浅析UPS控制中DSP技术的运用

刘洋

摘要：数字化控制（DSP）软件的产生和发展逐渐取代了模拟和数字器件，提分高了产品的集成度，增强了系统的稳定性和智能型，并逐渐成为不间断电源系统（USP）技术的主要发展趋势之一。本文基于现实的基础上对USP控制中DSP技术的发展历史进行概述，并多角度分析了其在现代工业生产中的发展和应用，希望对我国自动化产业技术的发展有一定的指导意义。

关键词：USP DSP 数字化技术 应用 发展前景

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0019-01

1 引言

进入21世纪以来，依托于数字技术和自动控制技术的发展，USP（uninterruptible power system，不间电源系统）已经成为网络系统安全运行的重要保障，特别是在当今互联网规模的不断扩大的背景下，USP技术系统在网络与电子商务飞速发展中扮演着重要的角色，也迎来了一个发展的黄金时期。但是时代的发展也给USP技术的发展带来了机遇与挑战，对其自动化、智能化和网络化的发展水平提出了更高的要求。数字信号处理技术（DSP）是今后USP技术系统中发展的核心，具有高速、灵活、可编程以及低功耗等特点，将DSP技术应用于USP电源控制环节是实现USP技术长久发展的关键。

2 DSP技术的发展历程

总结来说，DSP技术的发展经历了以下三个阶段：

（1）数字信号处理技术产生于上世纪五六十年代的美国，当时以信息技术和网路技术为代表的第三次工业革命正在美国兴起，当时人们只能在微处理器上实现数字信号的处理，处理结果的稳定性和可靠性都较低。直到七十年代人们才开始逐渐提出给予DSP理论的计算方法与理论，基于这些数字化理论的发展，AMI公司在1987年成功研制成了第一个单片DSP芯片S2811，1989年美国因特尔公司生产了第一批可编程器件S2920，被认为是DSP芯片技术发展的一个里程碑。但是两款芯片都没有现代DSP芯片所必须的单周期乘法器。直到1980，日本的NEC公司才制作出了第一款具有单周期乘法器的DSP芯片mPD7720，被认为是现代第一款商用DSP器件。

（2）随着大规模集成电路技术的发展，美国德州仪器公司（TI）推出了世界上第一代DSP芯片TM32010，标志着实时数字处理技术发展的重大突破。在随后的几年时间内TI公司相继推出了第二、第三代DSP数字模式处理芯片，并在进入90年代以后又推出了第四、第五代DSP芯片，德州仪器公司也由此逐渐发展成为世界上首屈一指的DSP芯片生产和技术研发企业，取得了丰厚的市场利润，产品销往世界各地。同样在1982年，世界著名DSP芯片生产厂家Hitachi公司研发出了第一款基于CMOS芯片工艺的浮点DSP芯片，并在1983年相继推出了指令周期为120ns的MB8764芯片，极大地提升了芯片的单位时间内的信息处理量，同样标志着世界数字控制技术的发展进入了一个新的时代。

（3）高性能浮点DSP芯片DSP32以及IEEE浮点格式兼容的浮点DSP芯片MC96002的生产和应用标志着数字控制技术真正走向了大规模工业化生产，AT&T公司和Motorola公司在1984年和1990年先后推出了这两款芯片，并迅速占有了巨大的市场份额，同时DSP芯片逐渐成为电子产品更新换代的决定性因素。经过了几十年的发展，DSP芯片的计算能力提升了几十倍，单位运算时间从80年代的400ns下降到了20ns，片内的RAM总数也增加了一个数量级，同时芯片引脚数也实现了一个跨越式提升。标志着DSP芯片技术更加灵活，数据传输和处理能力更加强劲。

3 USP控制中DSP技术的应用分析

3.1 DSP技术技术在变电站自动化系统中的应用

变电站自动化系统中的控制元件较多，开关量、检测量较为分散，且对系统数据采集的实时传输的质量要求也较高。DSP技术在变电站系统中的应用可以极大地改善传统的控制技术所带来的弊端，利用其集成度高、控制方便以及编程简单的特点增加了系统的可靠性与完整性，为变电站自动化和智能化工作的发展提供了必要的技术支持。同时DSP芯片的多借口为通讯以及实现多机任务提供了容易的扩展，使得励磁、调速器以及继电保护等系统的工作准备了条件。

3.2 DSP技术在软件无线电中的应用

软件无线电技术是一种基于同一平台的、利用多种软件硬件实现多功能无线电信号传输的新型无线电通讯技术。近几年随着DSP技术的飞速发展，使得软件无线电技术的研和应用成为自动控制领域的焦点话题。DSP技术以其稳定性好、可靠性高、互操作性良好以及可编程能力强等特点可以代替专用的数字电路，可以实现软、硬件功能的相互独立，这也是传统的无线电技术实现软件无线电发展的关键和先决条件。

3.3 DSP在机器人控制中的应用

随着计算机技术、控制技术、机械设备制造技术、网络技术以及传感器科学技术的不断发展，机器人作为先进科技的典型代表已经走进了人们的日常工作和生活中，很多工作领域中机器人完全可以代替人力完成。但是随着工业技术的不断发展，对机器人控制系统的实时性、稳定性、自动性以及计算速度等都提出了更高的要求，DSP技术作为一种高性能的控制技术，其在机器人控制中的应用成为一项热门的研究话题，利用其运算速度快的特点可以构成并行处理网络，无疑会大大提升机器人控制系统的综合性能。

4 结语

综上所述，USP控制中的DSP技术可以向用户提供更加稳定的、精确的、高质量的电压波形，同时使得控制也更加柔化、智能化和网络化，对于智能技术的发展具有重要的现实意义。DSP技术在其他发达国家的发展已经取得了突出的成绩，但是在我国还处于起步阶段，因此国家技术部门应该抓住历史发展机遇，向其他发达国家学习先进的DSP技术，并在此基础上投入大量的人力、物力、财力进行新技术的研发和推广工作，为我国经济技術的发展提供必要的技术支持。

参考文献

[1]王大庆.基于DSP的在线式UPS数字化控制技术研究[D].南京航空航天大学，2002.

[2]向建玲.基于DSP的UPS数字化控制技术研究[D].南京航空航天大学，2003.

[3]钱宏章.DSP和模糊控制技术在在线式UPS中的应用研究[D].苏州大学，2008.

[4]陈小冬.基于TMS320 DSP的动态不间断电源UPS的研究[D].杭州电子科技大学，2012.