基于dsp的直流伺服电机的控制大学毕业设计论文.docx

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基于dsp的直流伺服电机的控制大学毕业设计论文

基于DSP的直流伺服电机的控制

摘要

在现代工业生产中，为了实现过程自动化的要求，机电传动和控制系统越来越广泛的应用于各个领域和行业当中。

尤其是直流电机和伺服系统在控制系统中的应用，更是促进了现代化工业的高速发展。

直流伺服电动机以其优秀的线性机械特性、宽调速、大转距以及简单的控制电路等优点，经过长期的发展，已经成为各自动化系统中应用最多的电机。

而随着DSP的出现，以它处理能力强、内置较大的存储器、芯片功耗低及配置资源灵活等特点使直流伺服电机的控制更广泛地应用于各种驱动装置和伺服系统。

可见，机电一体化产品质量和技术水平的高低，已经是当今世界衡量一个国家实力和国际地位的重要标志。

本论文的研究内容是设计并实现一个基于DSP的直流伺服电机转速控制系统。

本设计完成的主要工作不仅要设计调速系统硬件总体结构，对系统各主要部件设计进行详细的分析，对所设计的控制方法进行仿真，而且还要求转速控制达到一般工业要求的标准，并在控制电机启动时控制其启动的电流大小，防止启动过程中的过压和过流。

关键词：

DSP；直流伺服电机；PWM；PID

DCservoelectromotorcontrollingbasedonDSP

Abstract

Produceinthemodernindustry,forcarryingouttherequestofprocessautomation,themachinefaxmovesandcontrolssystemmoreandmoreextensiveapplyineachrealmandprofession.Particularlydirectcurrentelectricalengineeringandservosystemarecontrollingtheapplicationinthesystem,itisalsopromotethehighspeeddevelopmentofmodernindustry.Thedirectcurrentservoelectricmotorisadjustedwithit’sexcellentlinemachinecharacteristic,breadthspeed’scontrolandgreatlyturntobeapartfromandsimplecontrolelectriccircuitetcadvantage,processlong-termofdevelopment,havebeenalreadybecameappliedmostelectricalengineeringineachautomation.ButwiththeDSPemergence,Becauseit’sstronglyprocessingabilityandit’sinsideplacebiggersavingmachine,chipachievementconsumelowandallocationtheresourcesvividetccharacteristicsmakethecontrolofthedirectcurrentservoelectricalengineeringmorebroadlyappliedinvariousdriveequipmentandservosystem.Itisthusclearthat,theheightofmachineelectricityproductandtheleveloftechnique,it’salreadybecometheimportantsignofmeasurenationalrealstrengthandinternationalpositionnowadays.

TheresearchcontentsofthisthesisisdesignandcarryoutanaccordingtoDSPofthedirectcurrentservoelectricalengineeringturnspeedcontrolsystem.Themainworkofthisdesignnotonlyneedstodesigntoadjustthesystemhardwaretotalstructure,carriesondetailedanalysistosystemeachmainpartsdesign,carriesonimitatingtothecontrolmethoddesignedreally,butalsocarryoutturningofelectricalengineeringcontrolattainthestandardofgenerallyindustrialrequest,andcontroltheelectriccurrentsizewhenstartingofcontrolit’sstart,preventfromleadpressandleadflowinstartprocess.

Keywords:

DSP；thedirectcurrentservoelectricalengineering；PWM；PID

插图清单

图2-1系统的整体方案图…………………………………………………………………4

图3-1硬件组成框图…………………………………………………………………………6

图3-2DSP最小控制系统……………………………………………………………………6

图3-3电路保护部分…………………………………………………………………………7

图3-4三角波发生器…………………………………………………………………………7

图3-5电压脉冲变器………………………………………………………………………10

图3-6脉冲分配器及功率放大路…………………………………………………………11

图3-7IR2133S引脚图………………………………………………………………………12

图3-8H型功率驱动电路图…………………………………………………………………13

图3-9电源转换路…………………………………………………………………………15

图3-10上电复位电路………………………………………………………………………16

图3-11外接晶体与DSP连接示意图………………………………………………………17

图3-12时钟电路图…………………………………………………………………………17

图3-13JTAG接口……………………………………………………………………………18

图3-14JATG端口插针定义………………………………………………………………18

图3-15串行通信接口………………………………………………………………………19

图3-16外扩存储器接口……………………………………………………………………20

图3-17TMS320LF2407A与D/A转换器口…………………………………………………21

图3-18过流保护电路………………………………………………………………………22

图3-19键盘输入接口电路…………………………………………………………………23

图3-20LED显示电路………………………………………………………………………23

图3-21模拟PID控制系统原理图…………………………………………………………24

图4-1系统软件总体主程序流程图………………………………………………………27

图4-2系统初始化模块流程图……………………………………………………………28

图4-3电机起停控制模块…………………………………………………………………29

图4-4中断服务程序………………………………………………………………………30

图5-1电机速度控制器……………………………………………………………………33

图5-2基于DSP的PID调节双闭环仿真结果……………………………………………38

图5-3速度阶跃响应………………………………………………………………………38

图5-4电流阶跃响应………………………………………………………………………39

图5-5理想电机双闭环运行结果…………………………………………………………39

表格清单

表3-1PWM输出与电机工作状态的关系表…………………………………………………14

表3-2简化9线接口RS-232标准…………………………………………………………19

引言

运动控制起源于早期的伺服控制，而对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种。

简单控制是指对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。

这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。

复杂控制是指对电动机的转速、转角、电压、电流等物理量进行控制，有时往往需要非常精确的控制。

其中电动机的控制部分己由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统的应用。

随着电力电子技术，微电子技术，现代控制理论的发展，直流伺服系统逐渐成为控制系统的主流。

伺服电动机亦称执行电动机，它具有服从控制信号的要求和动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动;信号来到之后，转子能立即转动，当信号消失，转子能即时自行停转。

由于这种“伺服”的性能，因此而命名。

当前，电子产品正在发生从模拟到数字的转化，数字化是当前信息领域发展的一大趋势。

在这一场数字化的革命中，DSP器件取得了飞速的发展，成为集成电路中继微处理器和微控制器之后，又一个引人注日的产品。

在70年代末和80年代初，DSP只有在大学和航天部门才能用到。

今天，DSP己经成为通信、计算机、网络、工业自动控制和家用电器等电子产品中不可缺少的基础器件。

DSP技术的迅速发展和提高，己经成为决定电子产品更新换代的决定性因素。

本系统利用TMS320LF2407A芯片实现了直流伺服控制系统的设计。

采用该DSP芯片可使本系统的硬件结构简化，控制精度提高，实时性变强。

而且本系统中电机的控制主要由脉宽调制（PWM）系统的微处理器控制，就是将微处理器引入PWM系统，使微处理器成为PWM系统的环节，同时选用适合于微处理器控制的各种现代伺服元件和接口电路，组成一个数字伺服系统。

应用软件程序，实现数字比较、数字脉宽调制以及模拟系统中控制回路所需要的各种附加功能，从而实现设计的各种需求。

总之，直流伺服技术是一个正在发展中的新技术领域，具有很好的发展前景。

第1章绪论

1.1课题背景

电机控制系统的发展从主传动机电能量转换角度来说，由机械控制系统（如齿轮箱变速），机械和电气联合控制系统（如感应电机电磁离合器调速）发展到全电气控制系统（基于电力电子电源变换器的电机控制系统）；从控制电路来说，由模拟电路，数字和模拟混合电路发展到全数字电路控制系统：

从控制策略来看，最初是低效有极控制（如直流电机电枢回路串分级电阻调速），接着是低效无级控制（如感应电机改变转差率调速），后来又改进成高效率无极控制（如交流电机变频调速），发展到现在的