摘 要

柴油机为目前船舶主要动力来源，船体结构的固有频率较低，柴油机低频振动频率与船体结构固有频率接近，容易导致船体共振，严重危害船体结构安全。大型动力装置的低频振动蕴含有极大的能量,可以传播到很远距离处, 严重削减军用船舶隐蔽性。然而被动隔振无法有效隔离低频振动，时代背景对动力装置主动隔振系统研发提出了要求。且随近些年电子技术飞速进步，DSP控制器运算能力不断提高，已能够满足主动隔振系统对实时性的要求，为动力装置主动隔振系统课题研发提供了技术上的可行性。

本课题以船舶柴油机为研究对象，为抑制其低频振动开发了主动隔振系统。系统输入为采集的加速度信号，将模拟信号转化为数字信号，控制核心采用DSP FPGA，执行机构采用功率放大器加电磁作动器。课题包括硬件电路设计，包括AD采集电路、DA输出电路、I/O电路、DSP和FPGA最小系统电路以及以太网通讯电路；软件开发，包括DSP程序设计和FPGA程序设计。

本文重点为DSP程序设计，DSP采用TMS320C6748，开发环境为TI公司的CCS5.5。总体程序框架为无限循环加中断的前后台系统，程序包括后台程序、前台程序和初始化程序三部分。TMS320C6748程序设计主要包括：初始化程序设计，包括时钟初始化、GPIO管脚初始化、SPI接口初始化、EMIFA接口初始化、参数初始化、看门狗初始化；后台系统程序设计，后台系统为无限循环，依次执行多个任务；前台系统程序设计，前台系统程序由中断组成；TMS320C6748代码优化，合理分配存储区间。DSP程序设计开发基于StarterWare软件库。

关键词：主动隔振，DSP，柴油机，FPGA

Abstract

Diesel engine is the main power source of the ship, the natural frequency of the hull structure is low, the frequency of the low frequency vibration of the diesel engine is close to the natural frequency of the hull structure, which is easy to cause the hull resonance and seriously endanger the hull structure. Large-scale power plant low-frequency vibration contains a lot of energy, can spread to very long distance, serious reduction of military ship concealment. However, passive vibration isolation can not effectively isolate low-frequency vibration, the background of the dynamic device active vibration isolation system R amp; D requirements. With the rapid progress of electronic technology in recent years, DSP controller computing power has been improved, has been able to meet the requirements of active vibration isolation system for real-time power system active vibration isolation system research and development to provide a technical feasibility.

In this paper, the ship diesel engine as the research object, in order to curb its low frequency vibration developed active vibration isolation system. System input for the acquisition of the acceleration signal, the analog signal into a digital signal, the control core using DSP FPGA, the implementing agencies use power amplifier plus electromagnetic actuator. Applications include hardware circuit design, including AD acquisition circuit, DA acquisition circuit, I / O circuit, DSP and FPGA minimum system circuit and Ethernet communication circuit; software development, including DSP programming and FPGA program design.

This article focuses on DSP programming, DSP using TMS320C6748, the development environment for TI's CCS5.5. The overall program framework for the infinite cycle of interruption of the front and back system, the program includes the background program, the foreground program and initialization procedures in three parts. TMS320C6748 programming mainly includes: initialization program design, including clock initialization, GPIO pin initialization, SPI interface initialization, EMIFA interface initialization, parameter initialization, watchdog initialization; background system programming, background system for the infinite loop, followed by the implementation of multiple Task; front desk system programming, the front of the system program consists of interrupt; TMS320C6748 code optimization, a reasonable allocation of storage interval. DSP program design and development based on StarterWare software library.

Key words: active vibration isolation, DSP, diesel engine, FPGA

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2研究背景 1

1.2.1动力装置振动形式 1

1.2.2动力装置振动危害 2

1.2.3现有隔振方式方法 2

1.2.4主动隔振优点 3

1.3国内外研究现状 3

1.3.1 DSP发展应用现状 3

1.3.2作动器研究现状 4

1.3.3主动隔振在船舶柴油机上的应用现状 5

1.4主要研究内容 5

1.4.1课题整体研究概述 5

1.4.2 本文DSP部分研究概述 6

第2章 处理器选型及简介 8

2.1本章概述 8

2.2处理器选型 8

2.2.1处理器大类选择 8

2.2.2处理器具体型号选择 9

2.3 TMS320C6748模块介绍 10

2.3.1系统时钟 10

2.3.2通用输入/输出口(GPIO) 12

2.3.3串行外设接口(SPI) 13

2.3.4外部内存接口 (EMIFA) 15

2.4 TMS320C6748整体介绍 16

2.5 本章小结 18

第3章 TMS320C6748程序设计 19

3.1本章概述 19

3.2总体程序框架 19

3.3初始化程序设计 20

3.3.1时钟初始化 20

3.3.2 GPIO管脚初始化 21

3.3.3 SPI接口初始化 23

3.3.4 EMIFA接口初始化 26

3.3.5参数初始化 27

3.3.6看门狗初始化 29

3.4后台系统程序设计 29

3.4.1 W5500初始化过程 30

3.4.2参数保存任务 32

3.4.3数字信号控制任务 32

3.5前台系统程序设计 32

3.6 TMS320C6748代码优化 33

3.7 本章小结 33

第4章 总结与展望 34

4.1 总结 34

4.2 展望 34

4.2.1 算法优化研究 35

4.2.2 代码优化研究 35

4.2.3作动器研究 35

4.2.4台架实验 35

4.2.5 智能化研究 35

致谢 36

参考文献 37

第1章 绪论

1.1引言

动力装置主动隔振课题以船舶柴油机为主要研究对象。由于柴油机功率大、效率高、技术成熟且可靠性高，是目前船舶的主要动力来源。柴油机的曲轴、活塞连杆、飞轮等主要部件周期往复运动 , 不可避免地导致整个柴油机产生整机性的振动^[1]。柴油机有其固有自由振动特性且振动不可避免，可见基于DSP动力装置主动隔振系统控制程序设计研究有着重要意义及广阔应用前景。

由于船舶船体结构的固有频率较低^[2]，低速二冲程柴油机造成的低频振动频率接近于船体结构的固有频率，容易激起船体的共振，因此其危害性极大。然而被动隔振技术对于装置安装频率1.414倍以下的振动无效果，因此难以抑制危害极大的低频振动，主动隔振可以很好的抑制低频振动^[3]。