DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究

DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究選題背景

隨著直流電動機的結構和控制方式的變化,計算機現(xiàn)已進入控制領域，伴隨新型電力電子功率元件的不段出現(xiàn)，采用全控型的開關功率元件進行脈寬調制（簡稱PWM）已經(jīng)成為主流控制方式。同時，隨著數(shù)字信號處理器（DSP）的出現(xiàn)，為直流調速提供了新的手段和方法。

與單片機相比，DSP更適于用作直流調速系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的直流調速系統(tǒng)相比，提高了系統(tǒng)的性能和可靠性。1DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究

整個系統(tǒng)包括四大模塊，即DSP微處理器模塊、主電路模塊、電流與轉速檢測模塊和外圍電路模塊。DSP直流調速系統(tǒng)的組成2DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究如圖所示為DSP直流調速系統(tǒng)結構圖：DSP直流調速系統(tǒng)的組成2DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究DSP控制雙閉環(huán)直流PWM調速硬件結構如圖DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路

在現(xiàn)在的高科技時代，交流調速系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，控制理論也已成熟,使得直流調速漸漸退出了我們的視野,但直流調速系統(tǒng)有著高精度、響應快、低速平穩(wěn)性等絕對的優(yōu)勢，是交流調速系統(tǒng)無法替代的。3系統(tǒng)的執(zhí)行元件——直流電動機DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路電樞端電壓與轉速的關系：

式中n——電樞的轉速，r/min；U——電樞端電壓；

I

——電樞電流；

R——電樞總電阻；K—電機參數(shù)；Ф—每極磁通量。3系統(tǒng)的執(zhí)行元件——直流電動機DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路在PWM直流調速系統(tǒng)中，電源電壓Ud的大小是不變的，電樞端電壓的大小取決于開關管的開通和關斷（占空比）時間的比，改變開通和關斷時間的比值就可以改變電樞端電壓的平均值，從而改變電動機的轉速。電樞端電壓計算公式3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路

PWM控制策略在大功率高壓變頻器技術中，PWM控制技術是其核心技術之一，一個良好的PWM控制策略是產(chǎn)品性能的保證，在我的設計中，我將采用雙極性可逆PWM功放。3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路

H橋電路3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路

正向電動運行時電壓、電流波形圖3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究

反向電動運行時電壓、電流波形圖

3硬件電路DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路集成驅動電路：優(yōu)點：抗干擾能力強、速度快、保護功能完善EXB841：厚膜矩形扁片狀，單列直插式結構

3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路EXB841的功能框圖：3EXB841的管腳說明：1—連接用于反向偏置電源的濾波電容2—電源（+20V）3—驅動輸出4—用于連接外部電容，以防止過流保護電路誤動作（絕大部分場合不需要電容。）5—過流保護輸出6—集電極電壓監(jiān)視9—電源（ov）14—驅動信號輸入（-）15—驅動信號輸入（+）DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路

轉速檢測模塊本系統(tǒng)采用光電編碼器作為測速反饋元件，用于測量電機的轉速，作為閉環(huán)控制的反饋量。光電編碼器是一種回轉式數(shù)字測量元件，通常裝在被檢測軸上，隨被測軸一起轉動，可將被測軸的角位移轉換為增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。它一般實時測量執(zhí)行部件的速度信號，并變換成速度控制單元所要求的信號形式，將運動部件現(xiàn)實速度反饋到速度控制單元，以實施閉環(huán)控制。3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路

電流檢測模塊在直流電機電路反饋回路中加一個霍爾電流傳感器，測出小電流信號。然后將霍耳元件輸出的小電流信號首先變換為電壓信號，再經(jīng)放大濾波后進入DSP內部的A／D通道進行反饋控制，將其作為電流反饋值，組成一個內部閉環(huán)，聯(lián)通外部閉環(huán)形成電流和轉速雙閉環(huán)。3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路電流檢測電路3DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究

DSP的外圍電路一般包括：（1）電源模塊（2）復位電路（3）時鐘模塊（4）JTAG接口電路(5)鍵盤顯示（6）LED顯示3硬件電路DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究硬件電路（5）保護電路（過壓、過電流、過溫度）（6）聲光報警電路3DSP的其它外圍電路DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究電源模塊一般的TMS320F2812應用系統(tǒng)有4組電源輸入：數(shù)字、數(shù)字、模擬和模擬，TMS320F2812芯片需要的電源供電，但是如果和+5V的外圍電路相接，也要為該器件提供+5V的電源，所以基于DSP的PWM直流調速系統(tǒng)一般為多電源系統(tǒng)，可以采用單一的+5V電源經(jīng)過DC/DC轉換得到其他數(shù)量級的電源電壓，如、等。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究復位電路當電源接通時，電源通過電阻向電容充電，待電容的電壓達到一定的數(shù)值時，DSP的復位端輸出可靠的復位信號使DSP系統(tǒng)復位。電容的充電時間的長短取決于充電參數(shù)（電阻和電容值）的大小，電阻和電容參數(shù)的選取取決于用戶的要求。當需要DSP系統(tǒng)復位時，按下按鈕，則電容通過開關放電，電容兩端的電壓迅速下降，輸出低電平信號，再一次使DSP系統(tǒng)復位。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究時鐘模塊，設計時鐘電路有兩種方法：一是利用內部的振蕩電路和一個無源晶振；二是使用外部有源晶振。使用第一種方法，電路簡單且成本較低，然而精度也較低。TMS320F2812片內振蕩器的輸出頻率只能工作在20-35Mhz間，通常選用精度較高的石英晶體；相對而言，外部有源晶振精度高，但價格也較高，有源晶振的頻率可在4-150Mhz之間選擇。在對數(shù)據(jù)處理速度要求不高的DSP應用系統(tǒng)中，第一種方法就可以滿足系統(tǒng)要求。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究JTAG接口電路實際應用的DSP系統(tǒng)運行時，調試與測試接口并不是必須的，但現(xiàn)代電力路系統(tǒng)越來越強調系統(tǒng)的可調試性，因此調試測試接口的設計也越來越受到重視。對于TMS320F2812系統(tǒng)來說，在開發(fā)時就需要設計一個JTAG接口來為芯片下載、調試和測試程序。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究鍵盤顯示使用獨立按鍵，其編程簡單，每個按鍵都占有一個GPIO引腳。使用時定義GPIO為輸入方式，由于每個GPIO引腳都接有上拉電阻，所以當沒有按鍵按下時，讀取GPIO狀態(tài)為高電平；當有按鍵按下且讀取GPIO狀態(tài)時，該按鍵對應的GPIO為低電平。通過判斷GPIO引腳電平的狀態(tài)確定按鍵是否被按下。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究LED顯示使GPIOA0引腳輸出低電平時，與GPIO引腳有的電壓差，這是LED1被點亮；使GPIOA0引腳輸出高電平時，與GPIO引腳電壓差為0，這時LED1熄滅。電阻R1到R4用于限流。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究

保護電路（過壓、過電流、過溫度）

如圖DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究聲光報警電路

在一個設計合理的電路中，報警電路是不可缺少的，在這次設計中，我使用了聲光報警電路。當系統(tǒng)正常工作時，報警系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，此時亮綠燈，當檢查有故障時，報警系統(tǒng)開始工作，此時紅燈亮，并響起蜂鳴器，以提示人們系統(tǒng)出現(xiàn)故障。DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究系統(tǒng)總電路3DSP的外圍電路圖DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究軟件設計

系統(tǒng)的控制方案中，采用DSP作為核心的控制芯片，主要實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制，軟件主要包括以下幾個部分:主程序、PWM波形產(chǎn)生程序、A/D中斷處理子程序、和PI算法程序等。CCS（CodeComposeStudio)是TI公司為推廣其DSP芯片而開發(fā)的DSP集成開發(fā)環(huán)境。它提供了環(huán)境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等工具，幫助用戶在軟件環(huán)境下完成編輯、編譯、鏈接、調試和數(shù)據(jù)分析等工作。4DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究軟件設計主程序流程圖4DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究軟件設計系統(tǒng)的校正設計

1、速度回路設計我所設計的速度回路要滿足二點：一是滿足系統(tǒng)所要求的速度范圍；二是滿足轉矩誤差對速度回路的要求，即要有足夠大的開環(huán)增益，較好的機械特性和調速特性。4DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究軟件設計轉速環(huán)結構圖和傳遞函數(shù)如下所示4DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究軟件設計2、電流回路設計電流環(huán)結構圖和傳遞函數(shù)如下所示4DSP直流調速控制系統(tǒng)配置的研究總結

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