直流电机DSP调速控制系统

个人资料整理仅限学习使用-0-/25编号本科生毕业设计直流电动机的DSP调速控制系统的设计ThedesignoftheDSPofdcmotorspeedcontrolsystemtb5E2RGbCAP学生姓名王雷专业电气工程及其自动化学号1034245指导教师孟庆东分院电子工程分院2018年6月个人资料整理仅限学习使用1/25摘要直流电机由于励磁磁场和电枢磁场完全解耦，可以独立控制，因此具备良好的调速性能，出力大、调速范围宽和易于控制，广泛应用于电力拖动系统中,而随着对电机控制要求的不断提高，普通的单片机越来越不能满足对电机控制的要求，DSP技术的发展正好为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持。p1EanqFDPw由于对电机转速的稳定性要求高，即要求转速不随负载等外界扰动而变化，并能始终精确地保持在所需要的数值上，因此本设计采用闭环反馈控制。这样，不仅可以把来自外界的干扰消灭在萌芽之中，而且即使电机受到了干扰，也会通过反馈系统，很快地使电机趋于稳定。同时本设计采用的调速系统是脉冲宽度PWM）调制系统，利用DSP实行控制。速度反馈元件选用霍尔传感器，霍尔传感器与电机同轴，其调速原理是首先由霍尔传感器将每一个采样周期内直流电枢的转速进行检测。输出一定周期的脉冲，送到DSP中直接与给定值进行比较，再由DSP自动调整脉宽，输出脉冲，经驱动电路放大后控制电机转速。DXDiTa9E3d关键词：光电耦合器霍尔传感器TMS320LF2407个人资料整理仅限学习使用2/25AbstractTheDCmotorarmaturemagneticfieldandtheexcitationcompletelydecoupled,itcanbeindependentlycontrolled,soithasagoodspeedperformance,contributetoalargepower,widelyspeedrange,andeasytocontrol,soitiswidelyusedinelectricdrivesystems.Withthemotorcontrolrequiredforcontinuousimprovement,commonsingleMCUcan'tmeetrequirementsofthemotorcontrolwell,DSPtechnologyjustfortheadvancedcontroltheoryandcomplexcontrolalgorithmimplementationprovidesastrongsupport.RTCrpUDGiTSincetherequireofthestabilityofmotorrotationalspeedishigh,whichmeanstherotationalspeedthatcankeepallalongaccuratelyonthevalueneededdoesnotchangewithextradisturb,thisdesignadoptsthecontrolwiththefeedbackofclosedcircuit.Soitnotonlycaneliminatedisturbcomingfromoutsideenvironmentinsprout,butalsocanmakemotortendtostabilizeveryquicklythroughfeedbacksystem,evenifmotorhasgottentodisturb.Atthesametime,weadoptpulsewidthmodulation(PWMsystemasthespeedadjustmentsystematic,useDSPtocontrolthemotor.WechooseHallEffectsensorasspeedfeedbackcomponent.HallEffectsensorandmotorarecoaxial.TheprincipleofspeedadjustmentisthatwedetecttherotationalspeedoftheDCpivotineverysamplingperiodusingHallEffectsensor.TheoutputtingpulseofcertainperiodsendsintoDSPcomparingwithset-point.ThenweadjustpulsewidthautomaticallyByDSPwhichexportspulse.Wecontrolmotorrotationalspeedbythepulsewhichhasbeenenlargingbydrivingcircuit.5PCzVD7HxAKeywords:Opto-electricCoupler，HallEffectsensor，TMS320LF2407jLBHrnAILg个人资料整理仅限学习使用1/25目录录第一章绪论………………………………………………………………2xHAQX74J0X第二章系统总体设计……………………………………………………42.1系统的组成………………………………………………………42.2DSP芯片选择……………………………………………………52.3TMS320LF2407DSP控制器介绍…………………………………6第三章直流电机的PWM控制原理………………………………………73.1直流电动机的调速公式及原理……………………………………63.2直流电机的PWM控制原理…………………………………………8第四章系统硬件电路设计……………………………………………114.1总线隔离器114.2键盘的设计124.3显示电路的设计134.4直流电机驱动电路144.5直流电机速度测量电路14第五章系统软件设计175.1键盘程序设计175.2显示程序设计175.3系统程序设计18结论20致谢21参考文献22第一章绪论近年来，随着电子技术的发展及其应用技术的进步，单片机微型机的高速发展，外围电路元件专用集成器件的不断出现，使得直流电动机控制技术有了显著进步。直流电动机的控制与调速技术的发展是与控制器件的发展紧密相连的。数字技术的飞速发展，将计算机与直流电动机的控制系统相结合，使得直流电动机应用在各个领域。LDAYtRyKfE电动机是进行电能与机械能交换的机器。在工业、农业、运输和国防上广泛应用它来拖动机械。较先进的机械和生产工艺普遍要求对电动机的转速实行自动控制，直流电动机一直以来，以其调速性能为：起动转矩大，能获得较宽的调速范围的优点。被广泛应用在要求调速指标高的各种机械上。Zzz6ZB2Ltk目前，国内的小功率直流电动机调速中采用的脉冲宽度调速技术已日益成熟，在中小型功率范围内，他已快速取代可控硅直流调速系统，使得控制装置做到与电机一体化，节省了专用的控制矩，从而使设备可靠性大大提高，并且维护简单。dvzfvkwMI1个人资料整理仅限学习使用2/25直流调速系统的优劣，直接影响成品的质量、产量、成本和劳动条件。因此，很早就为人们所重视，它的发展迅速，经历了多次重大改革。rqyn14ZNXI在本世纪20-30年代，电动机的调速系统是由接触器和继电器所组成的断续控制系统，它可以实现电机的起动、制动、正反转以及调速等。但调速精度不高、快速性差，而且多为手动，所以在要求不高的场合至今还在大量应用。到了40年代出现了有电机放大机—发电机—电动机组成的连续控制系统。它是一种具有反馈环节的闭环控制系统，是无级调速，在要求高的场合获得广泛的应用。50年代又出现了磁放大器和水银整流控制系统，但是水银整流控制器的可靠性差，维护工作量大，所以刚兴起十几年就被淘汰了。50年代末期，晶闸管自动调速系统具有效率高、体积小、寿命长、反应快、控制特性好、消耗钢铁材料少等显著特点。因而，获得了强大的生命力，迅速取代了其他调速系统。70年代以后随着数控技术的发展，还出现了高精度的数控调速系统。80年代，随着电子计算机和微处理机的推广应用，又出现了用计算机或微处理机控制并使自动调速系统的性能达到了一个新的高度。EmxvxOtOco直流调速系统在工农业生产中有着更为广泛的应用。随着计算机技术和电力电子技术的飞速发展，两者的有机结合使电力拖动控制技术产生了新的变化。电力电子技术、计算机技术和直流拖动技术的组合是技术领域的交叉，具有广泛的应用前景。有不少的研究者己经在用DSP作为控制器进行研究。直流调速控制系统的控制方法经历了机械式的、双机组式的、分立元件电路式的、集成电路式的、单片机式的发展过程。随着数字信号处理器DSP的出现，给直流调速控制提供了新的手段和方法。将计算机技术的最新发展成果运用在直流调速系统中，在经典控制的基础之上探讨一种新的控制方法，为计算机技术在电力拖动控制系统中的应用做些研究性的工作。用计算机技术实现直流调速控制系统，计算机的选型很多。经过选择，选取DSP芯片作为控制器。直流调速系统的内容十分丰富，有开环控制系统，有闭环控制系统；有单闭环控制系统，有双闭环控制系统和多闭环控制系统；有可逆调速系统，有不可逆调速系统等[13]。SixE2yXPq5伴随着电子技术的发展，以及现代控制理论的应用，自动调速系统的发展方向将是：不断采用先进的电机电器，交流装置和控制器件向微型化、集成化和电机——控制装置一体化发展。提高系统的动态和静态精度、效率、功率因素、可靠性、经济性，以及自动化程度，大力运用现代化的控制理论，实际运用电子计算机特别是微处理机）实现速度、位置等多参量的数字控制以及综合自动控制系统。6ewMyirQFL正是基于对小功率直流电动机调速系统的优越性的认识，本设计的直流电动机的控制系统，利用DSP实现对直流电动机进行脉冲宽度调速，这种调速方式正是适应了自动调速系统向微型化、集成化和电动机控制装置一体化的发展方向，具有较高的实际应用价值[1]。kavU42VRUs个人资料整理仅限学习使用3/25第二章系统总体设计2.1系统的组成由图2-1可知，该设计包含DSP控制单元、功率驱动单元、检测单元、显示单元、通信单元五个部分。DSP控制单元：对来自上位机的给定信号和来自传感器的反馈信号按一定的算法进行处理，输出相应的PWM波，经过光电隔离部分，送给功率驱动单元；y6v3ALoS89功率驱动单元：对来自DSP控制器的PWM信号进行功率放大后送给直流电动机的电枢两端，驱动电机与负载；速度检测单元：采集电机的速度信息，并送给主控制器；显示单元：将采集到的电机转速信息予以显示；个人资料整理仅限学习使用4/25通信单元：负责主控制器与上位机及外设的信息交换。图2-1系统总体框图2.2DSP芯片选择直流电机的调速控制系统一般采用电机专用微处理器，其种类主要包括复杂指令集CISC处理器如工NTEL196MX系列单片微控制器，精简指令集RISC如日立公司SH704x系列单片微控制器，哈佛结构DSP处理器如TI公司T145320F24X系列DSP。一般用于直流电机控制的徽处理器性能要满足以下几个方面：M2ub6vSTnP（1）指令执行速度；（2）片上程序存储器、数据存储器的容量及程序存储器的类型；（3）乘除法、积和运算和坐标变换、向量计算等控制计算功能；（4）中断功能和中断通道的数目；（5）用于PWM生成硬件单元和可实现的调制范围以及死区调节单元；（6）用于输入模拟信号的A/D转换器；2.3TMS320LF2407DSP控制器介绍TMS320LF2407DSP是专为数字电机控制和其它控制系统而设计的。是当前集成度最高、性能最强的运动控制芯片。不但有高性能的C2XXCPU内核，配置有高速数字信号处理的结构，且有控制电机的外设。它将数字信号处理的高速运算功能，与面向电机的强大控制功能结合在一起，成为传统的多微处理器单元和多片系统的理想替代品个人资料整理仅限学习使用5/25[12]。TMS320LF2407的片内外设模块包括：事件管理模块EV）、