【正文】 .............................. 14 SPWM 控制技術(shù) ....................................................................................... 15 無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單比環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ................................ 16 5 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 19 TMS320LF24X 概述 .................................................................................. 19 DSP 在運(yùn)動控制 領(lǐng)域的應(yīng)用 ......................................................... 19 TMS320LF2407A 芯片的概述 ...................................................... 19 TMS320LF2407A 電機(jī)控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié) .............................. 20 硬件電路設(shè)計(jì) ............................................................................................. 21 DSP 外圍電路設(shè)計(jì) ..................................................................................... 22 6 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 32 硬件調(diào)試程序設(shè)計(jì)思想 ............................................................................. 32 模塊功能的實(shí)現(xiàn)和流程圖 ......................................................................... 32 結(jié)論與展望 .................................................................................................................. 38 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 39 致謝 .............................................................................................................................. 40 附錄（電器原理圖） .................................................................................................. 41 I 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 系： 信 息系 專業(yè)： 自動化 班級： 自動化 61002 學(xué)生姓名： XXX 指導(dǎo)教師 /職稱： 王宇 /講師 1． 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )題目：基于 DSP 的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2． 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )起止時(shí)間： 2020 年 9 月 10日 2020 年 6 月 1 日 3． 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )所需資料及原始數(shù)據(jù) [1]劉和平等編著 .TMS320LF240XDSP 結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [2]王兆安，黃俊主編 .電力電子技術(shù) [M].第四版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版 社， [3]王曉明，王玲電動機(jī)的 DSP 控制 ─TI公司 DSP 應(yīng)用 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [4]王曉明 .電動機(jī)的單片機(jī)控制 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [5]張深主編 . 直流無刷電動機(jī)原理及應(yīng)用 [M] 北京：機(jī)械出版社， 2020 [6] 湯蘊(yùn)謬，史乃 .電機(jī)學(xué) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [7]王成元 ,夏加寬 ,楊俊友 ,孫益標(biāo) .電機(jī)現(xiàn)代技術(shù) [M].機(jī)械工業(yè)出版 ， 2020 [8]唐萬生 ,劉豹 . 現(xiàn)在控制理論 [M].第三版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , [9]汪國梁 .無刷直流電機(jī)的控制技術(shù) [R].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)， 2020， 10（ 3）： 11─14. [10]陳伯時(shí)主編 .電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].第三版 .北京：機(jī)械工業(yè)出版 . [11]楊三青，王仁明等主編 . 過程控制 [M] 武漢：華中科技大學(xué)出版社， [12]高國燊，余文杰等主編 . 自動控制原理 [M].第三版，廣州：華南理工大學(xué)出版社， [13]李哲英等編著 .DSP 基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 [14]TI ─System and Perpherals ,2020 [15]戴明楨 ,周建江 . TMS320C54X DSP 結(jié)構(gòu) ,原理及應(yīng)用 [M].北京 :北京航空航 I 天大學(xué)出版社 , [16]Bateman A Stephens . The DSP Handbook Algorithms Applications and Design Techniques,2020 [17]陳娟，許芹，基于 TMS320LF2407 的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]，機(jī)械工程師， 2020(6):4546 [18]張傳友，張一主編 .感測技術(shù)基礎(chǔ) [M].第三版 ,北京：電子工業(yè)出版社， [19]張一，李濤主編 . 感測技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：電子工業(yè)出版社， [20]曹 仁賢，茆美琴，許沐華 .六輸出高壓驅(qū)動器 IR2130 的應(yīng)用 [J].國外電子元件件， 1996(9):3032 [21] 蘇濤 .DSP 接口電路設(shè)計(jì)及編程 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2020 4． 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )應(yīng)完成的主要任務(wù) (1)查閱文獻(xiàn)，提出研究方案， 2020 年 11 月 10 日前完成開題報(bào)告。無刷直流電動機(jī)是一種自控式調(diào)速系統(tǒng)，它無需像普通同步電動機(jī)那樣需要啟動繞組；適合長期低速運(yùn)轉(zhuǎn)、頻繁啟動的場合，在負(fù)載突變時(shí)，不會產(chǎn)生振蕩和失步。小功率無刷直流電機(jī)主要應(yīng)用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計(jì)算機(jī)外設(shè)復(fù)印機(jī)和家用電器中，它正迅速取代傳統(tǒng)的直流電機(jī)和異步電機(jī)。 五、主要研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容、關(guān)鍵問題及解決思路 主要研究內(nèi)容 根據(jù)其調(diào)速原理確定系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)、控制策略及控制芯片等； 以 TI 公司 DSP— TMS320LF2407A 為控制核心，結(jié)合 IR 公司的驅(qū)動芯片 — IR21功率開關(guān)管 — IRF2807，進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)； 應(yīng)用 C 語言進(jìn)行系統(tǒng)軟件程序的編寫。 本次設(shè)計(jì)采用的是 TI 公司的電機(jī)控制專用 DSP 芯片 （ TMS320LF2407A） ，由該芯片控制的其無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、軟件實(shí)現(xiàn)方便，系統(tǒng)的功耗低、控制精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、升級空間較大，而且能夠方便地與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和傳輸 ，能夠?qū)崿F(xiàn)的控制功能豐富。隨著電力電子技術(shù)和微控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而成熟起來的永磁無刷直流電機(jī)具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點(diǎn)，從而使其極有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電機(jī)成為電機(jī)的主流。 DSP(digital signal processor)。 本設(shè)計(jì)在對永磁無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用綜述的基礎(chǔ)上，介紹了采用 DSP 芯片對無刷直流電動機(jī)進(jìn)行換向與轉(zhuǎn)速控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。特別是隨著電力電子技術(shù)和微電子學(xué)的發(fā)展，在相互競爭中完善著自身 ，發(fā)生著變更。隨著數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法。每一次的技術(shù)升級都是控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進(jìn)。另一方面 ，由于應(yīng)用了電力電子技術(shù)，電機(jī)的控制技術(shù)變得更加靈活，效率也更高，如變頻器控制的異步電機(jī)及伺服系統(tǒng)即是典型的例子 [2]。所有這些都使得模擬控制器的可重復(fù)性比較差，控制效果不理想，因此調(diào)速電機(jī)的控制器逐漸朝數(shù)字化方向發(fā)展。 使用高性能的數(shù)字信號處理器 (DSP)來解決電機(jī)控制器不斷增加的計(jì)算量和速度需求是目前較為普遍的做法。更為不同的是，DSP 器件為精簡指令器件，大多指令都能在一個(gè)周期內(nèi)完成，并且通過并行處理技術(shù)，使一個(gè)指令周期內(nèi)可完成多條指令。 其次，基于 DSP 芯片制造的電機(jī)控制器可以降低對傳感器等外圍器件的要求。系列中的 TMS320LF2407 包括一個(gè) 30MIPSDSP 核、兩個(gè)事件管理器、 32 位的中央算術(shù)邏輯單元、多達(dá) 16 通道的 IO 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 64K 的I/0 空間和一個(gè) 32K 字的閃速存儲器，它利用 TMS320 的定點(diǎn) DSP 軟件開發(fā)工具和JTAG 仿真支持， 可使電機(jī)控制領(lǐng)域的研發(fā)人員方便地調(diào)試控制器和脫機(jī)使用。但是，異步電動機(jī)有許多無法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。 由于無刷直流電動機(jī)既具有交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好的特點(diǎn)，故在當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療器械、儀表儀器、化工、輕紡以及家用電器等方面的應(yīng)用日益普及。 調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域最初用得最多的是直流電機(jī)，隨著交流調(diào)速技術(shù)特別是電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用，變頻器和交流電動機(jī)迅速滲透到原來直流調(diào)速系統(tǒng)的絕大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。電動機(jī)本 體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電機(jī)相似，但沒有籠形繞組和其他氣動裝置 [6] 。 圖 2 無刷直流電動機(jī)的原理框圖 無刷主流電動 機(jī)電子開關(guān)線路用來控制電動機(jī)定子上各相繞組通電的順序和時(shí)間，主要由功率邏輯開關(guān)單元的位置傳感器信號處理單元兩個(gè)部分組成。在無刷直流電機(jī)中，借助反映轉(zhuǎn)子位置的位 置傳感器的輸出信號，通過電子換相電路去驅(qū)動與電樞繞組聯(lián)接的相應(yīng)的功率開關(guān)元件，使電樞繞組依次饋電，從而在主定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 眾所周知，一般的永磁式直流電機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場。所以，無刷直流電機(jī)除了由定子、轉(zhuǎn)子組成電機(jī)本體外，還需要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同構(gòu)成的換向裝置，使得無刷直流電機(jī)運(yùn)行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生永久磁場，在空間始終保持在 90176。正導(dǎo)通，然后 60176。根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號，可以使該相電流導(dǎo)通部分和梯形波反電勢的平頂部分在相位上完全重合。 無刷直流電機(jī)的調(diào)速方法和調(diào)速性能 電動機(jī)的調(diào)速方法和調(diào)速性能 無刷直流電動機(jī)的動態(tài)特性方程為 : IREaUU ???? (1) IKT Ta ? (2) tna ddGDTT L ??? 375 2 (3) nKEa e ?? (4) 其中， Ke 為電勢系數(shù)， KT 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，講 (4)式代入 (1)式，可得： ae