基于dsp的磁悬浮小灯控制系统本科学位论文.docx

1、基于dsp的磁悬浮小灯控制系统本科学位论文摘 要我们组设计的磁悬浮小灯控制系统是基于TMS320F28377s DSP芯片。本设计采用了上下两个霍尔元件作为感应器，通过DSP中的AD模块去采集这两路信号，然后经过PID控制后把输出通过DSP的DA模块将数据发送到驱动器控制线圈电流大小，以改变磁场来控制灯的位置使其保持悬浮，整个系统够成了一个闭环控制系统，抗干扰能力强，新颖且可广泛于教育领域，增加学生的学习兴趣。Abstract关键词：TMS320F28337S PID控制 闭环控制系统目 录摘要Abstract引言1第一章 磁悬浮小灯控制系统的结构 11.1 电源部分 21.2 AD转换部分

2、21.3 PID部分 31.4 DA转换部分 41.5 驱动器部分 5第二章 程序流程图6结论6致谢6参考文献7附录8引言目前在现实生活中，磁悬浮技术得到了广泛的应用,本设计采用把磁悬浮技术使得小灯并发亮保持悬浮，改变了传统的照明技术，其中也用到了PID闭环控制。非常新颖，且系统比较稳定，能够很好的应用于教育领域，增加学生的学习兴趣。对其他领域也有广泛的启发意义。第一章 磁悬浮小灯控制系统的结构 分析仪使用DSP28377S开发平台作为基础。整个系统可以分成5个部分：（1） 开关电源部分：给系统提供24V电源。（2） AD采集部分：使用TMS320X28377S内部的AD外设，对待测的的霍尔元

3、件两端进行模数转换。得到数字量表示的电压值。 （3） PID部分：在DSP中，使用AD模块采集到的外部信号，并转化为数字信号作为PID控制器的反馈信号，然后设定期望值，在DSP中经过数字PID计算后通过DA模块传送给驱动器，从而使得驱动模块能够调整电流的大小，一控制磁场的强度，是灯保持悬浮。（4） 驱动模块部分：根据DA传送过来的信号输出相应大小电流给线圈。（5） DA输出部分：使用TMS320F28377S内部的DA外设，把经过PID计算的输出量传送给外部的驱动器。磁悬浮小灯控制系统整体结构图，如图1所示。图1 磁悬浮小灯控制系统整体结构图1.1 开关电源部分设备的电源部分的目的是为了给整个

4、系统体提供24v的电源。图 2 系统的电源部分1.2 AD转换部分1.2.1 AD转换 本设计采用TMS320F28377S内部的A/D转换器来采集外部霍尔元件的信号。TMS320F28377S内部的A/D转换器的特性如下 1. 12位或16位的转换精度 2. 最高25MHz 的转换速度、 3. 16路独立通道。 由于控制系统的整体工作频率比这芯片内部25MHz的最高转换速度慢。为了得到更加精确的转换值，可以采用采集10次数据，讲采集到的数据就行快速排序，去掉采集到系统的最高和最低的值，然后将这8次数据求其平均值。把这样处理后的结果再当做一次采集的数据。1.2.2 AD转化的实现1.配置AD转

5、换的时钟信号ADCCLK，系统预分频。2.配置AD转换的采样模式，本设计才用12位通道，单端模式。3.配置AD转换的通道以及转换完成后中断标志清零。 1.3 PID控制部分1.3.1 PID控制原理 PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反

6、馈回路却可以保持系统的稳定。图 3 PID控制原理图1.3.2 PID控制的实现 在DSP中，使用AD模块采集到的外部信号，并转化为数字信号作为PID控制器的反馈信号，然后设定期望值，在DSP中经过数字PID计算后通过DA模块传送给驱动器，从而使得驱动模块能够调整电流的大小，一控制磁场的强度，是灯保持悬浮。 1.定义变量 float ek1 = 0; /偏差ek-1 float Kp = -2.2; /定义比例系数 float Ki = 0; /定义积分常数 float Kd = -0.03; /定义微分常数 float delta = 0; /定义误差 float uk = 0; /uk 2

7、.采用PD控制实现程序float PID(float ek) delta = ek-ek1; uk = Kp*ek+Kd/T*delta; ek1 = ek; return uk;1.4 DA部分1.4.1 DA转换1.4.2 DA转换实现1.5 驱动器部分 PID转换结束后，输出的数据就被存放DA_value中,传送给驱动器,图 4 驱动器图第2章 程序流程图磁悬浮小灯系统程序流程图如下：图5 C程序流程图结论本设计实现了基于TMS320F28337S的磁悬浮小灯控制系统。使用了TMS320F28377S内部的ADC、DAC资源，整个实验设计首先通过AD采集外部的信号，然后经过PID计算处理

8、后，再通过DA将数据发送到驱动器控制线圈电流大小，以改变磁场来控制灯的位置使其保持悬浮。致谢感参考文献1 Texas Instrument TMS320F2837xS Delfino MicrocontrollersM.Literature Number: SPRUHX5C，2015 2 Texas Instruments. Using PWM Output as a Digital-to-Analog Converter on a TMS320F28377 Digital Signal Controller M. Application Report: SPRAA88A，20083 Texa

9、s Instruments.附 录主程序清单： #include F28x_Project.h / Device Headerfile and Examples Include Filevoid ConfigureADC(void);void SetupADCSoftware(void);void error(void);unsigned long AD_UP10,AD_DOWN10;float offset=1;/ /?float Exp=-1.2;/ /?int AD_value;float Real; /?unsigned long AD_UP_AVE,AD_DOWN_AVE;float

10、 ek1 = 0; /?ek-1float Kp = -2.2; /?float Ki = 0; /?float Kd = -0.03; /?float T = 0.001; /?float sum = 0;float delta = 0;float uk = 0; /ukfloat abso(float ek) if ( ek = 65535) i = 65535; else if ( i = 0) i = 0; return i;void DAC_send(unsigned char Passage, unsigned int dat) unsigned char i, mode; uns

11、igned int j; switch(Passage) /0x20:?A 0x22: ?B 0x24:?C 0x26:?D .? case 0: mode = 0x20; break; case 1: mode = 0x22; break; case 2: mode = 0x24; break; case 3: mode = 0x26; break; default : break; for(i=0;i8;i+) /DA8534_DIN(mode&0x80); j = mode&0x80; if (j=0) GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 0;/ iopor

12、t_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); /data=0 else GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 1;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); /data=1 DELAY_US(2); GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 1;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); /clk=1 DELAY_US(2); mode =

13、 1; DELAY_US(2); GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 0;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); /clk=0 DELAY_US(2); for(i=0;i16;i+) /DA8534_DIN(dat&0x8000); j = dat&0x8000; if (j=0) GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 0;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); /data=0 el

14、se GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 1;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); /data=1 DELAY_US(2); GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 1;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); /clk=1 DELAY_US(2); dat = 1; DELAY_US(2); GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 0;/ ioport_s

15、et_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); /clk=0 DELAY_US(2); GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO19 = 1;/ ioport_set_pin_level(PIO_PB11_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); /cs=1void quick(unsigned long *a,int i,int j) int m,n,temp; int k; m=i; n=j; k=a(i+j)/2; do while(amk&mk&ni) n-; if(m=n) temp=am; am=an;

16、 an=temp; m+; n-; while(m=n); if(mi) quick(a,i,n);_interrupt void cpu_timer0_isr(void) unsigned long i; float ek=0; float Output; /? unsigned long DA_value; CpuTimer0.InterruptCount+; GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO12 = 1; /turn on led AD_UP_AVE=0; AD_DOWN_AVE=0; for (i=0;i10;i+) /AD sample 10 times /c

17、onvert, wait for completion, and store results /start conversions immediately via software, ADCA AdcaRegs.ADCSOCFRC1.all = 0x0003; /SOC0 and SOC1 /start conversions immediately via software, ADCB /wait for ADCA to complete, then acknowledge flag while(AdcaRegs.ADCINTFLG.bit.ADCINT1 = 0); AdcaRegs.AD

18、CINTFLGCLR.bit.ADCINT1 = 1; AD_UPi = AdcaResultRegs.ADCRESULT0; AD_DOWNi = AdcaResultRegs.ADCRESULT1; quick(AD_UP,0,9); /sort quick(AD_DOWN,0,9); AD_UP0=0; /delete maximun & minimun AD_UP9=0; AD_DOWN0=0; AD_DOWN9=0; for (i=0;i10;i+) AD_UP_AVE+=AD_UPi; AD_DOWN_AVE+=AD_DOWNi; AD_value = (int)(float)(A

19、D_DOWN_AVE)-(AD_UP_AVE)/8.0); Real = AD_value/1000.0 ; /calculate Real as suspension position of the plant ek = Exp - Real; /ek is suspension position error Output = PID(ek)+offset; DA_value = (unsigned long)(Output*65535/5.0); /convert Output to DA_value for DAC module DA_value = saturation(DA_valu

20、e); /output saturation DAC_send(0,DA_value); /using DA to send DA_value to DAC module GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO12 = 0; /turn off led / Acknowledge this interrupt to receive more interrupts from group 1 PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;/variables to store conversion resultsUint16 AdcaResult0

21、;Uint16 AdcaResult1;Uint16 sdata = 0x0000; / send dataUint16 rdata; / received datavoid main(void)/ Step 1. Initialize System Control:/ PLL, WatchDog, enable Peripheral Clocks/ This example function is found in the F2837xS_SysCtrl.c file. InitSysCtrl();/ Step 2. Initialize GPIO:/ This example functi

22、on is found in the F2837xS_Gpio.c file and/ illustrates how to set the GPIO to its default state. InitGpio();/ InitSpiaGpio();/ Step 3. Clear all interrupts and initialize PIE vector table:/ Disable CPU interrupts DINT;/ Initialize the PIE control registers to their default state./ The default state

23、 is all PIE interrupts disabled and flags/ are cleared. InitPieCtrl();/ Disable CPU interrupts and clear all CPU interrupt flags: IER = 0x0000; IFR = 0x0000;/ Initialize the PIE vector table with pointers to the shell Interrupt/ Service Routines (ISR). InitPieVectTable(); / Interrupts that are used

24、in this example are re-mapped to / ISR functions found within this file. EALLOW; / This is needed to write to EALLOW protected registers PieVectTable.TIMER0_INT = &cpu_timer0_isr; EDIS; / This is needed to disable write to EALLOW protected registers / Step 4. Initialize the Device Peripheral. This f

25、unction can be / found in F2837xS_CpuTimers.c InitCpuTimers(); / For this example, only initialize the Cpu Timers ConfigCpuTimer(&CpuTimer0, 200, 500); CpuTimer0Regs.TCR.all = 0x4000; / Use write-only instruction to set TSS bit / Step 5. User specific code, enable interrupts: / Enable TINT0 in the P

26、IE: Group 1 interrupt 7 PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1; /Configure the ADCs and power them up ConfigureADC(); /Setup the ADCs for software conversions SetupADCSoftware(); IER |= M_INT1; / Enable global Interrupts and higher priority real-time debug events: EINT; / Enable Global interrupt INTM ERT

27、M; / Enable Global realtime interrupt DBGM/ Step 6. IDLE loop. Just sit and loop forever (optional): while(1) /Write ADC configurations and power up the ADC for both ADC A and ADC Bvoid ConfigureADC(void) EALLOW; /write configurations AdcaRegs.ADCCTL2.bit.PRESCALE = 6; /set ADCCLK divider to /4 /AdcbRegs.ADCCTL2.bit.PRESCALE = 6; /set ADCCLK divider to /4 AdcSetMode(ADC_ADCA, ADC_RESOLUTION_12BIT, ADC_SIGNALMODE_SINGLE); /AdcSetMode(ADC_ADCB, ADC_RESOLUTION_12BIT, ADC_SIGNALMODE_SINGLE); /Set pulse positions to late AdcaRegs.ADC