【正文】 編譯環(huán)境 世界上第一個(gè)單片 DSP芯片是 1978年 AMI公司推出的 S2811， 1979年美國(guó) Intel公司推出的商用可編程器件 2920是 DSP芯片走向市場(chǎng)的真正開(kāi)始。 （ 4） 由于有源晶振在系統(tǒng)中波動(dòng)頻率最高的器件，所以它也是功率變換器中最大的干擾源之一，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中有源晶振選擇在接近主控制芯片的附近來(lái)布局，達(dá)到縮短線(xiàn)路長(zhǎng)度的目的。所有的功能，包含顯示 RAM，字型產(chǎn)生器，都包含在一個(gè)芯片里面，只要一個(gè)最小的微處理系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。 鹽城工學(xué)院新校區(qū)基于 DSP 的直流電機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn) 24 R 1133R 1220KRS3V C CC1C A P A C I T O RS1復(fù)位 圖 34 復(fù)位電路 PWM 隔離放大調(diào)理電路 如圖 35 所示， DSP 輸出的 PWM 信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后，進(jìn)行放大和調(diào)理后作用在 MOSFET 開(kāi)關(guān)管，在沒(méi)有 DSP 信號(hào)時(shí)光耦將電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與 DSP 的 PWM 信號(hào)隔離，當(dāng) DSP 輸出 PWM 信號(hào)時(shí)，光耦導(dǎo)通。典型負(fù)載調(diào)整率 %。 電源電路 LM117 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 (3)指令集 ① 單周期乘加指令。其中 TMS320C6000系列中也有部分為定點(diǎn) DSP。由于 PWM1 和 PWM4 的控制規(guī)律一樣， PWM2 和 PWM3 的控制規(guī)律一樣，所以比較方式控制寄存器 ACTRA 的設(shè)置應(yīng)為 0096H。但在工作的過(guò)程中，由于 4 個(gè)開(kāi)關(guān)管又處在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率損耗較大，因此雙極性驅(qū)動(dòng)只用于小功率直流電動(dòng)機(jī)。在每個(gè) PWM 周期的 0~t1 區(qū)間， V1﹑ V4 導(dǎo)通， V2﹑ V3 截止，電樞繞組中電流的方向是從 A 到 B，如圖 2— 5 中的虛線(xiàn) 1 所示。使用時(shí)要注意加“死區(qū)”，避免同一橋臂的開(kāi)關(guān)管發(fā)生直通短路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)， V1 開(kāi)關(guān)管根據(jù) PWM 控制信號(hào)同步導(dǎo)通或關(guān)斷，而 V2 開(kāi)關(guān)管則受 PWM 反相控制信號(hào)控制， V3 保持常 閉， V4 保持常開(kāi)。這種方法是保持 t2 不變，而改變 t1，這樣使周期 T（或頻率） （ 3） 定頻跳寬法。但是功率器件在 線(xiàn)性區(qū)工作時(shí)會(huì)將大部分電功率用于產(chǎn)生熱量，效率和散熱問(wèn)題嚴(yán)重，因此這種方式只用于數(shù)瓦以下的微小功率直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 (3) 統(tǒng)各部分功能的軟件實(shí)現(xiàn) 。 x240x 系列 DSP控制器將一 個(gè)高性能的 DSP 核、大容量的片上存儲(chǔ)器和專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制外設(shè)電路（ PWM 產(chǎn)生電路、可編程死區(qū)、 SSVPWM 產(chǎn)生電路、捕獲單元等）以及其他功能的外設(shè)電路（ 16 通道模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、串行通信接口、 CAN 控制器模塊等）集成在單芯片上，保持了傳統(tǒng)微處理器可編程、集成度高、靈活性 /適應(yīng)性好、升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，其內(nèi)部的 DSP 核可提供更高的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度核處理大量數(shù)據(jù)運(yùn)算的能力。 (2) 可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。研究的目的是利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件發(fā)展的最新成果，對(duì)控制系統(tǒng)升級(jí)進(jìn)行研究 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機(jī)結(jié)合使電力拖動(dòng)控制產(chǎn)生了新的變化。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 注 意 事 項(xiàng) （論文） 的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類(lèi)設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和直流拖動(dòng)技術(shù)的組合是技術(shù)領(lǐng)域的交叉，具有廣泛的應(yīng)用前景 。研究 工作是在對(duì)控制對(duì)象全面回顧總結(jié)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)控制部分展開(kāi)研究，它包括對(duì)實(shí)現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件環(huán)境的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。 微處理器具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精度高、具有大容量的存儲(chǔ)器，因此有能力實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。 x240x 系列 DSP 控制器采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，分別用獨(dú)立的總線(xiàn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，配合片內(nèi)的硬件乘法器、指令的流水線(xiàn)操作和優(yōu)化的指令 集。 (4) 組成完整程序進(jìn)行調(diào)試。 絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。這種方法是使周期 T（或頻率）保持不變，而同時(shí)改變 t1和 t2。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， V3 開(kāi)關(guān)管根據(jù) PWM 控制信號(hào)同步導(dǎo)通或關(guān)斷，而 V4 開(kāi)關(guān)管則受 PWM 反相控制信號(hào)控制， V1 保持常閉， V2 保持常開(kāi)。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 15 ( a ) 正 轉(zhuǎn)( b ) 制 動(dòng)( c ) 輕 載ttttt12434123 圖 24 H 型單極性可逆 PWM 驅(qū)動(dòng)電流波形 直流電動(dòng)機(jī) 雙極性驅(qū)動(dòng)可逆 PWM 系統(tǒng) 雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè) PWM 周期里，電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。在每個(gè) PWM 周期的 t1~t2 區(qū)間， V2﹑ V3 導(dǎo)通 V1﹑ V4 截止，雖然電樞繞組加反向電壓，但由于繞組 的負(fù)載電流較大，電流的方向仍然不變，只不過(guò)電流幅值的下降速率比前面介紹的單極性系統(tǒng)要大，因此電流的波動(dòng)較大。使用時(shí)也要加“死區(qū)”，防止開(kāi)關(guān)管直通。 雙極性可逆 PWM 系統(tǒng)的占空比除了決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速外，還決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，因此，在電流 PI 調(diào)節(jié)控制中，必須根據(jù)轉(zhuǎn)向標(biāo)志 DIRECTION 來(lái)決定輸出極限：正轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的范圍是 0~250；反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的范圍是 250~500。 TMS320系列同一產(chǎn)品系列中的器件具有相同的 CPU結(jié)構(gòu)，但片內(nèi)存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置不同。 ② 具有 FFT倒序位序交址尋址能力。是使用極為廣泛的一類(lèi)串連集成穩(wěn)壓器。 80dB 紋波抑制比。經(jīng)過(guò)三極管共射放大后輸出 PWMO1兩個(gè)二極管起到鉗位作用。內(nèi)置 2M位中文字型 ROM (CGROM) 總共提供 8192 個(gè)中文字型 (16x16 點(diǎn)陣 )， 16K位半寬字型 ROM (HCGROM) 總共提供 126 個(gè)符號(hào)字型 (16x8 點(diǎn)陣 )， 64 x 16位字型產(chǎn)生 RAM (CGRAM)，另外繪圖顯示畫(huà)面提供一個(gè) 64x256 點(diǎn)的繪圖區(qū)域（ GDRAM），可以和文字畫(huà)面混和顯示。此外還可以采用有源晶振的金屬外殼接地的方法來(lái)減小自身干擾。這兩種芯片內(nèi)部都沒(méi)有現(xiàn)有 DSP芯片中都具備的單周期乘法器。系統(tǒng)軟件采用模 塊化的設(shè)計(jì)思想，首先進(jìn)行了軟件的整體化設(shè)計(jì)，其次是對(duì)各個(gè)程序模塊的設(shè)計(jì) 。如果不能保證通路最短可以在適當(dāng)?shù)牡胤郊尤霝V波電容和去耦電容來(lái) 提高線(xiàn)路的抗擾動(dòng)能力。提供三種控制接口，分別是 8 位微處理器接口， 4 位微處理器接口及串行接口（ OCMJ4X16A/B 無(wú)串行接口）。 DSP2812 的復(fù)位引腳為低電平有效，當(dāng)復(fù)位開(kāi)關(guān) S 被按下， RS 引腳被拉為低電平，此狀態(tài)持續(xù) 6 個(gè)時(shí)鐘周 期后，系統(tǒng)被復(fù)位。典型線(xiàn)性調(diào)整率 %。同時(shí)LF2407A還可以通過(guò) GEL語(yǔ)言來(lái)設(shè)置寄存器 SCSR2的 MP/MC位，從而決定程序存儲(chǔ)器映射于內(nèi)部還是外部空間。 ③ 可用空間：程序存儲(chǔ)空間 64K，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 ， I/O空間 64K字。目前 TI公司主推的 DSP有：定點(diǎn)系列 TMS320C20xx、 TMS320C5000；浮點(diǎn)系列TMS320C6000。 霍 爾 電 流 傳感 器直 流 電 動(dòng) 機(jī)A D C I N 0 0隔 離 驅(qū) 動(dòng) 電路增 量 式 光 電 編 碼器V 1V 3V 4V 5Q E P 1Q E P 2T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7P W M 1 P W M 2 P W M 3 P W M 4 圖 28 直流電動(dòng)機(jī) DSP 控制和驅(qū)動(dòng)電路 雙極性可逆 PWM 系統(tǒng) DSP 控制方法及編程例子 雙極性可逆 PWM 系統(tǒng)的 DSP 控制與單極性可逆 PWM 系統(tǒng)的 DSP 控制基本相同。 雙極性驅(qū)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)可在 4 個(gè)象限上工作，低速時(shí)的高頻振蕩有利于消除負(fù)載的靜摩擦，低速平穩(wěn)性好。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 17 U aU aI aI at tttttOOOOt 1t 22413( a ) 正 轉(zhuǎn)( b ) 反 轉(zhuǎn)( c ) 輕 載圖 26 H 型雙極性可逆 PWM 驅(qū)動(dòng)電流波形 當(dāng)要求電動(dòng)機(jī)在較大負(fù)載情況下正轉(zhuǎn)工作時(shí)，平均電壓 aU 大于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) aE 。 由此可見(jiàn)，單極性可逆 PWM 驅(qū)動(dòng)的電流波動(dòng)較小，可以實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)象限運(yùn)行，是一種應(yīng)用非常廣泛的驅(qū)動(dòng)方式。它由 4 個(gè)開(kāi)關(guān)管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成，單電源供電。 （ 2） 調(diào)寬調(diào)頻法。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：控制原理簡(jiǎn)單﹑輸出波動(dòng)小﹑線(xiàn)性好﹑對(duì)鄰近電路干擾小。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 7 (2) 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 以可編程 DSP 控制器為核心構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為了滿(mǎn)足世界范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的需要， TI 公司推出了它的 TMS320240x 系列 DSP 控制器。采用微處理器以后，絕大多數(shù)控制邏輯可采用軟件實(shí)現(xiàn)。 開(kāi)展本課題研究的控制對(duì)象是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 。 直流調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整， 打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě) 2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。有不少的研究者己經(jīng)在用 DSP 作為控制器進(jìn)行研究。 目前，對(duì)于控制對(duì)象的研究和討論很多，有比較成熟的理論，但實(shí)現(xiàn)控制的方法和手段隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不斷地進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。 (3) 靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)。 DSP 較好地滿(mǎn)足了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法如 Kalman 濾波、模糊控制、神經(jīng)元控制等。 鹽城工學(xué)院新校區(qū)基于 DSP 的直流電機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn) 8 2. 直流電機(jī)的 DSP 控制 直流電動(dòng)機(jī)的控制原理 根據(jù)圖 21 它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路，可以得到直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈寬調(diào)制（ PWM）來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻鹽城工學(xué)院新校區(qū)基于 DSP 的直流電機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn) 12 率與系統(tǒng)的固有 頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此這兩種方法用的很少。單極性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 PWM占空比仍用式（ 27）來(lái)計(jì)算。雙極性驅(qū)動(dòng)電路也有 T 型和 H 型兩種。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在較大負(fù)載的情況下反轉(zhuǎn)工作時(shí)，情形正好與正轉(zhuǎn)是相反，電流波形如圖 26（ b）所示，這里不再介紹。 直流電動(dòng)機(jī)的 DSP 控制方法及編程例子 單極性可逆 PWM 系統(tǒng) DSP 控制方法及編程例子 圖 27 是直流電動(dòng)機(jī)全數(shù)字雙閉環(huán)控制的框圖。 由于速度時(shí)間常數(shù)較大，本程序設(shè)計(jì)每 100 個(gè) PWM 周期（即 5ms）對(duì)速度進(jìn)行一次 PI 調(diào)節(jié)。派生的器件集成了新的片內(nèi)存儲(chǔ)器和外設(shè)，以滿(mǎn)足世界范圍內(nèi)電子市場(chǎng)的不同需求。 ③ 單周期指令執(zhí)行時(shí)間為 25ns(40MIPS)。 LM117/LM317 的輸出電壓范圍是 至 37V，負(fù)載電流最大為 。輸出短路保護(hù)。 U2P C 81 7P W M 1R1200R3R E S 2R4R E S 2R83KQ1N P NQ3N P NQ8N P NQ7N P N5V C CR947D24004D14004P W M O 1 圖 35PWM 隔離放大電路 轉(zhuǎn)速采集電路設(shè)計(jì) 如圖 36 所示首先電機(jī)內(nèi)部的速度傳感器輸出一個(gè)電壓信號(hào)通過(guò) J 采集然后通過(guò) LM358 的跟隨和運(yùn)放對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)和放大最后將調(diào)理好 的信號(hào)送到 DSPADCIN0這個(gè) AD 采樣口完成對(duì)速度信號(hào)的采集。提供多功能指令：畫(huà)面清除（ Display clear）、光標(biāo)歸位（ Return home）、顯示打開(kāi) /鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 27 關(guān)閉（ Display on/off）、光標(biāo)顯示 /隱藏（ Cursor on/off）、顯示字符閃爍（ Display character blink）、光標(biāo)移位（ Cursor shift）顯示移位（ Displa