于200k，但是我用的控制频率是10k，锁起来感觉效果还不错hhh。下图是用CCS的示波器观测的锁相正弦值。

注意事项：
需要使用锁相PI，其离散控制参数不需要自行计算，TI已经提供了一个Excel表格专门计算参数。这个表格也在Solar文件夹。只需填写稳定时间、阻尼比、误差带范围、控制周期(频率)即可自动计算B0、B1.如有必要，请自己吃
链接：https://pan.baidu.com/s/18-vipsBYJkWpk2kCezrVcA
提取码：4igw

2、SoliaLib使用手册还提到，传入SPLL的q轴电压Vq范围为(-1，1)归一化！！！这一点很重要，我个人的理解是PI需要处理的对象应该有足够小的偏差。如果太大，调整效果不够，需要处理Vq其实归一化只需要缩小100倍左右。

3、对于使用IQ注意定点操作，SPLL默认的使用IQ21格式，如果外部程序使用其他格式，并避免数据溢出。另外，建议不要用太低的IQ锁相格式，官方默认IQ21是合理的，IQ如果太低，小数位太少，计算精度大大降低。有人可能存在疑问，如果用IQ21格式，整数只剩下10位(对32位)MCU)，最大计算数据只有2^10 -1= 1023，容易溢出吗？不用担心，我们电网电压的峰值一般在300以上V，正如前面提到的，电压Vq需要归一化，肯定不会溢出。（对于IQ math我将在另一篇文章中详细介绍使用情况）
4、ABCtoDQ0坐标变换一般有两种坐标对齐方式，即D轴与A轴对齐，超前A轴90°对齐（aligned 90 degrees behind A axis），这两种对齐方不同，具体可以看Simulink里abc to dq0模块的Help，有详细的解释。
5、可配合matlab一对一模拟可以发现一些逻辑和语法错误。
左图为A相电压IQ格式，右侧是锁相的相位正弦值，正好相差1/4工频周期。

为什么会有相位差？打开锁相环的程序，仔细阅读就会发现，TI这个abc/dq变换不是d轴根据a相电压定向的，而是d轴超过a相90°定向！！所以锁相环锁的相位超过A相90°！！
您可以看到定向的详细解释simulink里面的abc to dq0模块的Help，介绍非常详细。

知道这一点，很容易做到。有两种解决方案：
1.输出锁相环的角度θ减去pi再次反馈DQ变换模块；
2、修改DQ对于改变模块的程序，反馈仍然是θ不变，但我们知道θ比A相的θ超前了pi/2，所以在程序中计算dq值时，将θ减去pi/2。
原来的dq计算公式为
d = alpha·sin(wt) beta·cos(wt);
q = beta·cos(wt) - alpha·sin(wt);
根据诱导公式，修改后dq计算公式为
d = -alpha·cos(wt) beta·sin(wt);
q = beta·sin(wt) alpha·cos(wt);
通过以上两种方法，锁定的相位与A相完全对应~