基于DSP电机控制方法研究设计论文Word文档下载推荐.docx

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Abstract

WiththedevelopmentofDSPtechnology,DSPapplicationscopeismoreandmorewide.Withthedevelopmentofdigitalcontrolishigherandhigher,Theabilityofdigitalhandlehasownaqualitativeleap.SolearntoapplyDSPisveryimportant.

ThispaperdiscussesthebrushlessDCservomotorindetail.Thepaperdescribesthemathematicalmodelofthestarconnection.IdesignedthegeneralplanningofdigitalcontrolthebrushlessDCservomotor,thispaperadoptsthePIDcontrolmethodtocontrolthemotorandintroducesthePIDcontrolindetail.

FirstthearticleintroducestheDSPtypessimplyandselectthehardwareplatformwhatisbasedonTMS320F2812.IdesignedtheDSPpowersupply.IdesignedthedrivecircuitandthePWMphotoelectriccouplingisolationcircuit.Ialsodesignedthesamplingcircuitandthecurrentofprotection.AtlastIdesignedtheprotectioncircuit.

IntheCCSenvironment,IeditedtheprogramandwritteninPIDcontrolalgorithm.Ialsocompletedtheinitializationofsystem,theinitializationofencodermodule,theinitializationofcapturemodule,theinitializationofSCImodule,andprogrammingofthedigitalfilter.

Keywords:

DSP;

CCS;

PWM;

brushlessDCservomotor

1绪论

1.1本课题的研究内容和意义

随着科学技术的不断进步，现代机电系统的运动状态越来越复杂，系统控制的要求也越来越高。

电动机控制越来越多的应用电动机控制技术，电动机计算机控制具有数值运算，逻辑判断及信号处理功能。

DSP有为实现某一具体特定功能设计的不可编程DSP，如FFT变换器；

还有可以通过实现编程实现不同的信号处理功能，具有通用性和灵活性的可编程DSP。

可编程DSP作为面向信号处理任务和计算型任务器件，既可以单独应用，又可以和其他的处理器或多个DSP一起，构成多处理器系统，使用灵活，适应性强。

DSP系统设计结构简单。

DSP控制电机有以下优点：

灵活性好，实时性好，存储能力强，逻辑运算能力强，精度高，稳定性好，可靠性高，具有自诊断能力，抗干扰性强，功能多。

DSP控制无刷直流伺服电动机。

随着电子技术的发展，微型处理器的发展，其运算速度及信息量的处理及可靠性和稳定性有了很大的提高，单片机以数字控制能力强为特点，但只能处理简单的系统。

DSP以运算速度快为显著特点。

如今电机控制对控制器要求有强大的I/O控制功能，又要求控制器有高效的数字信号处理能力以实现实时控制的目的。

如今DSP价格不断降低且开发工具不断的简化，易于开发者使用。

使得如今在实现控制高要求的同时，其使用成本也不断降低。

1.2国内外的发展概况

DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到了突飞猛进的发展，目前经历了三个发展阶段。

第一阶段，DSP的产生阶段（20世纪）。

DSP芯片出现之前，数字信号的处理是依靠通用微处理器（MPU）来完成。

由于通用微处理器的处理速度较低，难以满足实时高速处理的要求。

由于具有内部单周期的乘法器，使得芯片的运算速度与数据处理能力及运算精度受到了很大的限制。

TI公司的第一代DSP芯片TNS32010，它通过改进哈佛结构，允许程序存储空间与数据存储空间之间的数据相互传输，大大提高了运算速度和编程的灵活性。

第二阶段，DSP的成熟阶段（20世纪90年代），这个时期，国际上许多著名集成电路公司都相继推出了自己的产品。

如TI公司的TMS320C20，30，40系列,AT&

T公司的DSP32等。

DSP成熟阶段的DSP器件在硬件结构上相比于DSP雏形阶段更加适合对数字信号处理，新加了进行硬件乘法功能，硬件傅里叶变换功能和单指令滤波处理功能，单指令的周期是80-100ns。

如TI公司的TMS320C20，它是该公司推出的第二代DSP处理器，采用了CMOS的制造工艺，使得DSP的的运算能力和速度，以及他的储存能力都得到成倍的提高，为未来语音的处理和图像的硬件处理技术发展奠定了基础。

第三阶段，DSP完善阶段（21世纪后）。

DSP不仅信号处理能力不断的到加强和完善，而且系统开发的更加实用，容易被用户所应用、DSP程序的编辑更加的灵活，调试也越来越方便、应用DSP所需要的成本相比从前不断下降。

随着技术的发展使得各种通用外设集成到片上，从而大大的提高了数字信号处理能力。

目前，DSP芯片已经广泛应用到自动控制、图像处理、网络设备和仪器仪表等领域中，为数字信号处理打下了高效而可靠的硬件基础。

目前，我国的DSP产品主要来自于海外。

1983年TI公司的第一代产品TMS32010最先进入中国市场，以后TI公司通过提供DSP培训课程，使该公司DSP产品的市场份额不断扩大。

现在TI公司的DSP产品约占国内市场的90%。

相对于国外应用开发的情况，我国还存在着相当大的差距。

近年来，在国内一些DSP专业用户的推动下，DSP的应用在我国日渐普及。

除此之外，国内许多高校相继建立了DSP实验室，开设了相关的课程，这对DSP在我国的发展期了关键作用。

进入21世纪以后，中国新兴的数字消费类电子产品进入增长期，市场呈高增长姿态，普及率提高，从而带动了DSP吃长的高速发展。

未来的10年，全球的DSP产品将向着高性能，低功耗，加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多的渗透到各个电子产品当中的，成为各种产品尤其是通讯类电子产品技术的核心[1]。

（1）DSP的内核结构将进一步改善；

（2）DSP和微处理器的融合；

（3）DSP和高档CPU融合；

（4）DSP和FPGA的融合；

（5）DSP的并行处理；

（6）功耗越来越低。

1.3本课题应达到的要求

（1）熟悉DSP的发展历程；

（2）熟练掌握DSP的原理以及硬件结构；

（3）熟练掌握DSP根据设计要求设计相应的外围电路；

（4）掌握DSP集成开发环境CCS；

（5）能够熟练使用C语言进行编程；

（6）熟练使用CCS开发软件。

2电机的选择及其结构

每一个传动控制系统，都必须有控制电机基本元件，主要是用于完成控制信号的传递与变换。

控制电机可以做为执行元件或是测量元件。

现在市场主要有步进电机和伺服电机。

2.1步进电机

步进电机又可以叫电脉冲马达。

步进电机是将电脉冲控制信号转换成电机转子角位移的执行元件。

每当电机绕组接受一个电脉冲，转子就会转过一个相应的步距角。

它每接受一个脉冲，其转子转过一个相应的步距脚。

转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，很容易用微机实现数字控制[2]。

步进电机应满足以下基本要求:

在电脉冲的控制下，步进电机能迅速启动，正反转，制动和停车，调速范围宽，步进电机的步距角要小，步距精度要高，不丢步，不越步，工作频率高，相应速度快[2]。

步进电机的矩角特性，即控制绕组通电状态不变时，电磁转矩与转子偏转角的关系。

（2.1）

图2.1步进电机矩角特性

步进电机的最大动态转矩频率的关系成为矩频特性。

如下图所示，在一定的控制范围内，随着频率的升高，步进电机的功率和转速都相应的提高，超出范围则随频率升高转矩下降，步进电机带负载的能力逐步下降，知道带不动。

图2.2步进电机矩频特性

2.2伺服电机

伺服电机又称执行电机，在控制系统中作为执行元件，其功能是将电信号转换为轴上的角位移或角速度输出，以带动控制对象。

通过改变电压的大小和极性，就可以控制伺服电动机的转速，转向，启动和停止[2]。

伺服电机中又可分为直流伺服电机和交流伺服电机。

直流伺服电机的基本结构和工作直流他励电动机。

通常分为电磁式和永磁式两种。

图2.3直流伺服电机的机械特性

图2.4直流伺服电机的调节特性曲线

直流伺服电机具有良好的线调节特性和时间响应。

机械特性硬。

2.3选择电机

直流伺服电机的机械特性和调节性能都是线性的，机械特性硬，而交流的是非线性的。

直流伺服电机的动态响应会比交流伺服电机的快。

直流伺服电机不会产生自转，但是交流伺服电机可能会产生自转现象，故本文选择直流伺服电机。

2.4本章小结

熟悉市场上所拥有的电机，并对它们大概进行了了解，并对步进电机和交流伺服电机进行比较，然后对伺服电机进行详细介绍，并对直流和交流伺服电机进行详细的比较。

择无刷直流伺服电动机作为控制电机。

3无刷直流电机的工作原理及数学模型

3.1无刷直流电动机的结构

一种用电子换向的小功率直流电机。

又可称为无整流子直流电机、无换向器电机。

它是用功率开关管取代普通直流电动机中的机械换向器，从而构成无换向器的直流伺服电动

机。

这种无刷直流伺服电动机的结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声比较低，广泛应用于现代生产设备[1]。

无刷直流伺服电动机由于没有电刷和换向器弥补了以前机械换向器稳定性问题以及对通讯设备的干扰问题。

它主要有电动机转体，转子位置传感器和功率电子开关电路组成电器原理图如下图所示：

图3.1直流伺服电机原理图

无刷直流伺服电动机将电枢放在定子上，把转子做成永磁体，一直产生稳定的磁场，通过上述的办法可以减去机械换向器，从而提高系统的稳定性，无刷直流伺服电机的结构与普通直