直流電機控制系統(tǒng)設計

湖南工程學院課程設計《DSP原理及應用》題目：直流電機限制系統(tǒng)設計專業(yè)：班級：姓名：學號：指導老師：2015年5月19日摘要直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，便利，調(diào)速范圍廣，過載實力大，能承受常見的沖擊負載，可實現(xiàn)常見的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿意生產(chǎn)過程中自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。電動機調(diào)速系統(tǒng)采納微機實現(xiàn)自動限制，是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一。采納微機限制后，整個調(diào)速系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)簡潔、牢靠性高、操作維護便利，電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水平，靜動態(tài)各項指標均能較好地滿意工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求。本篇論文介紹了基于單片機的直流電機PWN調(diào)速的基本方法，直流電機調(diào)速的相關(guān)學問以及PWM調(diào)速的基本原理和實現(xiàn)方法。重點介紹了基于TMS320LF2407單片機的用軟件產(chǎn)生PWM信號以及信號占空比調(diào)整的方法。對于直流電機速度限制系統(tǒng)的實現(xiàn)供應了一種有效的途徑。

關(guān)鍵詞：單片機最小系統(tǒng)

；PWM

；直流電機調(diào)速，TMS320LF2407;前言電動機作為最主要的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，

其應用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運輸，國防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務和辦公設備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量運用著各種各樣的電動機。據(jù)資料顯示，在

全部動力資源中，百分之九十以上來自電動機。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機的。電動機與人的生活休戚相關(guān)，密不行分。電氣時代，電動機的調(diào)速限制一般采納模擬法，對電動機的簡潔限制應用比較多。簡潔限制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)限制和依次限制。然而近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機的應用更加廣泛，尤其是在智能機器人中的應用。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載實力強等特點顯得非常重要，為了能夠適應發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動機的調(diào)速限制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心—單片機，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強I/O功能等方向發(fā)展。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應用在各種領域的限制、自動化、智能化等方面，特殊是在直流電動機的調(diào)速限制系統(tǒng)中。這是因為單片機具有許多優(yōu)點：體積小，功能全，抗干擾實力強，牢靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，限制功能強，造價低等。所以選用單片機作為限制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的牢靠性和可行性.目錄一、系統(tǒng)方案設計二、硬件電路系統(tǒng)設計三、軟件系統(tǒng)設計四、結(jié)語一、系統(tǒng)方案設計1.1

系統(tǒng)方案

依據(jù)本課題的設計任務，進行分析得到：本次課程設計以TMS320LF2407單片機為核心，以3個彈跳按鈕作為輸入端，達到限制直流電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。在設計中，采納PWM技術(shù)對電機進行限制。1.2

系統(tǒng)構(gòu)成

直流電機驅(qū)動模塊輸入模塊TMS320LF2407單片機該直流電機限制系統(tǒng)的設計，在總體上大致可分為以下4個部分組成：輸入模塊，TMS320LF2407單片機，驅(qū)動模塊，直流電機。

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。直流電機驅(qū)動模塊輸入模塊TMS320LF2407單片機圖1系統(tǒng)原理圖1.3直流電動機的PWM調(diào)壓調(diào)速原理直流電動機是最早實現(xiàn)便利調(diào)速的電動機。隨著計算機進入限制領域，新型的功率電子器件的不斷出現(xiàn)，運用全控型開關(guān)功率器件進行脈寬（PWM）的限制方式已成為主流.直流電動機的限制方式發(fā)生了很大改變。直流電動機的轉(zhuǎn)速n的表達式如下：式中，U0為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻。為每極磁通量，K為電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)。直流電動機轉(zhuǎn)速限制方法可分為兩類：對勵磁磁通進行限制的勵磁限制法和對電樞電壓進行限制的電樞限制法。目前多數(shù)場合采納電樞限制法。直流電動機多采納開關(guān)驅(qū)動方式，即使功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈沖調(diào)制PWM來限制電機的電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。1.4方案選擇方案一：采納電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡智能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)起來很困難。

方案二：采納繼電器對電動機的開或關(guān)進行限制，通過開關(guān)的切換對電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡潔，缺點是繼電器的響應時間慢、機械結(jié)構(gòu)簡潔損壞、壽命較短、牢靠性不高。方案三：選用大功率的三極管作為驅(qū)動電路，具有驅(qū)動實力強，外圍電路簡潔等優(yōu)點。綜合考慮各方面因素，選擇方案三作為本次論文的電路設計。二、硬件電路系統(tǒng)設計2.1芯片介紹74HC00是4路雙輸入與非門，可用于組成與門、非門等。TMS320LF2407是TI公司主推的一種高性能、低價格DSP處理器，其處理速度達到30MIPS，片內(nèi)處理集成RAM、Flash及定時器外，還集成了A/D轉(zhuǎn)換器、PWM限制器及CAN總線限制器等模塊，特殊適合于電機、電源變換等實時要求高的限制系統(tǒng)。但是通常設計DSP程序的方法是，在DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS中用C語言設計，須要花費大量的時間用來編寫和輸入程序代碼。在Matlab中用圖形化的方式設計DSP的程序，能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間。2.2直流電機驅(qū)動電路設計直流電機限制電路原理如圖2所示。圖中PWM輸入對應2407DSP的DSP的PWM11/IOPE5，DSP將在此引腳給PWM信號用于限制直流電動機的轉(zhuǎn)速。圖中的IOPE4將在此引腳給出高電平或低電平用于限制直流電機的轉(zhuǎn)向。從DSP輸出的PWM信號先經(jīng)過兩個與門在與各個開關(guān)管的柵極相連。當電動機要求正轉(zhuǎn)時，IOPE4給出高電平信號，該信號分成3路。第一路接與門Y1的輸入，使與門Y1的輸出由PWM確定，所以開關(guān)管T1柵極受PWM限制。其次路干脆與開關(guān)T3的柵極相連，使T3導通。第三路經(jīng)非門F1連接到與門Y2的輸入端。使與門Y2輸出為0，這樣使開關(guān)管T4截止。從非門F1輸出的另一路與開關(guān)管T2的柵極相連，其低電平信號也使T2截止。此時電樞繞組承受正向電壓。同樣，當電動機要求反轉(zhuǎn)時，IOPE4給出低電平信號，經(jīng)過兩個與門和1個非門組成的邏輯電路后，使開關(guān)管T4受PWM信號限制，T2導通，T1、T3全部截止。此時電樞繞組承受反向電壓。圖2PWM調(diào)速直流電機原理圖三、軟件系統(tǒng)設計3.1流程圖：依據(jù)設計要求可以設計出以下流程圖：圖3程序流程圖3.2主體程序如下：#include“f2407_c.h”#defineT1MS0x1387voidgpt3_init(void);voidinterruptgptimer3();voidDelay(unsignedintnTime);unsignedintdatacnt.data[2]{0xfa,0x9c4};main(){asm(“setcINTM”);WDCR=0x6f;SCSR1=0x83fe;MCRC|=0x0020;MCRC&=0xfeff;CMPR6=0xfa0;COMCONB|=0xa600;COMCONB&=0xa7ff;gpt3_int();IMR=2;IFR=0xffff;WSGR&=0xfef3;PEDATDIR|=0x1000;PEDATDIR&=0xffef;asm(“CLRCINTM”);Delay(128);cnt=1;datacnt=0;for(;;){;}}viodinterruptgptimer3(void){switch(PIVR){case0x2f;{EVBIFRA=0x80;cnt++;if(cnt>10000){cnt=0;datacnt++;if(datacnt>1)datacnt=0;CMPR6=data[datacnt];}Break;}}asm(“CLRCINTM”);}voidgpt3_int(void){EVBIMRA=0x80;EVBIFRA=0xffff;GPTCONB=0x0000;T3PR=T1MS;T3CNT=0;}voidDelay(unsignedinnDelay){inti,j,k;for(i=0;i<nDelay;i++)for(j=0;j<16;j++)k++;}Vo