【正文】 ，給出了轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)波形，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能穩(wěn)定調(diào)速，結(jié)果比較理想。 PID 目 錄 5 5 改進(jìn)調(diào)速方法 6 提高系統(tǒng)性能的控制算法。有的要求電動(dòng)機(jī)起、制動(dòng)平穩(wěn),并且能準(zhǔn)確的停在給定的位置。近年來(lái),各國(guó)學(xué)者致力于無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的研究,利用監(jiān)測(cè)定子電流、電壓等易于測(cè)量的物理量進(jìn)行速度估算,以取代速度傳感器,這樣的控制方式不需要監(jiān)測(cè)硬件,也免去了傳感器帶來(lái)的環(huán)境適應(yīng)性、維護(hù)和安裝等麻煩,提高了系統(tǒng)的可靠性,降低成本,引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣。對(duì)復(fù)雜的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)控制,技術(shù)已過(guò)關(guān),尤其使用了單片機(jī)使控制更方便、可靠,更易調(diào)節(jié)參數(shù)。本課題正是由于這樣的需求而產(chǎn)生。對(duì)于要在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)而言，這種方法最好。電樞的電流變化時(shí)所遇到的時(shí)間常數(shù)要大很多，響應(yīng)速度較慢．但所需電源容量小。 改變電阻調(diào)速的缺點(diǎn)很多，目前很少采用．僅在有些卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)以及電車等低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)或調(diào)速性能要求不高的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。 根據(jù)自動(dòng)控制理論，高質(zhì)量控制系統(tǒng)必須為含負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 課題研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 在研究全數(shù)字無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上,提出了一種以DSP為控制器的無(wú)刷直流電機(jī)智能控制系統(tǒng)。(3)首先根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)詳細(xì)介紹電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái),然后介紹數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812。并且最后對(duì)軟件和硬件構(gòu)件部分進(jìn)行了調(diào)試。在VT關(guān)斷時(shí),直流電源與電機(jī)脫離,電動(dòng)機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流,兩端壓降接近于零。 ρ為占空比。VTI和VT4同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷,而VTZ和VT3同時(shí)通斷,這樣電動(dòng)機(jī)M的電樞兩端承受+Us或Us. 在第一個(gè)PWM周期內(nèi),0tton時(shí),Ug1和Ug4同時(shí)為高電平,開(kāi)關(guān)VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通,此時(shí),Ug3和Ug2同時(shí)為低電平,使開(kāi)關(guān)管VT2和VT3都處于截止?fàn)顟B(tài),這時(shí)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流從VT1經(jīng)電機(jī)流過(guò)VT4,電樞電壓為正。ρ,電機(jī)反轉(zhuǎn)。(3)低速平穩(wěn)性好,調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右。通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)，如脈沖編碼裝置，將轉(zhuǎn)速n實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為一個(gè)與之成正比的電壓反饋信號(hào)，并且通過(guò)反饋調(diào)節(jié)器組成閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)比例調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)KP很大時(shí)，要維持期望轉(zhuǎn)速n所需要的電壓UC,只需要較小的轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)ΔUn，因此實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋電壓Un更接近給定的Un*,使調(diào)速誤差變得更小。根據(jù)梅森公式化簡(jiǎn)得到這個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)： （29）動(dòng)態(tài)模型這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)三階系統(tǒng)，它的特征方程的一般表達(dá)式為 根據(jù)勞斯穩(wěn)定性判據(jù)，該系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是a00,a10,a20,a30,a1a2a0a30,對(duì)比式（29），可得解得其中，Kcr是系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。PWM變換器需要的直流電源通常由交流電網(wǎng)通過(guò)不可控的二極管整流器產(chǎn)生,采用大電容C濾波,這樣獲得恒定的直流電壓Us。由于直流電源通過(guò)二極管整流器供電,不可能回饋電能,電機(jī)制動(dòng)時(shí)只能對(duì)濾波電容充電,將使電容兩端電壓升高,即泵升電壓。[9] 圖31 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路3．2 控制電路硬件設(shè)計(jì)控制電路以DSPTMS320F2812為控制核心,以隔離驅(qū)動(dòng)單元、電源模塊、AD采樣單元為輔助電路,再配以顯示、按鍵等外圍電路。這款芯片基于C/C++高效32位TMS320C28xDSP內(nèi)核,并提供了浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù),從而在定點(diǎn)處理器上能夠方便地實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。諾伊曼模式。,它其具有功耗小,低漏失電壓等特點(diǎn), ,完全能夠滿足DSP對(duì)電源(最小3V,)的要求,而且TPS7333的/reset引腳在系統(tǒng)剛上電后或系統(tǒng)欠壓恢復(fù)后提供一個(gè)寬度為20ms的低電平,幫助微處理器可靠復(fù)位。BTS7960是一款應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的大電流半橋芯片，它自身帶有一個(gè)P溝道的MOSFET和一個(gè)N溝道的MOSFET和以及驅(qū)動(dòng)集成電路。[12]BTS7960有單極性和雙極性兩種驅(qū)動(dòng)方式。圖33 全橋驅(qū)動(dòng)示意圖在圖33中,BTS7960的芯片內(nèi)部為一個(gè)半橋。SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié)MOS管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，具有防電磁干擾的功能。然而,測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的是一個(gè)脈動(dòng)的電壓值,并且在實(shí)際的運(yùn)行中,會(huì)因周圍環(huán)境的溫度變化、換向器與電刷的接觸電阻隨負(fù)載電流的變化而變化等因素影響,造成輸出存在線性誤差。絕對(duì)式光電編碼器通常用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)角,而增量式光電編碼器通常用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速,并且可以測(cè)定電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。在本系統(tǒng)主要考慮的有兩個(gè)故障輸出信號(hào),分別是驅(qū)動(dòng)電路的過(guò)流和過(guò)熱輸出信號(hào)。而過(guò)流信號(hào)剛好與之相反),所以要對(duì)過(guò)熱信號(hào)先進(jìn)行反相,再和過(guò)流信號(hào)進(jìn)行或操作,然后通過(guò)光耦芯片接入事件管理器的引腳。圖37 JTAG接口電路 DSP 串行接口設(shè)計(jì) RS一232是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的一種串行通信接口。圖38 串行接口電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) DSP軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介一個(gè)好的軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境不僅功能強(qiáng)大、使用便捷,而且可以使開(kāi)發(fā)人員工作效率高、縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間,因此,這里選用的開(kāi)發(fā)軟件是目前最先進(jìn)、使用范圍最廣泛、功能最齊全的CCS軟件。[17]基于CCS的開(kāi)發(fā)流程如下圖41所示。而中斷服務(wù)子程序則達(dá)到實(shí)時(shí)性較高的功能,基本用來(lái)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)要采用的單閉環(huán)調(diào)速控制策略。該系統(tǒng)所有的中斷服務(wù)子程序的優(yōu)先級(jí)別設(shè)定如下:故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序的中斷優(yōu)先級(jí)最高,AD采樣的中斷服務(wù)子程序次之,然后才是轉(zhuǎn)速捕獲中斷服務(wù)子程序。[21] 1 M法測(cè)速原理：在選定時(shí)間T內(nèi),使用2812內(nèi)部事件管理模塊(事件管理器A或事件管理器B)中的捕獲單元對(duì)光電編碼器輸出的脈沖序列進(jìn)行捕捉,得到在時(shí)間T內(nèi)捕捉到的脈沖數(shù)m,再用m除以T就能得到當(dāng)前T時(shí)間內(nèi)的采樣脈沖頻率f。再通過(guò)關(guān)系式(43)就能算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值n。其測(cè)速原理為:M法和T法測(cè)速必須同一時(shí)間開(kāi)啟與停止,即當(dāng)脈沖上升沿(或下降沿)到達(dá)時(shí),兩個(gè)計(jì)數(shù)器就同時(shí)允許開(kāi)始或停止計(jì)數(shù)。T法的分辨率： Q= (46)其中，Z是光柵數(shù)，f為高頻時(shí)鐘頻率，M是計(jì)數(shù)脈沖。因此，T法測(cè)速能使測(cè)速精度得到保證,其余的兩種方法測(cè)速精度沒(méi)有T法效果好。如果捕獲單元檢測(cè)到帶有連續(xù)的兩個(gè)上升沿脈沖時(shí),系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行一次捕獲中斷,再通過(guò)M法測(cè)速原理和FIFO堆棧里的計(jì)數(shù)值,就能計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。代碼部分見(jiàn)圖44[27]43 捕獲中斷服務(wù)子程序流程圖44 捕獲中斷代碼故障中斷服務(wù)子程序是為了當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)意外不可控的情況時(shí),DSP立即對(duì)此進(jìn)行中斷處理,以便能夠及時(shí)地保護(hù)系統(tǒng)。其流程圖如圖46所示。如果精度要求不高的話，只需要比例和微分環(huán)節(jié)就能達(dá)到所需要的控制效果。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越大,則積分的作用越弱,反之則越強(qiáng)。由于本系統(tǒng)對(duì)于快速性的要求不髙,因此采用相對(duì)簡(jiǎn)單的PI調(diào)節(jié)器。這樣速度調(diào)節(jié)的輸出控制PWM的占空比從而達(dá)到調(diào)速的效果。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主框架 圖51 直流調(diào)速系統(tǒng)主要框架圖 上圖51是整個(gè)直流調(diào)速系統(tǒng)的主要框架圖，通過(guò)XDS100V2仿真器實(shí)現(xiàn)DSP的硬件仿真。具有如下特點(diǎn)：，采用高性能USB 數(shù)據(jù)線與電腦連接，、 接口，并且支持熱插拔； Instruments公司的TMS320 F280X/F281X/F280XX F2833X/C550X/C674X等芯片的在線連接仿真；，支持C語(yǔ)言和匯編； 的標(biāo)準(zhǔn)14 腳 JTAG 接口連接，仿真器使用操作簡(jiǎn)單，方便。52 本系統(tǒng)通過(guò)DSP的T1PWM_T1CMP引腳和T2PWM_T2CMP引腳輸出PWM信號(hào)并作為BTS7960的輸入。圖53 系統(tǒng)硬件平臺(tái)圖54 帶負(fù)載系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖55 PWM輸出波形將程序燒寫到DSP中的程序存儲(chǔ)器中后，供上電之后通過(guò)示波器觀察運(yùn)行結(jié)果，實(shí)驗(yàn)時(shí)電機(jī)為空載。并分別介紹了軟件開(kāi)發(fā)的平臺(tái)和硬件平臺(tái)，給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此,本文所設(shè)計(jì)的基于DSP的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng),除了對(duì)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了研究,還著重對(duì)系統(tǒng)中應(yīng)用的控制策略進(jìn)行了研究。因此,采用的解決方案是:數(shù)字信號(hào)的地和模擬信號(hào)的地不要并在一起,如果避免不了的話,需要在離電源較近的地方一點(diǎn)共地。對(duì)于本系統(tǒng)DSP芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了各中斷的終端級(jí)別,所以只需選取對(duì)應(yīng)的中斷級(jí)別的管腳即可。致 謝這篇論文從選題到完成的各個(gè)部分都離不開(kāi)我的導(dǎo)師李冰林老師的指導(dǎo)