20090357_赵明杰_直流电机PWM调速系统的DSP实现.doc

北方民族大学学士学位论文题目:直流电机PWM调速系统的DSP实现院(部)名称:电气信息工程学院学生姓名:赵明杰专业:电气工程及其自动化学号:20090357指导教师姓名:郑华论文提交时间:2013年5月20号论文答辩时间:2013年5月25号学位授予时间:北方民族大学教务处制1摘要随着科学技术的不断发展，电力电子技术和计算机的不断进步，以前老的电机调速技术再也不能满足人们的需求，进步已变得不可阻挡。所以，经过一代又一代人的努力，直流电机调速已经向着全面数字化的方向发展了，而脉宽调制技术（PWM）正是控制数字化的基础之所在。近几年来，数字信号处理器（DSP）集成的硬件资源愈加丰富，直流电机调速以DSP实现受到了广泛的关注和应用，然而对于DSP在这方面的应用实至名归，它在许多领域都得到了极大地使用，诸如电气、航天、通讯、医药卫生和电子等方面都有极广的使用。本文首先提出了直流电机PWM调速的控制要求，对传统方法进行了列举；然后系统地阐述了该文使用系统的组成及其数字化控制原理，从整个调速系统的关键技术角度分析了计算机与DSP相结合的直流电机PWM调速的实现；最后详细描述了系统的软件设计，设计过程运用了模块化设计。本文使用了TMS320F2812DSP，它在C2000系列中非常的突出，对它的深入学习是学习DSP原理的理想的入门芯片。本文对该芯片有非常详细的介绍，这也对我以后的学习帮助很大。关键字：直流电机、PWM、调速、DSPAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,progressofpowerelectronictechnologyandcomputertechnology,beforethemotorspeedoldcan'tsatisfypeople'sneeds,progresshasalreadybecometheirresistible.So,generationaftergenerationofpeople'sefforts,theDCmotorspeedcontrolhasbecomeacomprehensivedigitaldirection,whilethepulsewidthmodulation(PWM)isthefoundationofdigitalcontrolof.Inrecentyears,digitalsignalprocessor(DSP)hardwareresourcesmoreintegratedabundance,DCmotorspeedregulationisrealizedbyDSPreceivedextensiveattentionandapplication,however,fortheapplicationofitsDSPinthisregard,inmanyareashavebeengreatlyused,suchaselectrical,aerospace,communications,medicalandelectronicandsoonhavetheuseofawiderangeof.ThispaperfirstproposedtocontroltheexecutivesandtheDCmotor,thetraditionalmethodsarelisted;andthensystematicallyexpoundedthecompositionandprincipleofthedigitalcontrolsystem,analysestheimplementationofPWMDCmotorspeedcontrolcomputerandDSPcombinedfromthekeytechnologypointofthespeedregulationsystem;finally,adetaileddescriptionofthesoftwaredesignsystemsoftwaredesign,whichdirectlyaffectstheimplementationofsystemdesign,socareless.Thesystemsoftwaredesignusesthemodulardesign,butamoduleisabsolutelyindependent,soitisveryconvenientforadjustmentandcallingsystemfor.Inthispaper,theuseofTMS320F2812DSP,itisintheC2000seriesisveryprominent,forhisin-depthstudyistheentry-chiplearningDSPprincipleideal.Inthispaper,averydetailedintroductiontothechip,thisalsoformyfuturestudyofgreathelp.Keywords:DCmotor,PWM,speedcontrol,DSP目录第一章概述........................................................11.1直流电机调速的发展..........................................11.2DSP的概念...................................................21.3脉宽调制(PWM)技术的发展概述.................................31.4DSP在国内的发展.............................................31.5论文的主要内容..............................................4第二章直流PWM调速原理.............................................52.1调速原理....................................................52.1.1双极性可逆PWM变换器...................................62.1.2双极性PWM可逆变换的特点...............................9第三章系统硬件设计................................................113.1DSP芯片选型...............................................123.1.1CCS开发平台的特点....................................123.1.2TMS320F2812芯片的性能................................123.2直流电机的调速双闭环控制...................................133.3接口设计...................................................13第四章软件设计....................................................154.1DSP芯片TMS320F2812的特点..................................154.1.1DSP的特点............................................154.1.2CCS软件的了解........................................164.2系统软件设计...............................................174.2.1主程序设计............................................184.2.2PWM波形子程序........................................20第五章展望与总结..................................................225.1展望.......................................................225.2总结.......................................................22致谢.............................................................24参考文献...........................................................25附录............................................................26北方民族大学学位学士论文直流电机PWM调速系统的DSP实现第1页共51页第一章概述现代工业自动化技术是信息社会中的关键技术和核心技术之一。自动化技术促进了人类文明的发展。实现工业生产自动化可以提高系统性能、改善劳动条件、减轻劳动强度、大幅度提高生产率、节约能源、提高生产质量和经济效益。自动化设备可以代替人完成好多危险和不可能的工作。现代工业自动化系统已经呈现开放性、智能化、信息化与网络化的特点，它融合了自动化技术、信息技术、现代控制技术、网络技术、通信技术、先进制造技术及现代管理学等诸多学科的先进技术，需要各学科的专家及工程技术人员的通力合作，从而实现多学科专业与技术集成、形成实现现代工业自动化发展的手段和模式。1.1直流电机调速的发展传统的直流电机调速技术，而仅仅因为它的优良的调速性能就不可能退出电机调速这一行当，并且有着极其重要的地位。可是，随着新材料、新工艺和新技术的不断出现和发展，电机调速的控制系统有了日新月异的发展，而越来越多的是朝着数字化控制的方向发展，在数字信号控制中,最常用的方法就是采用脉宽调制（PWM）技术控制外设对象。调制技术的核心是产生周期不变但脉宽可变的信号。也就是说，一个PWM是一串脉冲宽度变化的序列，这些脉冲平均分布在一段定长的周期中，在每个周期中有一个脉冲。这个定长的周期被称为PWM周期，其倒数称为PWM波载频率。在电机控制系统中，通过功率器件将所需的电流和能量送到电机线圈绕组中，这些相位电流的形状、频率及能量的大小控制着电机的速度和扭矩，而PWM信号就是用来控制功率器件的开启和关断时间的。在具体应用中，常将两个功率器件（一个正向导通，一个反向导通）串联到北方民族大学学位学士论文直流电机PWM调速系统的DSP实现第2页共51页一个功率转换器的引脚上，为了避免击穿，要求这两个器件的开启时间不能相同。死区就是为了使得这两个器件的开启存在一定的实间间隔。随着科学技术的不断发展，电力电子技术和计算机的不断进步，以前老的电机调速技术再也不能满足人们的需求，进步已变得不可阻挡。所以，经过一代又一代人的努力，直流电机调速已经向着全面数字化的方向发展了，而脉宽调制技术（PWM）正是控制数字化的基础之所在。近几年来，数字信号处理器（DSP）集成的硬件资源愈加丰富，直流电机调速以DSP实现受到了广泛的关注和应用，然而对于DSP在这方面的应用实至名归，它在许多领域都得到了极大地使用，诸如电气、航天、通讯、医药卫生和电子等方面都有极广的使用。在电力系统中，直流电动机作为重要的动力设备而广泛的应用于社会生活的各个方面。实际应用中要求电机具有较高的机电能量转换效率和灵活的可调节性。电动机的调速性能对节省能量，提高产品质量，提高劳动生产率起着决定性作用，因而调速技术成为关注和研究的热点。直流电动机调速性能较好而被广泛的应用于工程控制中。其主