基于ECAP中断捕获的多机相位同步方法及相关设备与流程

本发明涉及电力电子控制及嵌入式通信，尤其涉及一种基于ecap中断捕获的多机相位同步方法及相关设备。

背景技术：

1、随着电力电子变换器向大功率、模块化及分布式协同方向发展，多机并联运行已成为新能源发电、储能系统及柔性输配电等领域的核心技术形态。在诸如三相逆变器并联、有源滤波器集群控制以及多电机同步驱动等应用场景中，各分布式节点之间必须保持严格的相位同步，以确保系统输出电压/电流的波形质量、环流抑制能力及动态响应性能。can（controller area network）总线因其高可靠性、强抗干扰能力及成熟的工业生态，被广泛应用于此类分布式系统的同步通信链路中。然而，随着开关频率的提升与控制带宽的增加，传统基于can总线的软件同步方案已逐渐难以满足微秒级乃至纳秒级的相位对齐精度要求，其技术瓶颈主要体现在时间基准获取机制的固有缺陷上。

2、现有的can总线多机同步方法普遍采用"主机广播同步帧+从机中断解析"的主从架构。在该架构下，从机通常依赖can接收中断服务程序（isr）触发时刻作为同步时间戳的采样点，并结合通用定时器（general purpose timer，gptimer）或系统滴答定时器（systick）记录当前时刻，进而计算与主机的相位偏差。

3、然而，上述现有技术存在以下显著缺陷：

4、1.时间戳获取滞后：普遍方案依赖can接收中断服务函数读取通用定时器计数值作为同步时刻。由于can报文接收、校验、触发中断及进入中断服务程序均存在不可预测的软件延迟（jitter），导致记录的时间戳并非真实的物理信号到达时刻，引入了数十至上百纳秒级的随机误差。

5、2.计时器精度不足：通用定时器通常受限于系统时钟分频或软件开销，难以捕捉高频载波下的微小相位变化。

6、3.缺乏硬件级关联：软件读取的定时器数值与can收发器的物理动作在硬件层面上是解耦的，无法消除总线传播延迟与软件处理延迟的叠加效应。

7、因此，亟需一种能够直接在硬件层面精准锚定通信事件时刻，且不受软件调度抖动影响的同步校准方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种基于ecap中断捕获的多机相位同步方法及相关设备，旨在实现分布式电力电子系统的高精度相位同步。

2、一方面，本发明实施例提供了一种基于ecap中断捕获的多机相位同步方法，所述方法包括以下步骤：

3、从机通过can总线接收主机发送的起始同步帧，通过所述从机的ecap模块捕获所述can总线接收中断信号，在检测到所述起始同步帧的物理边沿时自动锁存所述ecap模块的计数器值，并触发ecap捕获中断；

4、所述从机通过所述can总线接收所述主机发送的同步ok帧，解析所述同步ok帧携带的主机相位信息，置位待同步计算标志位；

5、所述从机在epwm中断中读取所述ecap模块的当前计数器值，将所述当前计数器值与所述ecap捕获中断中锁存的计数器值做差，获得时间差；

6、所述从机根据所述主机相位信息和所述时间差计算相位偏差，根据所述相位偏差调整所述从机的epwm寄存器。

7、可选地，通过所述从机的ecap模块捕获所述can总线接收中断信号，在检测到所述起始同步帧的物理边沿时自动锁存所述ecap模块的计数器值，并触发ecap捕获中断，包括：

8、所述从机配置所述ecap模块工作在捕获模式，将所述can总线接收中断信号接入所述ecap模块的捕获输入；

9、所述ecap模块监测所述can总线接收中断信号，在检测到所述起始同步帧的物理边沿时，所述ecap模块的硬件自动将当前计数器值锁存至捕获寄存器；

10、所述ecap模块触发ecap捕获中断，所述从机在中断服务程序中读取所述捕获寄存器中锁存的计数器值。

11、可选地，所述从机通过所述can总线接收所述主机发送的同步ok帧，解析所述同步ok帧携带的主机相位信息，置位待同步计算标志位，包括：

12、所述从机在can接收中断中解析所述同步ok帧，提取所述主机相位信息和发送时刻基准；

13、所述从机将所述主机相位信息和所述发送时刻基准存储至本地缓存区；

14、所述从机置位待同步计算标志位；

15、所述从机退出所述can接收中断，不在所述can接收中断中执行浮点运算或补偿计算。

16、可选地，所述从机在epwm中断中读取所述ecap模块的当前计数器值，将所述当前计数器值与所述ecap捕获中断中锁存的计数器值做差，获得时间差，包括：

17、所述从机在epwm中断中检测所述待同步计算标志位是否有效；

18、若所述待同步计算标志位有效，所述从机读取所述ecap模块的当前计数器值；

19、所述从机将所述当前计数器值减去所述ecap捕获中断中锁存的计数器值，获得所述时间差；

20、所述从机清除所述待同步计算标志位。

21、可选地，所述从机根据所述主机相位信息和所述时间差计算相位偏差，根据所述相位偏差调整所述从机的epwm寄存器，包括：

22、所述从机根据所述主机相位信息和所述时间差推算理论相位偏差；

23、所述从机根据所述理论相位偏差计算相位补偿量；

24、所述从机将所述相位补偿量写入所述epwm的时基相位寄存器或比较值寄存器。

25、可选地，在所述从机通过can总线接收主机发送的起始同步帧之前，所述方法还包括：

26、所述主机在工频过零点时刻发送起始同步帧，并保存所述主机自身的ecap计数器值和主机相位信息；

27、所述主机在can发送完成中断中读取所述主机的ecap计数器值，将所述ecap计数器值与发送起始时刻的ecap计数器值做差，获得发送耗时；

28、若所述发送耗时在预设范围内，所述主机构造同步ok帧，并将所述同步ok帧发送至所述从机，所述同步ok帧携带所述主机相位信息和发送时刻基准；

29、若所述发送耗时超出所述预设范围，所述主机间隔整数倍工频周期后重新发送所述起始同步帧。

30、可选地，所述方法还包括：

31、所述主机为多个从机中的每一个从机维护时间偏差记录；

32、所述主机根据所述时间偏差记录判断对应从机的同步状态；

33、若所述从机的同步状态异常，所述主机向所述从机发送同步校正指令。

34、另一方面，本发明实施例提供了一种基于ecap中断捕获的多机相位同步装置，应用于从机，包括：

35、ecap捕获模块，用于通过can总线接收主机发送的起始同步帧，捕获所述can总线接收中断信号，在检测到所述起始同步帧的物理边沿时自动锁存所述从机的ecap模块的计数器值，并触发ecap捕获中断；

36、同步参数解析模块，用于通过所述can总线接收所述主机发送的同步ok帧，解析所述同步ok帧携带的主机相位信息，置位待同步计算标志位；

37、时间差解算模块，用于在epwm中断中读取所述ecap模块的当前计数器值，将所述当前计数器值与所述ecap捕获中断中锁存的计数器值做差，获得时间差；

38、相位补偿模块，用于根据所述主机相位信息和所述时间差计算相位偏差，根据所述相位偏差调整所述从机的epwm寄存器。

39、另一方面，本发明实施例提供了一种基于ecap中断捕获的多机相位同步装置，应用于主机，包括：

40、同步帧发送模块，用于在工频过零点时刻发送起始同步帧，并保存所述主机自身的ecap计数器值和主机相位信息；

41、耗时校验模块，用于在can发送完成中断中读取所述主机的ecap计数器值，将所述ecap计数器值与发送起始时刻的ecap计数器值做差，获得发送耗时；

42、同步确认模块，用于在所述发送耗时在预设范围内时，构造同步ok帧并发送至从机，所述同步ok帧携带所述主机相位信息和发送时刻基准；

43、重试模块，用于在所述发送耗时超出所述预设范围时，间隔整数倍工频周期后重新发送所述起始同步帧。

44、另一方面，本发明实施例提供了一种基于ecap中断捕获的多机相位同步系统，包括主机和多个从机，所述主机包括上述应用于主机的装置，所述从机包括上述应用于从机的装置；所述主机与所述从机之间通过can总线连接；所述主机和所述从机均包含ecap模块和epwm模块。

45、另一方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的方法。

46、本发明实施例包括以下有益效果：

47、本发明通过ecap模块直接对can总线接收中断信号进行硬件级边沿捕获，使同步事件的计时完全由专用外设自主完成，时间戳严格锚定于物理信号边沿，精度提升至ecap时钟周期级别（通常为纳秒级），且不受cpu负载影响；同时，ecap与epwm共享同源时基或具有确定的时钟比例关系，使得时间差测量与相位补偿在同一时间坐标系下无缝衔接，从根本上消除了软件抖动与跨时钟域误差的叠加效应。

48、本发明通过通信中断仅缓存、控制中断才计算的分步解耦策略，从机在can接收中断中仅解析同步ok帧并置位标志位，不执行任何耗时的浮点运算或补偿计算，确保通信中断的快速退出，避免阻塞后续ecap捕获或其他高优先级任务；真正的精密计算被推迟至确定性的epwm中断中执行，实现了通信事件与控制周期的时序解耦，兼顾了系统的实时性与同步精度。

49、此外，本发明通过主机端的发送耗时校验与工频整周期重试机制，主机在can发送完成中断中通过ecap计数器差值校验发送耗时，仅在耗时符合预设范围时发送同步ok帧，否则按工频周期整数倍间隔重试，防止错误同步数据污染从机时基，在保证极致同步精度的同时，兼顾了系统的鲁棒性与工程实用性。