【正文】 3．連接 DSP 評(píng)估板信號(hào)線：當(dāng)需要連接信號(hào)源輸出到 A/D 輸入插座時(shí)，使用信號(hào)連接線分別連接相應(yīng)插座。 1．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由 DSP 通用 I/O 管腳輸出直接控制。 2. 調(diào)頻調(diào)寬法： 這種方法是保持 t2 不變，只改變 t1，這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。已經(jīng)證明當(dāng)使用正弦波調(diào)整時(shí)，在交流電動(dòng)機(jī)（如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）和只留無刷電動(dòng)機(jī)的相電流中，對(duì)稱的 PWM 信號(hào)比非對(duì)稱的 PWM 信號(hào)引起的諧波失真更小。一個(gè)死區(qū)值將用與所有的 PWM 輸出通道。 更新 CMPRx 寄存器的值是輸出 PWM 波形的占空比發(fā)生變化。 PWM 帶你路還可以用于控制其他類型的電動(dòng)機(jī)，如直流有刷電動(dòng)機(jī)和用于控制單軸和多軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 圖 32 DSP 芯片管腳 脈寬調(diào)制 PWM 一個(gè) PWM 信號(hào)是一串寬度變化的脈沖序列。 ICETEKVC5509A評(píng)估板技術(shù)指標(biāo)： 主處理芯片： TMS320VC5509A；低功耗設(shè)計(jì)，比上一代 C54XX 期間功耗低30%左右；處理速度更快，雙核結(jié)構(gòu)，處理速度 400MIPS；軟件程序兼容 C54XX DSP；片內(nèi)存儲(chǔ)空間 128x16Bit；大容量 SDRAM 設(shè) 計(jì)： 4Mx16Bit； 2 路 10bit 片上 A/D 接口； 4 路的 DAC7616/7 轉(zhuǎn)換， 100K/S， 12Bit； UART 串行接口，符合RS232 標(biāo)準(zhǔn)； 8M bit 擴(kuò)展 FLASH，存儲(chǔ)大量固化程序和數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)有用戶可以自定義的開關(guān)和測試指示燈； 3U 標(biāo)準(zhǔn)的 DSP 擴(kuò)展總線，包括數(shù)據(jù)、地址、I\O、控制； 4 組標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展連接器，為用戶進(jìn)行二次開發(fā)提供條件；具有 兼容的邏輯掃描電路，該電路僅用于測試和仿真； +5V 電源輸入，內(nèi)部 +、 + 電源管理；高保真語音接口設(shè)計(jì)，雙路語音采集，每爐48K/S； 接口電路設(shè)計(jì)； 4 層板設(shè)計(jì)工藝，穩(wěn)定可靠；具有自啟動(dòng)功能，穩(wěn)定可靠；具有自啟動(dòng)功能設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)脫機(jī)工作。 3. 通用 DSP 仿真器一臺(tái)及相關(guān)連線。 3. 中、長距離 不僅有加減速過程，還有恒速過程。其加減速曲線都是直線，因此容易編程實(shí)現(xiàn)。如果啟動(dòng)時(shí)一次將速度升到給定速度，由于啟動(dòng)頻率超過極限啟動(dòng)頻率fq，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要發(fā)生失步現(xiàn)象，會(huì)造成不能正常啟動(dòng)。 絕對(duì)位置參數(shù)可以作為人機(jī)對(duì)話的顯示參數(shù)，或作為其他控制目的的重要參數(shù)，因此也必須要給出。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制值得是控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個(gè)位置精確地運(yùn)行到里一個(gè)位置。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單三拍工作方式，其各自通電和順序?yàn)?A— B— C— D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格地按照這一順序分別控制 ABC 相得通電和斷電。 四相八拍 步進(jìn)電機(jī)的工作原理如圖 25， 當(dāng) A 相通電時(shí)磁力線總是沿著磁阻最小的地方構(gòu)一個(gè)閉合的回路，此時(shí)定子 A 相上的齒與轉(zhuǎn)子上齒對(duì)齊，在其后的一個(gè)脈沖時(shí)，這時(shí)由于 AB 兩相同時(shí)通電，這時(shí)磁力線按照磁阻最小的地方構(gòu)成回路， 這時(shí)轉(zhuǎn)子 只轉(zhuǎn)過八分之一個(gè)齒距角，當(dāng)其后的 B 相再給脈沖時(shí)這時(shí)B 相定子上的齒正好與轉(zhuǎn)子上的齒相對(duì)，這時(shí)轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過再轉(zhuǎn)過八分之一個(gè)齒距角，依次類推。 四相步進(jìn)電機(jī)是一典型的單定子、徑向分相、反應(yīng)式斯福電機(jī)。而 0、 3 號(hào)齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 A、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角需要六拍，根據(jù)式（ 2— 1） ,六拍工作時(shí)的步距角要比單三拍和雙三拍時(shí)的步距角消一半，所以步進(jìn)精度要高一倍。 在用雙三拍方式工作時(shí)，各相通電的波形如圖 23 所示。電流的上升時(shí)間取決于回路中的時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)子每拍走一步，轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角需要三步[6]。 將 A 相斷電，同時(shí)將 KB 合上，使處于錯(cuò) 1/3 個(gè)齒距角的 B 相通電，并建立磁場。錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能旋轉(zhuǎn)的前提條件。 轉(zhuǎn) 子 是由軟磁材料制成的。轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同，所以歩距角一般較大。 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng) 負(fù)載。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。 ? 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn) ： 1． 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積 。/176。 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制 。近年來，控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，有力推動(dòng) 了 步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，提高了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制裝置的應(yīng)用水平。 DSP 芯片的出現(xiàn)為步進(jìn)電機(jī)的控制提供了軟硬件基礎(chǔ)，本文將給出步進(jìn)電機(jī)的工作原理，并通過脈沖調(diào)制對(duì)步進(jìn)電電路ICETEKVC5509電路板。 DSP 采用哈佛結(jié)構(gòu)或改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)和程序相互獨(dú)立的總線結(jié)構(gòu)提高了計(jì)算能力。比如在以前的許多工程項(xiàng)目中，我們需要控制的電機(jī)就不是一種，有直流無刷電機(jī)、直流力矩電機(jī)等。非電量信號(hào)包括位置、速度、力或轉(zhuǎn)矩、溫度等。首先要解決的問題是如何利用檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、電流和電壓信號(hào)觀測電機(jī)內(nèi)部磁場的變化。未來電機(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)。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)。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同而有不同的控制策略。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)。對(duì)于絕大多數(shù)中小型電機(jī)來說，主要是采用交直交電壓型變換器。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是通過電機(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、磁盤驅(qū)動(dòng)器和自動(dòng)洗衣機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如在三項(xiàng)無刷直流電機(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、母線電壓及電流的檢測、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調(diào)用不同的模塊程序來實(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。闡述了步進(jìn)電機(jī)的基本構(gòu)成、工作原理、控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其基本控制策略，給出了基于 DSP 的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 , 然后在前期的工作及所取得的階段性成果的基礎(chǔ)上，以 TI 公司的 DSP TMS320C55 為核心設(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng)，并編寫了系統(tǒng)軟件。尤其是將 DSP 技術(shù)運(yùn)用到電機(jī)控制之后硬件的統(tǒng)一性與軟件的靈活性可以有機(jī)結(jié)合，電機(jī)的數(shù)字化及集成化控制成了電機(jī)控制的發(fā)展方向。 Abstract .................................................................................... 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 就電機(jī)控制的目標(biāo)來講，主要有速度控制和位置控制兩大類。 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。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)。 電機(jī)控制系統(tǒng)的類型 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)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。永磁無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)是磁極位置檢測與無換向器電機(jī)一樣比較簡單，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)。開關(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。信 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 號(hào)檢測、傳感主要指轉(zhuǎn)子位置檢測，電流與 電壓檢測等?？刂葡到y(tǒng)中信號(hào)檢測是必不可少的，尤其是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，狀態(tài)信息的檢測更加重要。由 DSP 輸出脈寬波來決定功率管的導(dǎo)通時(shí)間、方式與順序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， DSP 芯片的功能將會(huì)越來越強(qiáng)。 論文的主要內(nèi)容 本論文 的主要研究內(nèi)容如下： 1．實(shí)現(xiàn)電機(jī)的 DSP 調(diào)速控制。主要包括系統(tǒng)初始化模塊；信號(hào)采集模塊；主控制程序模塊； PWM 輸出模塊等。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。 ），這個(gè)步距角可以稱之為 ‘ 電機(jī)固 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 有步距角 ’ ，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān) [6]。 。在它的作用下，電機(jī)隨頻率 (或速度 )的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降 。 6．由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價(jià)，又非?？煽?。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做的很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。 定子上有六個(gè) 磁極 ，每兩個(gè)相對(duì)的磁極丟纏有 同 一繞組，也即形成一相，這樣三對(duì)磁極有三個(gè)繞組，形成三 相。對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說，當(dāng)某一相的磁極處于最大磁導(dǎo)位置時(shí)，另外兩相必須處于非最大磁導(dǎo)位置如圖 21(a)。步進(jìn)電機(jī)就是基于這一原理轉(zhuǎn)動(dòng)的。至此，所有的狀態(tài)與最初時(shí)一樣，只不過轉(zhuǎn)子累計(jì)轉(zhuǎn)過了一個(gè)齒距。 在用單三拍方式工作時(shí) ,各相通電的波形如圖 22 所示 .其中電壓波形是方波 。在雙三拍工作方式中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋?ABBCCA；反轉(zhuǎn)的通電順序?yàn)椋?BAACCB；反轉(zhuǎn)的順序?yàn)椋?BAACCB。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正傳通電順序?yàn)椋?AABBBCCCA；反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)椋?AACCCBBBA。圖 1 是該四相反 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖 26所示。此圖中的轉(zhuǎn)子共四十八個(gè)齒。在步進(jìn)電機(jī)的 DSP 控制中，控制信號(hào)是由 DSP 產(chǎn)生的。因此，脈沖的頻率 f 決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 第二個(gè)參數(shù)是從當(dāng)前位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的距離，也可以稱為相對(duì)位置。它們對(duì)運(yùn)行的速度都有一定的要求。如圖 26是加減速運(yùn)行曲線。因?yàn)榘粗笖?shù)規(guī)律升速時(shí)，加速度是逐漸下降的，接近步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第 3章 電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 開發(fā)環(huán)境 開發(fā) TMS320C55xx 應(yīng)用系統(tǒng)一般需要以下設(shè)備和軟件調(diào)試工具： 1. 通用 PC 一臺(tái)，安裝 Windows2020 或 WindowsXP 操作系統(tǒng)及常用軟件（如 WinRAR 等）。如： for‘ C5000。 XC9500、 XC9500XV 和 XC9500XL 三種類型，內(nèi)核電壓分別為 5V、 和 。在 EVA 和 EVB 模塊中都有 6個(gè)這種 與比較單元相關(guān)的 PWM 輸出引腳。 初始化 CMPRX 寄存器。通用低昂是器 1 的周期寄存器中裝入了所需 PWMW 載波周期的值。同樣，在周期的任何時(shí)候，可以將新值寫入周期寄存器 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 T1PR 和比較方式控制寄存器 ACVTRA 中 ，以改變 PWM 周期或強(qiáng)制改變 PWM的輸出方式。這種修改 PWM 波形的特性，可以彌補(bǔ)由交流帶你動(dòng)機(jī)控制中的死去導(dǎo)致的電流誤差 [12]。從DSP 輸出的 PWM 信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào)先經(jīng)過 2 與門和 1 非門再與各個(gè)開關(guān)管的柵極相連。 操作步驟 連接設(shè)備： 1．連接電源：用三相帶能源連接線與 220V 交流供電插座連接，保證穩(wěn)固聯(lián)機(jī)。 6．設(shè)置 Code Composer Studio 在硬件仿真（ Emulator）方式下運(yùn)行： 設(shè)置 CCS 通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A 硬件環(huán)境進(jìn)行軟件調(diào)試和開發(fā)： 雙擊桌面上的圖標(biāo)，進(jìn)入 CCS 設(shè)置窗口；在出現(xiàn)的窗口中按以下順序依次進(jìn)行設(shè)置：單擊 Clear 清除原先設(shè)置，單擊 ICETEK USB Emulator for ’ C55x，單擊 Import 輸入設(shè)置；按著下面的順序進(jìn)行：鼠標(biāo)右鍵單擊 C55xx XD5510 Emator，選擇 Properties… Alt+Enter。 5509A 的通用 I/O 口 S22 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率， S14控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向。目前，在電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。在對(duì)稱 PWM 波形發(fā)生的一個(gè)周期內(nèi)通常有兩次比較匹配：一次在周期匹配前的增計(jì)數(shù)期間。 通用定時(shí)器 1 啟動(dòng)后，比較寄存器在每個(gè) PWM 周期種可重新寫入新的比較值，以調(diào)整用于控制功率器件的導(dǎo)通和管段時(shí)間 PWM 輸出的寬度（即占空比發(fā)生變化）。 圖 31 給出了 EVA 模塊下的非 對(duì)稱的 PWM 波形，途中 x=1 、 3 和 5，對(duì)于 EVB 模塊也類似。 如果使能死區(qū)，則設(shè)置和裝在 DBTCONx 寄存器。 PWM 脈沖寬度有另一個(gè)具有所需 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 值得調(diào)制信號(hào)決定或調(diào)制。目前，Xilinx 公司 XC9500 系列 CPLD 的 tPd 可以達(dá)到 4ns。如： ICETEKCTR 控制板。在恒速時(shí)，盡量工作在最高速。所以按直線加速時(shí)，有可能