【正文】 ......................................................... 25 CSS 介紹 .......................................................................................................... 25 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV CCS 簡(jiǎn)介 .................................................................................................. 25 CCS 的組成 .............................................................................................. 25 CCS 的主要功能 ...................................................................................... 26 操作過(guò)程 ......................................................................................................... 27 開(kāi)發(fā)環(huán)境 .................................................................................................. 27 調(diào)試工具 .................................................................................................. 27 CCS 的開(kāi)發(fā)流程 ...................................................................................... 27 C 語(yǔ)言為基礎(chǔ)的 DSP 控制電機(jī)程序 ............................................................. 28 程序流程圖 ..................................................................................................... 29 C 語(yǔ)言程序 ...................................................................................................... 30 本章小結(jié) ......................................................................................................... 31 結(jié)論 ............................................................................................................................ 32 致謝 ............................................................................................................................ 33 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 34 附錄 A ........................................................................................................................ 35 附錄 B ........................................................................................................................ 42 附錄 C ........................................................................................................................ 47 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 課題背景 在各種傳統(tǒng)系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)中，我們經(jīng)常會(huì)使用到各種各樣的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由此也產(chǎn)生了各種電機(jī)控制系統(tǒng)。不 難發(fā)現(xiàn)，一部分電機(jī)的控制系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)上有很多相似之處，只是在具體控制方法和策略的軟件實(shí)現(xiàn)上有所不同。如在三項(xiàng)無(wú)刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)及三相感應(yīng)電機(jī)甚至式直流電機(jī)的控制中，它們的基本功率逆變電路、母線(xiàn)電壓及電流的檢測(cè)、模數(shù)轉(zhuǎn)換等都可以利用相同的硬件電路，而在針對(duì)不同的電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)則可以在軟件中通過(guò)調(diào)用不同的模塊程序來(lái)實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，即使在同一個(gè)工程項(xiàng)目中使用的電機(jī)可能有幾個(gè)火幾種，如果單獨(dú)來(lái)設(shè)計(jì)控制器，則不僅會(huì)使工作量加大，控制系統(tǒng)也變得更復(fù)雜，可靠性也會(huì)降低?；诖耍覀冇斜匾獦?gòu)建一個(gè)電機(jī)控制級(jí)平臺(tái)，使其 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾種或幾種電機(jī)控制，也可以以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，為電機(jī)的控制系統(tǒng)及其控制策略的深入研究奠定基礎(chǔ)。 電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展 電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展從主傳動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換角度來(lái)講，有機(jī)械控制系統(tǒng)（如齒輪箱變速）、機(jī)械和電氣聯(lián)合控制系統(tǒng)（如感應(yīng)電機(jī)電磁離合器調(diào)速）發(fā)展到全電氣控制系統(tǒng)（基于電力電子電源變換器的電機(jī)控制系統(tǒng)）；從控制電路來(lái)講，有模擬電路、數(shù)字和模擬混合電路發(fā)展全數(shù)字電路控制系統(tǒng)；從控制策略角度來(lái)講。從最初的抵消有級(jí)控制發(fā)展到現(xiàn)在的高性能智能型控制系統(tǒng)。近用于電機(jī)控制系統(tǒng)的各種電源 變換器就有 AD、 DC 可控整流器、 DC、 AC 逆變橋， DC、 DC 斬波器、 AC、 AC 循環(huán)變換器和矩陣變化器等 [1]。 就電機(jī)控制的目標(biāo)來(lái)講，主要有速度控制和位置控制兩大類(lèi)。電機(jī)的速度控制系統(tǒng)也可稱(chēng)為電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、冶金、化工、紡織、礦山和交通等工業(yè)部門(mén)。電機(jī)的位置控制系統(tǒng)或位置伺服系統(tǒng)也稱(chēng)為電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制 (MotorControl)系統(tǒng)。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)電機(jī)伺服驅(qū) 動(dòng)裝置將給 定的位置指令變成期望的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，一般系統(tǒng)功率不大，但有定位精度要求，并具有頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的特點(diǎn)，在雷達(dá)、導(dǎo)航、數(shù)控 機(jī)床、機(jī)器人、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和自動(dòng)洗衣機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和稀土永磁材料的飛速發(fā)展，高性能電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)不斷地更新，成本不斷降低，新型電機(jī)不斷出現(xiàn)，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正不斷地取代直流電機(jī)控制。提高電機(jī)控制系統(tǒng)性能地研究工作主要有以下幾個(gè)方面： 1． 新型功率控制器件和 PWM 技術(shù)的應(yīng)用 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 可控型功率器件的不斷進(jìn)步為電機(jī)控制系統(tǒng)的完善提供了硬件保證，如大功率晶體管 (GTR)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、絕緣柵可換向晶體管 (IGCT)等的實(shí)用化，使得高頻、高壓、大功率 PWM 控制技術(shù)成為 可能。電機(jī)控制的基本手段是如何控制 PWM 波形使得功率控制器件輸出的電壓和電流波形能滿(mǎn)足電機(jī)高性能運(yùn)行的要求?，F(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)都是依靠電力電子器件構(gòu)成變流裝置的，即采用以強(qiáng)電為動(dòng)力、以弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，強(qiáng)弱電結(jié)合這一關(guān)鍵技術(shù)。 典型的功率控制器有直流斬波器、交直交電流型或電壓型變換器、交交循環(huán)變換器和矩陣變換器等。直流斬波器主要優(yōu)點(diǎn)是可以將直流電壓升高或降低，它廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源。交直交電流型變換器的優(yōu)點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)自然換相，并且容量可以做的很大，但是平波電抗器比較笨重，當(dāng)電源存在干擾時(shí)會(huì)造 成換相失敗。對(duì)于絕大多數(shù)中小型電機(jī)來(lái)說(shuō)，主要是采用交直交電壓型變換器。目前己經(jīng)有許多采用 MOSFET 和 IGBT 器件做成的變頻器產(chǎn)品，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)20kHz，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲驅(qū)動(dòng)。值得注意的是，國(guó)外正在加緊研制新型變頻器，如矩陣變換器，高功率因數(shù)可控補(bǔ)償變換器，中性點(diǎn)嵌位、級(jí)聯(lián)式和飛跨電容式多電平變換器，電機(jī)控制系統(tǒng)將得到新的發(fā)展。 2. 矢量變換控制技術(shù)與現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用 矢量變換控制主要研究感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程，不但控制電流和磁通等變量的幅值，同時(shí)也控制這些變量的相位。并利用現(xiàn)代線(xiàn)性系統(tǒng)控制中狀態(tài)重構(gòu)和估計(jì) 的概念，巧妙地實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩在等效兩相正交繞組狀態(tài)下的重構(gòu)和解藕控制，從而促進(jìn)了感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的實(shí)用化。矢量變換控制方法己經(jīng)從最初的感應(yīng)電機(jī)推廣到了同步電機(jī)的控制，并出現(xiàn)了基于矢量變換的各種控制技術(shù)。 3. 微機(jī)、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)的應(yīng)用 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)和數(shù)字控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高，以單片機(jī)為核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)正不斷地取代傳統(tǒng)的模擬器件控制系統(tǒng)。但是單片機(jī)只能處理信息量不大的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，而對(duì)于交流電機(jī)等較為復(fù)雜的系統(tǒng)就需要存儲(chǔ)多種數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)處理 能力，此時(shí)就可采用微處理器或DSP 芯片的嵌入式解決方案。這樣就可以將系統(tǒng)控制、故障監(jiān)視、診斷和保護(hù)、人機(jī)交互界面等功能集成一體，實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜算法的控制系統(tǒng)。 4. 新型電機(jī)和無(wú)傳感器控制技術(shù)研究 各種電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)電機(jī)本身提出了更高的要求，需要研究新型電機(jī)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)建模和控制策略。高性能的控制系統(tǒng)利用位置傳感器或速度傳感器檢測(cè)位置或速度，而這類(lèi)傳感器使系統(tǒng)體積增大，可靠性降低。為此，無(wú)傳感器的控制系統(tǒng)成為新的研究熱點(diǎn)。通常無(wú)傳感器系統(tǒng)的算法復(fù)雜，計(jì)算量大，需要采用具有高速計(jì)算能力的 DSP 芯片，因此， 研究 DSP 芯片硬件和軟件，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制復(fù)雜的算法成為無(wú)傳感器電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵 [2]。 電機(jī)控制系統(tǒng)的類(lèi)型 在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常需要使用各種各樣的驅(qū)動(dòng)電機(jī)， xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 如直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。由此產(chǎn)生的電機(jī)控制系統(tǒng)主要有以下幾種： 1．直流電機(jī)控制系統(tǒng)直流 電機(jī)由于勵(lì)磁磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)完全解藕，可以獨(dú)立控制，具備良好的調(diào)速性能，出力大，調(diào)速范圍寬和易于控制，廣泛用于拖動(dòng)系統(tǒng)中，目前在各種推進(jìn)系統(tǒng)中也仍有著廣泛的應(yīng)用。 2．感應(yīng)電機(jī)控制 系統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)定子一般為多對(duì)稱(chēng)多相繞組 ，轉(zhuǎn)子可以使繞線(xiàn)式，也可以式鼠籠式繞組。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同而有不同的控制策略。如繞線(xiàn)式感應(yīng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等，而鼠籠式感應(yīng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)電子變頻、變極調(diào)速等?，F(xiàn)代交流感電機(jī)控制系統(tǒng)主要有以下幾種 :矢量變換控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)、空間矢量調(diào)制控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等。 3．同步電機(jī) 控制系統(tǒng)永磁交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源波形分為方波和正弦波。前者稱(chēng)為直流無(wú)刷永磁電機(jī)，而后者稱(chēng)為永磁同步電機(jī)。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的特點(diǎn)是磁極位置檢測(cè)與無(wú)換向器電機(jī)一樣比較簡(jiǎn)單，通常為磁敏式霍爾傳感器，驅(qū) 動(dòng)控制易于實(shí)現(xiàn)，主要用于恒速驅(qū)動(dòng)、調(diào)速驅(qū)動(dòng)和精度要求不很高的位置伺服系統(tǒng)。而正弦波驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)，電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁材料，電子繞組于普通同步電機(jī)一樣為對(duì)稱(chēng)多相正弦分布繞組。主要用于恒速、調(diào)速驅(qū)動(dòng)以及精度要求較高的位置伺服系統(tǒng)。目前研究的重點(diǎn)主要是削弱齒諧波、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和消除位置傳感器技術(shù)。 4． 變磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)變磁阻電機(jī)主要有同步磁阻電機(jī)、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等。步進(jìn)電機(jī)是一種電磁式增量運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件，它將輸入的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移或線(xiàn)位移信號(hào)，因此步進(jìn)電機(jī)又稱(chēng)脈沖電動(dòng)機(jī)或數(shù)字電動(dòng)機(jī)， 主要用作數(shù)字控制裝置的執(zhí)行元件，電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度只與輸入脈沖數(shù)成正比，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成比例。步進(jìn)電機(jī)的控制可不用反饋控制，一般采用開(kāi)環(huán)控制，使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單并具有很高的精度?？梢愿淖兝@組的勵(lì)磁順序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)直到 20 世紀(jì) 60 年代大功率晶閘管得到廣泛應(yīng)用后才得以深入研究。它同樣具有寬范圍的調(diào)速性能，性能要優(yōu)于同類(lèi)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)階 [3]。 電機(jī) DSP 控制的一般問(wèn)題 在電機(jī)控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制電路的器件構(gòu)成可分為模擬電路、模擬數(shù)字混合電路和全數(shù)字電路。未來(lái)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)主 要以數(shù)字控制為主導(dǎo)。在電機(jī)的 DSP 控制中主要有以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： 1．控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?zhí)行元件之一，在實(shí)際工作中承擔(dān)的主要任務(wù)是拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載實(shí)現(xiàn)位置伺服、速度調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩或力的控制。從機(jī)械運(yùn)動(dòng)的角度來(lái)看，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩或力是最基本的控制量。對(duì)于一般的閉環(huán) (位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán) )電機(jī)控制系統(tǒng)，可以看成是機(jī)械運(yùn)動(dòng)正向控制，信號(hào)檢測(cè)、傳感，機(jī)電禍合關(guān)系與電氣控制這幾個(gè)部分。機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制根據(jù)外部給定的位置信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)的位置信號(hào)相比較，獲得位置誤