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嵌入式系统在舰船综合电力系统中的应用
作者：唐文俊王芳易新强来源：《广东造船》2013年第06期
摘要：舰船综合电力系统是未来舰船发展的方向，为实现复杂电磁环境下设备的远程控制和监测，嵌入式系统能很好的完成这些任务。本文以发电系统中励磁控制器设计为例阐述这种嵌入式系统的设计，即选用DSP来实现数据的计算和控制，选用ARM实现了数据的网络化通信，并通过FPGA芯片来协调这两个微处理器的正常工作。通过实物研制和实验验证说明了这种嵌入式系统的可行性，并通过模拟实际故障工况，论证了嵌入式系统控制的准确性、快速性和保护的及时性。
关键词：舰船综合电力系统；嵌入式系统；励磁控制器；DSP；ARM；FPGA
中图分类号：UU6651文献标识码：A
1引言
舰船综合电力系统是指通过电力网络将发电、日常用电、推进供电、高能武器发射供电、大功率探测供电综合为一体的电力系统，简称IPS。
相比传统的舰船电力系统，舰船综合电力系统在控制、监测和保护方面具有以下特点：
（1）电气设备较多，电磁环境复杂。综合电力系统由发电、配电、变电、推进、储能、日用负载高能武器、监控管理等七个模块组成，如图1所示。这些设备处于比较复杂电磁环境下，对控制、检测和保护提出了较高的要求。
（2）灵活多样的运行模式。不同的运行模式下，电力系统的电量分配以及发电机、变频器、推进电机的运行情况各不相同，给控制、检测和保护带来了一定的难度。
（3）设备差异大，协议接口不一致。综合电力系统各设备层次不同，采用的技术方案不一致，导致设备之间信息传递的方式不一致，有的设备采用传统的RS232通信，有的采用RS485通信，有的采用CAN通信等，这些通信方式都是基于电信号的传递和控制，这给处于复杂电磁环境下设备之间的集中控制和监测带来了较大不便和风险12。
因此，对舰船综合电力系统的设计必须满足复杂电磁环境下通信要求，达到控制和监测的准确快捷以及保护的正确及时，同时便于全船管理和信息共享。本文提出采用嵌入式系统来完成底层设备的控制、监测和保护，不同设备之间通过以太网采用光信号实现通信，确保了通信的质量。本文以发电机励磁控制系统为例，从硬件设计和软件设计两个方面来阐述这种控制监测方式的实现，并通过实物研制和实验进行论证其合理性和有效性，为舰船综合电力系统中设备的下一代研制提供参考。
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2硬件设计
嵌入式系统具有处理能力强、体积小、功耗低、可r