【正文】 3．連接 DSP 評估板信號線：當(dāng)需要連接信號源輸出到 A/D 輸入插座時，使用信號連接線分別連接相應(yīng)插座。 1．步進電動機由 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，在交流電動機（如感應(yīng)電動機）和只留無刷電動機的相電流中，對稱的 PWM 信號比非對稱的 PWM 信號引起的諧波失真更小。一個死區(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機，如直流有刷電動機和用于控制單軸和多軸的步進電動機。 圖 32 DSP 芯片管腳 脈寬調(diào)制 PWM 一個 PWM 信號是一串寬度變化的脈沖序列。 ICETEKVC5509A評估板技術(shù)指標(biāo)： 主處理芯片： TMS320VC5509A；低功耗設(shè)計，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)存儲空間 128x16Bit；大容量 SDRAM 設(shè) 計： 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； 8M bit 擴展 FLASH，存儲大量固化程序和數(shù)據(jù)；設(shè)計有用戶可以自定義的開關(guān)和測試指示燈； 3U 標(biāo)準的 DSP 擴展總線，包括數(shù)據(jù)、地址、I\O、控制； 4 組標(biāo)準擴展連接器，為用戶進行二次開發(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，雙路語音采集，每爐48K/S； 接口電路設(shè)計； 4 層板設(shè)計工藝，穩(wěn)定可靠；具有自啟動功能，穩(wěn)定可靠；具有自啟動功能設(shè)計，可以實現(xiàn)脫機工作。 3. 通用 DSP 仿真器一臺及相關(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，因此容易編程實現(xiàn)。如果啟動時一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率fq，步進電動機要發(fā)生失步現(xiàn)象，會造成不能正常啟動。 絕對位置參數(shù)可以作為人機對話的顯示參數(shù)，或作為其他控制目的的重要參數(shù)，因此也必須要給出。步進電動機的位置控制值得是控制步進電動機帶動執(zhí)行機構(gòu)從一個位置精確地運行到里一個位置。例如，三相步進電動機的單三拍工作方式，其各自通電和順序為 A— B— C— D，通電控制脈沖必須嚴格地按照這一順序分別控制 ABC 相得通電和斷電。 四相八拍 步進電機的工作原理如圖 25， 當(dāng) A 相通電時磁力線總是沿著磁阻最小的地方構(gòu)一個閉合的回路，此時定子 A 相上的齒與轉(zhuǎn)子上齒對齊，在其后的一個脈沖時，這時由于 AB 兩相同時通電，這時磁力線按照磁阻最小的地方構(gòu)成回路， 這時轉(zhuǎn)子 只轉(zhuǎn)過八分之一個齒距角，當(dāng)其后的 B 相再給脈沖時這時B 相定子上的齒正好與轉(zhuǎn)子上的齒相對，這時轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過再轉(zhuǎn)過八分之一個齒距角，依次類推。 四相步進電機是一典型的單定子、徑向分相、反應(yīng)式斯福電機。而 0、 3 號齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和 A、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角需要六拍，根據(jù)式（ 2— 1） ,六拍工作時的步距角要比單三拍和雙三拍時的步距角消一半，所以步進精度要高一倍。 在用雙三拍方式工作時，各相通電的波形如圖 23 所示。電流的上升時間取決于回路中的時間常數(shù)。轉(zhuǎn)子每拍走一步，轉(zhuǎn)一個齒距角需要三步[6]。 將 A 相斷電，同時將 KB合上，使處于錯 1/3 個齒距角的 B 相通電，并建立磁場。錯齒的存在是步進電動機能旋轉(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 負載。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。 ? 步進電機的一些特點 ： 1． 一般步進電機的精度為步進角的 35%，且不累積 。/176。 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制 。近年來，控制技術(shù)、計算機技術(shù)及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，有力推動 了 步進 電動機控制技術(shù)的進步，提高了步進電機運動控制裝置的應(yīng)用水平。 DSP 芯片的出現(xiàn)為步進電機的控制提供了軟硬件基礎(chǔ)，本文將給出步進電機的工作原理，并通過脈沖調(diào)制對步進電電路ICETEKVC5509電路板。 DSP 采用哈佛結(jié)構(gòu)或改進的哈佛結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)和程序相互獨立的總線結(jié)構(gòu)提高了計算能力。比如在以前的許多工程項目中，我們需要控制的電機就不是一種，有直流無刷電機、直流力矩電機等。非電量信號包括位置、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轉(zhuǎn)子位置、電流和電壓信號觀測電機內(nèi)部磁場的變化。未來電機控制系統(tǒng)的發(fā)展將會主 要以數(shù)字控制為主導(dǎo)。目前研究的重點主要是削弱齒諧波、轉(zhuǎn)矩脈動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、人機交互界面等功能集成一體，實現(xiàn)高性能復(fù)雜算法的控制系統(tǒng)。對于絕大多數(shù)中小型電機來說，主要是采用交直交電壓型變換器。電機的運動控制系統(tǒng)是通過電機伺服驅(qū) 動裝置將給 定的位置指令變成期望的機構(gòu)運動，一般系統(tǒng)功率不大，但有定位精度要求，并具有頻繁啟動和制動的特點，在雷達、導(dǎo)航、數(shù)控 機床、機器人、磁盤驅(qū)動器和自動洗衣機等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。如在三項無刷直流電機、永磁同步電機及三相感應(yīng)電機甚至式直流電機的控制中，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，而在針對不同的電機進行控制時則可以在軟件中通過調(diào)用不同的模塊程序來實現(xiàn)；同時，即使在同一個工程項目中使用的電機可能有幾個火幾種，如果單獨來設(shè)計控制器，則不僅會使工作量加大，控制系統(tǒng)也變得更復(fù)雜，可靠性也會降低。闡述了步進電機的基本構(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 的電機控制系統(tǒng)設(shè)計方案 , 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)計了硬件系統(tǒng)，并編寫了系統(tǒng)軟件。尤其是將 DSP 技術(shù)運用到電機控制之后硬件的統(tǒng)一性與軟件的靈活性可以有機結(jié)合，電機的數(shù)字化及集成化控制成了電機控制的發(fā)展方向。 Abstract .................................................................................... 錯誤 !未找到引用源。 就電機控制的目標(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)電機推廣到了同步電機的控制，并出現(xiàn)了基于矢量變換的各種控制技術(shù)。 電機控制系統(tǒng)的類型 在電氣傳動系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常需要使用各種各樣的驅(qū)動電機， xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 如直流電機、感應(yīng)電機、無刷直流電機、永磁同步電機、步進電機等。永磁無刷直流電機的特點是磁極位置檢測與無換向器電機一樣比較簡單，通常為磁敏式霍爾傳感器，驅(qū) 動控制易于實現(xiàn)，主要用于恒速驅(qū)動、調(diào)速驅(qū)動和精度要求不很高的位置伺服系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機直到 20 世紀 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)通時間、方式與順序，從而實現(xiàn)對電機的控制。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展， DSP 芯片的功能將會越來越強。 論文的主要內(nèi)容 本論文 的主要研究內(nèi)容如下： 1．實現(xiàn)電機的 DSP 調(diào)速控制。主要包括系統(tǒng)初始化模塊；信號采集模塊；主控制程序模塊； PWM 輸出模塊等。 步進電機的特點 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。 ），這個步距角可以稱之為 ‘ 電機固 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 有步距角 ’ ，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān) [6]。 。在它的作用下，電機隨頻率 (或速度 )的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降 。 6．由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非?？煽俊Ｋ慕Y(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做的很小，但動態(tài)性能較差。 定子上有六個 磁極 ，每兩個相對的磁極丟纏有 同 一繞組，也即形成一相，這樣三對磁極有三個繞組，形成三 相。對三相步進電動機來說，當(dāng)某一相的磁極處于最大磁導(dǎo)位置時，另外兩相必須處于非最大磁導(dǎo)位置如圖 21(a)。步進電機就是基于這一原理轉(zhuǎn)動的。至此，所有的狀態(tài)與最初時一樣，只不過轉(zhuǎn)子累計轉(zhuǎn)過了一個齒距。 在用單三拍方式工作時 ,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，步進電動機正轉(zhuǎn)的通電順序為： ABBCCA；反轉(zhuǎn)的通電順序為： BAACCB；反轉(zhuǎn)的順序為： BAACCB。 步進電動機的正傳通電順序為： AABBBCCCA；反轉(zhuǎn)通電順序為： AACCCBBBA。圖 1 是該四相反 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 26 所示。此圖中的轉(zhuǎn)子共四十八個齒。在步進電機的 DSP 控制中，控制信號是由 DSP 產(chǎn)生的。因此，脈沖的頻率 f 決定了步進電動機的轉(zhuǎn)速。 第二個參數(shù)是從當(dāng)前位置移動到目標(biāo)位置的距離，也可以稱為相對位置。它們對運行的速度都有一定的要求。如圖 26是加減速運行曲線。因為按指數(shù)規(guī)律升速時，加速度是逐漸下降的，接近步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第 3章 電機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 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，安裝 Windows20xx 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 周期或強制改變 PWM的輸出方式。這種修改 PWM 波形的特性，可以彌補由交流帶你動機控制中的死去導(dǎo)致的電流誤差 [12]。從DSP 輸出的 PWM 信號和轉(zhuǎn)向信號先經(jīng)過 2 與門和 1 非門再與各個開關(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。 6．設(shè)置 Code Composer Studio 在硬件仿真（ Emulator）方式下運行： 設(shè)置 CCS 通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A 硬件環(huán)境進行軟件調(diào)試和開發(fā)： 雙擊桌面上的圖標(biāo)，進入 CCS 設(shè)置窗口；在出現(xiàn)的窗口中按以下順序依次進行設(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 控制電機的轉(zhuǎn)動頻率， S14 控制轉(zhuǎn)動方向。目前，在電動機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。在對稱 PWM 波形發(fā)生的一個周期內(nèi)通常有兩次比較匹配：一次在周期匹配前的增計數(shù)期間。 通用定時器 1 啟動后，比較寄存器在每個 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 對稱的 PWM 波形，途中 x=1 、 3 和 5，對于 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 脈沖寬度有另一個具有所需 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 值得調(diào)制信號決定或調(diào)制。目前，Xilinx 公司 XC9500 系列 CPLD 的 tPd 可以達到 4ns。如： ICETEKCTR 控制板。在恒速時，盡量工作在最高速。所以按直線加速時，有可