【正文】 ............................ 22 IPM 模塊的選擇及其特性 ............................................................................... 22 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 IPM_PM50B5LA060 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ................................................................... 23 IPM 的外圍驅(qū)動電路設(shè)計 ............................................................................... 23 控制電路 .................................................................................................................... 25 DSP_TMS320F2812 的電路設(shè)計 .................................................................... 25 速度檢測單元的設(shè)計 ...................................................................................... 30 電流檢測單元的設(shè)計 ...................................................................................... 32 直流電壓檢測模塊 ........................................................................................... 32 故障保護設(shè)計 .................................................................................................. 33 本章小結(jié) .................................................................................................................... 33 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ...................................................................................................................... 34 主程序結(jié)構(gòu) ................................................................................................................ 34 初始化子程序結(jié)構(gòu) ..................................................................................................... 35 中斷服務(wù)子程序框圖 ................................................................................................. 36 定時器中斷服務(wù)子程序框圖 ........................................................................... 36 故障保護中斷服務(wù)子程序框圖 ...................................................................... 38 數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的設(shè)計 .................................................................................... 39 本 章小結(jié) .................................................................................................................... 40 5 總結(jié)與展望 .......................................................................................................................... 41 全文總結(jié) ..................................................................................................................... 41 工作展望 ..................................................................................................................... 41 參考文獻 .................................................................................................................................. 42 致謝 .......................................................................................................................................... 43 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 1 1 緒論 直流 電動機 調(diào)速 系統(tǒng)的 發(fā)展現(xiàn)狀 與發(fā)展趨勢 直流 電動機 調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，幾乎無處不使用電氣傳動裝置。電氣傳動 系統(tǒng) 是 指 以電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為控制對象，按 照 生產(chǎn)機械工藝要求進行電動機轉(zhuǎn)速控制的自動化系統(tǒng)。 隨 著 對 生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量 要求 的 不斷提高以及 產(chǎn)品 產(chǎn)量的增長，越來越 多的生產(chǎn)機械實現(xiàn)了 調(diào)速 的自動化。電氣傳動系統(tǒng) 可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。 直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速 的電動機。長期以來，直流電動機一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。 它具有良好的線性調(diào)速特性， 易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速 啟 制動和 正反轉(zhuǎn)，簡單的控制性能，高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，能滿足生產(chǎn) 自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，盡管近年來不斷 受到其他電動機 (如交流變頻電機、步進電機等 )的挑戰(zhàn)，但到目前為止，其至今在金屬切削機床、造紙機等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域有著廣泛的應用，是當前調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 近年來， 直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大 的變化。隨著計算機技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展， 計算機進入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元件的不斷出現(xiàn) ， 使采用全控型的開關(guān)功率元件進行脈寬調(diào)制 (Pulse Width Modulation，簡稱 PWM)控制方式 成為絕對主流。 而且，計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)和直流拖動技術(shù)的組合是技術(shù)領(lǐng)域的交叉，具有廣 泛的應用前景。 同時，隨著數(shù)字信號處理器 DSP的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法， 有不少研究者已 經(jīng)在用 DSP作為控制器進行了研究。電機控制是 DSP應用的主要領(lǐng)域，隨著社會的發(fā)展以及對電機控制要求的提高， DSP將在電機控制領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。 直流 電動機 調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 電動機的數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù) ， 特別是微控制器技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)是以微控制器為核心的技術(shù)，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)成為當今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已取代常規(guī)的模擬檢 測、調(diào)節(jié)、顯示、記錄等儀器設(shè)備和很大部分的人工 操作 ， 可以 使受控對象的動態(tài)過程按規(guī)定 的 方河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 2 式運行，以完成各種控制、 操作管理等任務(wù)。 進入 90年代以來， 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，推動 著 數(shù)控技術(shù)更快的更新?lián)Q代。世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用 PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)構(gòu)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng) 具有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向 發(fā)展。 正是這些技術(shù)的進步使電動機控制技術(shù)在近 20年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。電動機控制策略的模擬實現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺，而采用微處理器、 FPGA／ CPLD、通用計算機、 DSP控制器等現(xiàn)代手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。應用先進控制算法，開發(fā)全數(shù)字化的智能控制運動控制系統(tǒng)將成為新一代控制系統(tǒng)設(shè)計 的 方向。 電動機的數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢可以表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)性能上高速、高精、高效化。速度、精度和效率是工業(yè)制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標。由于采用了高速 CPU芯片、 RISC芯片、多 CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善電機動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，電機的高速高精高效化已大大提高。 (2)控制實時智能化。早期的實時系統(tǒng) 通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。 (3)系統(tǒng)集成化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化。采用高度集成化 CPU、 RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路 FPGA、 CPLD以及專用集成電路 ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度；硬件模塊化易于實現(xiàn)數(shù) 控系統(tǒng)的集成化和標準化；電機聯(lián)網(wǎng)可進行遠程控制和無人化操作；利用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式結(jié)構(gòu)。 直流電動機的調(diào)速方法 直流電機 調(diào)速 方法有三種 ： (1)調(diào)節(jié)電樞電壓。改變電樞電壓 來 改變轉(zhuǎn)速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動態(tài)響應快，適用于要求大范圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)。 本文用 DSP作為主控芯片，其具有執(zhí)行速度快，浮點運算能力強，能夠完成較復雜的控制算法的特點。在系統(tǒng)硬件方面， DSP芯片內(nèi)集成了 A/D轉(zhuǎn)換、事件管理器、串口通訊等功能器件使得系統(tǒng)硬件電路設(shè)計相對簡單，系統(tǒng)可靠性大大提高，系統(tǒng)運行的監(jiān)控性 能也得到了改善，在硬件機制上可以較好地滿足任意電動機控制系統(tǒng)的要求。 河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3 (2)改變電機主磁通。只能減弱磁通，使電動機從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動態(tài)響應較慢，雖能無級平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍小。 (3)改變電樞電路電阻。在電動機電樞外串電阻進行調(diào)速，只能有級調(diào)速，平滑性差、機械特性軟、效率低。 改變電樞電路電阻的方法 的 缺點很多，目前很少采用；弱磁調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用。 因此，自動調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主，這也是 本 論文 的 設(shè)計系統(tǒng)所采用的方法。 改變電樞電壓主要有二種方式： VM系統(tǒng)、 PWM(脈寬調(diào)制變換器 ) (1)采用 晶 閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱 VM系統(tǒng) 。 通過控制電壓的改變來改變晶閘管觸發(fā)控制角，進而改變整流電壓 U的大小，達到調(diào)節(jié)直流電動機 的 轉(zhuǎn)速的目的。 (2)PWM(脈寬調(diào)制 )變換器又稱直流斬波器， 是利用功率開關(guān)器件 的 通斷實現(xiàn)控制的 ， 通過 調(diào)節(jié)通斷時 間 比例，將固定的直流電源電壓變成平均值可調(diào)的直流電壓。 課題研究意義及本文的主要研究內(nèi)容 選題意義 以往的直流調(diào)速系統(tǒng)控制器采用分立元件，其故障率高，穩(wěn)定性差，技術(shù)落后，很難滿足生產(chǎn)的需要。如今，隨著計算機技術(shù)及通信技術(shù) 的發(fā)展，數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)成為主流。尤其是 DSP控制器，它把一個 16位定點 DSP核和用于控制的外設(shè) ， 大容量的片上存儲器集成在單一芯片上，為電動機控制系統(tǒng)注入了新活力。 DSP控制器的內(nèi)部 DSP核具有用于控制的片上外設(shè)，使得它們從硬件機制上可以較好地滿足任意電動機控制系統(tǒng)的要求。此外，該類芯片采用 CM0S工藝制造，功耗極低；使用片上具有的通信接口，如串行外設(shè)接口、 CAN接口等，可以方便地實現(xiàn)該系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間的信息交互?；?DSP控制器構(gòu)成的電動機控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)單片機控制系統(tǒng)和專用芯片電動機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢， 即專用的電動機控制機制、用戶可編程、控制能力強、功能強大；同時又克服了它們各自的缺點，如外設(shè)和存儲器集成在芯片內(nèi)，可節(jié)省印制電路板面積 ， 減少系統(tǒng)中元件的個數(shù) ， 提高 CPU的處理能力 和 系統(tǒng)的可靠性等。 另外隨著電子制造技術(shù)的不斷提高， DSP 控制器芯片的成本不斷下降，到目前為止，單片 24xx系列 DSP控制器的價格與普通單片機的價格已不相上下 ,這些都使得 DSP控制系統(tǒng)的成本