【正文】 ，給出了轉速的實驗波形，設計的控制系統(tǒng)能穩(wěn)定調(diào)速，結果比較理想。 PID 目 錄 5 5 改進調(diào)速方法 6 提高系統(tǒng)性能的控制算法。有的要求電動機起、制動平穩(wěn),并且能準確的停在給定的位置。近年來,各國學者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究,利用監(jiān)測定子電流、電壓等易于測量的物理量進行速度估算,以取代速度傳感器,這樣的控制方式不需要監(jiān)測硬件,也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應性、維護和安裝等麻煩,提高了系統(tǒng)的可靠性,降低成本,引起了國內(nèi)外學者的廣泛興趣。對復雜的電氣自動化系統(tǒng)實現(xiàn)在線實時控制,技術已過關,尤其使用了單片機使控制更方便、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。對于要在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)而言，這種方法最好。電樞的電流變化時所遇到的時間常數(shù)要大很多，響應速度較慢．但所需電源容量小。 改變電阻調(diào)速的缺點很多，目前很少采用．僅在有些卷揚機、起重機以及電車等低速運轉時間不長或調(diào)速性能要求不高的傳動系統(tǒng)中采用。 根據(jù)自動控制理論，高質(zhì)量控制系統(tǒng)必須為含負反饋的閉環(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)字無刷直流電機控制系統(tǒng)基礎上,提出了一種以DSP為控制器的無刷直流電機智能控制系統(tǒng)。(3)首先根據(jù)系統(tǒng)的性能指標詳細介紹電機控制系統(tǒng)的硬件平臺,然后介紹數(shù)字信號處理器TMS320F2812。并且最后對軟件和硬件構件部分進行了調(diào)試。在VT關斷時,直流電源與電機脫離,電動機電樞經(jīng)VD續(xù)流,兩端壓降接近于零。 ρ為占空比。VTI和VT4同時導通或關斷,而VTZ和VT3同時通斷,這樣電動機M的電樞兩端承受+Us或Us. 在第一個PWM周期內(nèi),0tton時,Ug1和Ug4同時為高電平,開關VT1和VT4同時導通,此時,Ug3和Ug2同時為低電平,使開關管VT2和VT3都處于截止狀態(tài),這時直流電動機的電樞電流從VT1經(jīng)電機流過VT4,電樞電壓為正。ρ,電機反轉。(3)低速平穩(wěn)性好,調(diào)速范圍可達1:20000左右。通過一個轉速檢測環(huán)節(jié)，如脈沖編碼裝置，將轉速n實時轉化為一個與之成正比的電壓反饋信號，并且通過反饋調(diào)節(jié)器組成閉環(huán)系統(tǒng)。當比例調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)KP很大時，要維持期望轉速n所需要的電壓UC,只需要較小的轉速誤差信號ΔUn，因此實際轉速反饋電壓Un更接近給定的Un*,使調(diào)速誤差變得更小。根據(jù)梅森公式化簡得到這個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)： （29）動態(tài)模型這個系統(tǒng)是一個三階系統(tǒng)，它的特征方程的一般表達式為 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,對比式（29），可得解得其中，Kcr是系統(tǒng)穩(wěn)定的臨界開環(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。由于直流電源通過二極管整流器供電,不可能回饋電能,電機制動時只能對濾波電容充電,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 控制電路硬件設計控制電路以DSPTMS320F2812為控制核心,以隔離驅(qū)動單元、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,并提供了浮點數(shù)學函數(shù)庫,從而在定點處理器上能夠方便地實現(xiàn)浮點運算。諾伊曼模式。,它其具有功耗小,低漏失電壓等特點, ,完全能夠滿足DSP對電源(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)欠壓恢復后提供一個寬度為20ms的低電平,幫助微處理器可靠復位。BTS7960是一款應用于驅(qū)動直流電機的大電流半橋芯片，它自身帶有一個P溝道的MOSFET和一個N溝道的MOSFET和以及驅(qū)動集成電路。[12]BTS7960有單極性和雙極性兩種驅(qū)動方式。圖33 全橋驅(qū)動示意圖在圖33中,BTS7960的芯片內(nèi)部為一個半橋。SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié)MOS管導通和關斷的時間，具有防電磁干擾的功能。然而,測速發(fā)電機輸出的是一個脈動的電壓值,并且在實際的運行中,會因周圍環(huán)境的溫度變化、換向器與電刷的接觸電阻隨負載電流的變化而變化等因素影響,造成輸出存在線性誤差。絕對式光電編碼器通常用來檢測轉角,而增量式光電編碼器通常用來檢測轉速,并且可以測定電機的運動方向。在本系統(tǒng)主要考慮的有兩個故障輸出信號,分別是驅(qū)動電路的過流和過熱輸出信號。而過流信號剛好與之相反),所以要對過熱信號先進行反相,再和過流信號進行或操作,然后通過光耦芯片接入事件管理器的引腳。圖37 JTAG接口電路 DSP 串行接口設計 RS一232是現(xiàn)在應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)軟件設計 DSP軟件開發(fā)環(huán)境簡介一個好的軟件系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境不僅功能強大、使用便捷,而且可以使開發(fā)人員工作效率高、縮短系統(tǒng)的開發(fā)時間,因此,這里選用的開發(fā)軟件是目前最先進、使用范圍最廣泛、功能最齊全的CCS軟件。[17]基于CCS的開發(fā)流程如下圖41所示。而中斷服務子程序則達到實時性較高的功能,基本用來實現(xiàn)本系統(tǒng)要采用的單閉環(huán)調(diào)速控制策略。該系統(tǒng)所有的中斷服務子程序的優(yōu)先級別設定如下:故障保護中斷服務子程序的中斷優(yōu)先級最高,AD采樣的中斷服務子程序次之,然后才是轉速捕獲中斷服務子程序。[21] 1 M法測速原理：在選定時間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)中的捕獲單元對光電編碼器輸出的脈沖序列進行捕捉,得到在時間T內(nèi)捕捉到的脈沖數(shù)m,再用m除以T就能得到當前T時間內(nèi)的采樣脈沖頻率f。再通過關系式(43)就能算出當前的轉速值n。其測速原理為:M法和T法測速必須同一時間開啟與停止,即當脈沖上升沿(或下降沿)到達時,兩個計數(shù)器就同時允許開始或停止計數(shù)。T法的分辨率： Q= (46)其中，Z是光柵數(shù)，f為高頻時鐘頻率，M是計數(shù)脈沖。因此，T法測速能使測速精度得到保證,其余的兩種方法測速精度沒有T法效果好。如果捕獲單元檢測到帶有連續(xù)的兩個上升沿脈沖時,系統(tǒng)就會進行一次捕獲中斷,再通過M法測速原理和FIFO堆棧里的計數(shù)值,就能計算出相應的轉速。代碼部分見圖44[27]43 捕獲中斷服務子程序流程圖44 捕獲中斷代碼故障中斷服務子程序是為了當控制系統(tǒng)出現(xiàn)意外不可控的情況時,DSP立即對此進行中斷處理,以便能夠及時地保護系統(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)就能達到所需要的控制效果。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti,Ti越大,則積分的作用越弱,反之則越強。由于本系統(tǒng)對于快速性的要求不髙,因此采用相對簡單的PI調(diào)節(jié)器。這樣速度調(diào)節(jié)的輸出控制PWM的占空比從而達到調(diào)速的效果。 系統(tǒng)開發(fā)主框架 圖51 直流調(diào)速系統(tǒng)主要框架圖 上圖51是整個直流調(diào)速系統(tǒng)的主要框架圖，通過XDS100V2仿真器實現(xiàn)DSP的硬件仿真。具有如下特點：，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語言和匯編； 的標準14 腳 JTAG 接口連接，仿真器使用操作簡單，方便。52 本系統(tǒng)通過DSP的T1PWM_T1CMP引腳和T2PWM_T2CMP引腳輸出PWM信號并作為BTS7960的輸入。圖53 系統(tǒng)硬件平臺圖54 帶負載系統(tǒng)整體結構圖55 PWM輸出波形將程序燒寫到DSP中的程序存儲器中后，供上電之后通過示波器觀察運行結果，實驗時電機為空載。并分別介紹了軟件開發(fā)的平臺和硬件平臺，給出了實驗結果。因此,本文所設計的基于DSP的直流電機調(diào)速控制系統(tǒng),除了對系統(tǒng)的軟硬件結構方面進行了研究,還著重對系統(tǒng)中應用的控制策略進行了研究。因此,采用的解決方案是:數(shù)字信號的地和模擬信號的地不要并在一起,如果避免不了的話,需要在離電源較近的地方一點共地。對于本系統(tǒng)DSP芯片內(nèi)部已經(jīng)設置了各中斷的終端級別,所以只需選取對應的中斷級別的管腳即可。致 謝這篇論文從選題到完成的各個部分都離不開我的導師李冰林老師的指導