【正文】 速，屬恒功率調(diào)速方法。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓凋速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。因此，現(xiàn)實中直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。 20世紀(jì)60年代以前廣泛使用的是旋轉(zhuǎn)變流機組，由交流電動機拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動機M供電，調(diào)節(jié)G的勵磁電流i，即可改變輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速刀。靜止式變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)最開始時采用的是閘流管或汞弧整流器的離子拖動系統(tǒng)。與旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也有較大優(yōu)勢。80年代，以晶閘管為功率開關(guān)器件的斬波調(diào)壓調(diào)速器以其無級、高效、節(jié)能而得到大力推廣。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有自關(guān)斷能力并可在高速下工作的功率器件(IGBT等功率器件)作為開關(guān)元件的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)成為更為先進(jìn)的直流調(diào)速方案，使直流電動機系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。隨著各種新型控制器件的發(fā)展，直流電動機晶閘管調(diào)速系統(tǒng)除向大功率(單機容量已達(dá)數(shù)千瓦)發(fā)展以外，正在實現(xiàn)控制單元標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、小型化、積木式組合化。我國關(guān)于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有:綜合性最優(yōu)控制、補償PID控制、PID算法優(yōu)化，很少將模糊控制等智能技術(shù)應(yīng)用于其中。此外還可以對各種工藝參數(shù)進(jìn)行檢測、顯示、越限報警和打印報表等，通過總線控制還可以用一臺計算機控制多臺調(diào)速裝置，這些技術(shù)特點為直流調(diào)速控制器裝置迅速由模擬向數(shù)字化轉(zhuǎn)化。DSP技術(shù)的應(yīng)用使電氣傳動控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化，極大地推動了電氣傳動的發(fā)展。TMS320LF2407A自身帶有高精度A/D轉(zhuǎn)換器以及PWM脈寬調(diào)制電路，還嵌入了許多外圍設(shè)備，這些都使其非常適合于直流PWM調(diào)速控制，從而能夠成功解決以往同類產(chǎn)品實現(xiàn)調(diào)速控制時軟件開銷大，實時性不強的問題。以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，不僅克服了上述連續(xù)控制的弱點，而且可以實現(xiàn)原連續(xù)控制不可想象的高復(fù)雜程度、高精度的控制，為運動控制注入了新的活力，并將其推向更高的發(fā)展階段。在電動機的DSP控制系統(tǒng)中，通常存在模擬信號和數(shù)字信號，既有連續(xù)信號，又有離散信號。DSP將這種控制硬件集成在一個芯片之中，芯片的功能也會隨著集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步而變得越來越強大。(3)DSP的應(yīng)用使得系統(tǒng)運行的可靠性增強，主要是由于DSP芯片設(shè)計保證了元器件在額定工作狀態(tài)下平均無故障時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過分立元器件構(gòu)成的模擬電路。軟件則須根據(jù)具體的被控量的控制規(guī)律進(jìn)行具體編程，并且在不同的工作情況下，可以調(diào)試選擇更適合的參數(shù)、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制策略等，從而系統(tǒng)具有很強的靈活性。 基于DSP技術(shù)的數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng) DSP技術(shù)應(yīng)用于直流電動機調(diào)速系統(tǒng)是近十年的事情。從已經(jīng)有的成功經(jīng)驗來看，采用DSP技術(shù)構(gòu)建直流有刷電動機三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是可行的。設(shè)計中在主控電路方面保留了相應(yīng)的隔離驅(qū)動電路部分，速度、電流和電壓檢測仍采用模擬電路。當(dāng)用戶給定速度信號發(fā)生變化時，電壓、電流和速度負(fù)反饋預(yù)處理電路中的反饋信號也將發(fā)生實時變化，并經(jīng)過DSP構(gòu)成的高速數(shù)字調(diào)節(jié)器進(jìn)行運算處理后重新生成相應(yīng)脈沖寬度的四路PWM信號，通過調(diào)節(jié)PWM脈沖寬度便可輕松達(dá)到調(diào)壓調(diào)速的目的，從而實現(xiàn)對直流電動機轉(zhuǎn)速的實時控制，完成對數(shù)字式直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。其主要特點如下：（1）由于采用了高性能的靜態(tài)CMOS制造技術(shù)，因此給DSP具有低功耗和高速度的特點。（2）由于采用了TMS320C2xx DSP CPU內(nèi)核，因此保證了與TMS320C24x系列DSP的代碼兼容性。（4）提供外擴展64K字程序存儲器、64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器、64字I/O的能力。（8）32位累加器和32位中央算術(shù)邏輯單元（CALU）；16位16位并行乘法器，可實現(xiàn)單指令周期的乘法運算；5個外部中斷。TMS329LF2407A DSP的結(jié)構(gòu)才用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)支持分離的程序和數(shù)據(jù)總線。它包括了累器、狀態(tài)寄存器S0和S中央算術(shù)邏輯單元CALU、輔助寄存器、乘法器、移位器臨時寄存器T和乘積寄存器P。每個通用定時器包括：一個可讀寫的16位定時器增/減計數(shù)器TxCNT；一個可讀寫的16位定時器比較寄存器TxCMPR；一個可讀寫的16位定時器周期寄存器TxPR；一個可讀寫16位的定時器控制寄存器TxCR；可選擇的內(nèi)部或外部時鐘；4可屏蔽中斷——下溢、上溢、定時器比較和周期中斷。通過配置GPTCONA/B寄存器中的相應(yīng)位來規(guī)定高有效、低有效、強制高、強制低，這樣就可以控制波形發(fā)生器的輸出，以生成不同類型功率設(shè)備所需的PWM波形，每個通用定時器都提供一個獨立的PWM輸出通道。比較單元的操作功能與定時器比較積存器的操作功能相似。TMS320LF2407A DSP提供了與這種編碼器的接口電路。編碼器接口電路利用輸入編碼脈沖的4個邊沿加工成4倍頻的計數(shù)脈沖信號和計數(shù)方向信號。捕捉單元可用于測量捕捉引腳上輸入信號的兩個相鄰跳變間的時間間隔，因此可以測量輸入信號的頻率或周期。頂層堆棧保存舊的計數(shù)值。這兩個寄存器的內(nèi)容可以被保存到數(shù)據(jù)存儲器或從數(shù)據(jù)存儲器讀出加載到ST0和ST1，從而在子程序調(diào)用或進(jìn)入中斷時實現(xiàn)CPU各種狀態(tài)的保存。（3） 設(shè)置CPU中斷寄存器CPU中斷寄存器包括：中斷標(biāo)志寄存器(IFR)和中斷屏蔽寄存器（IMR）。IMR中包含所有中斷級（INT1INT6）的屏蔽位。（6） 向程序中用戶自定義的變量寫入初值，通過系統(tǒng)初始化為其中相應(yīng)變量賦初值。其次是使能死區(qū)控制寄存器(DBTCONA)并裝載DBTCONA寄存器。設(shè)置最大轉(zhuǎn)換通道寄存器的值為3即可轉(zhuǎn)換3路A/D信號。這些子程序如圖31所示，主要包括信號的A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)器的運算，PWM波形輸出等。另外，為了兼顧系統(tǒng)的可行性的同時保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，在設(shè)計中對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)邏輯右移4位，保留12位有效值并及時送入用戶自定義的變量中等待進(jìn)一步的處理。這里時基T1的頻率為主頻時鐘除以分頻系數(shù)，即f0=40 MHz／32。沒有一種控制算法比PID調(diào)節(jié)規(guī)律更有效、更方便的了。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。2．積分環(huán)節(jié) 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 算法的選擇方案數(shù)字PI調(diào)節(jié)器可以分為位置式PI控制算法和增量式PI控制算法。根據(jù)式（）可得 （）由式（），式（）可得 （）即 （）增量式PI算法與位置式PI算法并沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是增量式PI算法控制的是執(zhí)行機構(gòu)的增量，這種算法的優(yōu)點在于：由于輸出的是增量，因此計算錯誤時的產(chǎn)生的影響較小，這種算法的缺點在于：每次計算再與前次的計算結(jié)果相加得到本次的控制輸出，即 （）這就使得的截斷誤差被逐次的累加起來，輸出的誤差加大。第二，當(dāng)為負(fù)值，若，輸出沒有達(dá)到規(guī)定值，停止積分，輸出超過了規(guī)定值，進(jìn)行積分。 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法 PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。本文中采用后一種方法來設(shè)計數(shù)字PWM調(diào)速系統(tǒng)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速環(huán)。飽和：輸出達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)；不飽和：輸出未達(dá)到限幅值當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。實質(zhì)上，QK格式是將一個放大了2K倍，然后舍去了剩余小數(shù)，形成一個全是整數(shù)的替代數(shù)。因此，在最初設(shè)計時，一般原則是先估計一個數(shù)的變化范圍，然后再去設(shè)計這個數(shù)的精度表示，如果精度不夠，可以用擴大數(shù)的方法來彌補，最終給出一個滿意的Q格式數(shù)據(jù)。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方法：調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，大體上又可分為可控整流式調(diào)速系統(tǒng)和直流PWM調(diào)速系統(tǒng)兩種。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字電路已被大規(guī)模集成電路所取代，這就使得數(shù)字調(diào)制技術(shù)成為可能。下面主要介紹直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)的算法實現(xiàn)?！　≌{(diào)寬調(diào)頻法：這種方法是保持不變，只改變，使周期發(fā)生改變。圖39 脈沖寬度與占空比的關(guān)系 基于DSP的PWM生成模塊圖310 PMW波形經(jīng)過CMPR寄存器與T1PR寄存器里值的比較，最后輸出四路PWM波形。TMS320LF2407A作為高性能的新一代16位DSP芯片，比較同類和同系列產(chǎn)品，其功能有了很大的提高。 致謝大學(xué)生活即將結(jié)束，為期一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲。感謝其他任課老師們，他們不但在大學(xué)四年中指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)和生活，而且在完成論文期間給我許多幫助和建議，他們兢兢業(yè)業(yè)、對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度為我做出了好的表率，時刻鞭策著我向