Real-Time Power electronics Control and Monitoring with TI F28379D DSC and GUI Composer

📄 arXiv: 2509.25008v1 📥 PDF

作者: Ilyas Bennia, Lotfi Baghli, Ehsan Jamshidpour, Abdelkader Mechernene, Jean-Philippe Martin, Driss Yousfi

分类: eess.SY

发布日期: 2025-09-29

备注: 10 pages

💡 一句话要点

基于TI F28379D DSC和GUI Composer的实时电力电子控制与监测系统

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 电机控制 实时控制系统 TMS320F28379D GUI Composer 磁场定向控制 V/f控制 电力电子 感应电机

📋 核心要点

  1. 传统电机控制系统调试复杂，实时性不足，难以满足高性能应用需求。
  2. 利用TI F28379D DSC构建实时控制系统，集成PWM、ADC、DAC和编码器反馈，实现精确控制。
  3. 实验验证了V/f和FOC算法的有效性，GUI Composer实现参数调整和数据可视化，提升调试效率。

📝 摘要（中文）

本文详细介绍了使用德州仪器TMS320F28379D微控制器实现三相感应电机实时控制系统的过程和实验验证。该系统集成了脉冲宽度调制（PWM）生成、模数转换（ADC）、数模转换（DAC）和正交编码器反馈，以实现各种控制策略下的精确控制。基于AMC1301隔离放大器和分流电阻的电流传感解决方案确保了反馈回路中准确和安全的电流测量。实现了两种控制算法，V/f控制和磁场定向控制（FOC）并进行了测试。使用GUI Composer实现了实时参数调整和数据可视化，从而实现了高效的系统调试和交互。实验结果表明，在阶跃和多步输入下，系统具有平稳的速度反转、快速的动态响应和稳定的性能。尽管GUI Composer有效地支持了通用监控和控制，但与专业级平台相比，信号带宽存在局限性。结果证实了所实现的控制策略对于高性能感应电机应用的鲁棒性和有效性。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决三相感应电机的高性能实时控制问题。现有方法在实时性、精度和调试效率方面存在不足，难以满足日益增长的应用需求。传统控制系统通常采用复杂的硬件和软件架构，调试过程繁琐，难以快速适应不同的电机参数和工况变化。

核心思路：论文的核心思路是利用TI TMS320F28379D数字信号控制器（DSC）强大的实时计算能力和丰富的外设接口，构建一个高效、灵活且易于调试的电机控制系统。通过集成PWM生成、ADC、DAC和编码器反馈等功能，实现对电机电流、电压和速度的精确控制。同时，利用GUI Composer实现人机交互，方便参数调整和数据可视化。

技术框架：该系统的整体架构包括以下几个主要模块：1) 电机驱动电路：负责将控制信号转换为电机所需的电压和电流；2) 电流传感电路：采用AMC1301隔离放大器和分流电阻，实现对电机电流的精确测量；3) TMS320F28379D DSC：作为控制核心，负责执行控制算法、生成PWM信号、采集传感器数据等；4) GUI Composer：提供人机交互界面，用于参数调整、数据可视化和系统调试；5) 编码器：用于测量电机转速，提供反馈信号。

关键创新：该论文的关键创新在于将高性能DSC与GUI Composer相结合，构建了一个实时、高效且易于调试的电机控制系统。与传统方法相比，该系统具有更高的实时性、更高的控制精度和更便捷的调试方式。此外，论文还实现了两种常用的控制算法（V/f和FOC），并进行了实验验证，证明了该系统的通用性和有效性。

关键设计：电流传感电路采用AMC1301隔离放大器，确保了电流测量的安全性和精度。控制算法采用数字PID控制，参数通过实验整定。GUI Composer界面设计简洁直观，方便用户进行参数调整和数据监控。PWM频率根据电机参数和控制要求进行选择，以获得最佳的控制效果。

📊 实验亮点

实验结果表明，该系统能够实现平稳的速度反转和快速的动态响应。在阶跃输入下，系统能够快速稳定地达到目标速度。在多步输入下，系统能够准确跟踪目标速度变化。与传统控制方法相比，该系统具有更高的控制精度和更快的响应速度。GUI Composer实现了实时参数调整和数据可视化，大大提高了调试效率。

🎯 应用场景

该研究成果可广泛应用于工业自动化、机器人、电动汽车等领域。高性能电机控制是这些应用的关键技术之一，该系统能够提高电机控制的精度、效率和可靠性，从而提升整体性能。此外，该系统易于调试和维护，降低了开发成本和维护成本，具有重要的实际应用价值和推广前景。

📄 摘要（原文）

This paper details the implementation and experimental validation of a real-time control system for a three-phase induction motor using the Texas Instruments TMS320F28379D microcontroller. The system integrates pulse-width modulation (PWM) generation, analog-to-digital conversion (ADC), digital-to-analog conversion (DAC), and quadrature encoder feedback to facilitate precise control under various strategies. A current sensing solution based on the AMC1301 isolation amplifier and shunt resistor ensures accurate and safe current measurement for feedback loops. Two control algorithms, V/f and Field-Oriented Control (FOC) are implemented and tested. Real-time parameter tuning and data visualization are achieved using GUI Composer, enabling efficient system debugging and interaction. Experimental results demonstrate smooth speed reversal, fast dynamic response, and stable performance under both step and multi-step inputs. While GUI Composer effectively supports general monitoring and control, limitations in signal bandwidth are noted compared to professional-grade platforms. The results confirm the robustness and effectiveness of the implemented control strategies for high-performance induction motor applications.