【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 命 令和 速 度 值 圖 SCI 串行通訊接收中斷框圖 5. 系統(tǒng)創(chuàng)新 本次系統(tǒng)的基于 TMS320F28335 作為主控芯片，作為 TI 公司 Delfino 系列中處于中高端的一員，以其適合于控制器的外設(shè)功能和強(qiáng)大的硬件浮點(diǎn)能力成為了工業(yè)控制當(dāng)中的先進(jìn)的控制核心。本次《基于 DSP28335 的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)》以 TMS320F28335 為核心，有以下創(chuàng)新： （ 1）采用硬件浮點(diǎn)算法。目前大多數(shù)的電機(jī)控制算法都是采用定點(diǎn)方式進(jìn)行運(yùn)算，采用 TI 提供的 IQ 定點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù) 進(jìn)行處理。目前TMS320F28335 的函數(shù)庫(kù)為了兼容前者也有 IQ 庫(kù)的功能，為了更好地利用TMS320F28335 的硬件特性和浮點(diǎn)功能，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用硬件浮點(diǎn)的運(yùn)算方式進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，提高算法的效率，減少 CPU 的負(fù)擔(dān)，充分發(fā)揮TMS320F28335 的性能優(yōu)勢(shì)。 （ 2）采用分段 PID 參數(shù)算法。對(duì)于不同分段的速度采用不同的 PID 參數(shù)，使各段性能達(dá)到最優(yōu)，提高調(diào)速性能和不同目標(biāo)速度下的調(diào)速效果穩(wěn)定性。 （ 3）硬件上采用錯(cuò)誤信號(hào)硬件保護(hù)。對(duì)比起經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤信號(hào)后中斷處理錯(cuò)誤，硬件直接反應(yīng)停機(jī)對(duì)保護(hù)電機(jī) 和功率模塊更加有效。本次設(shè)計(jì)采用數(shù)字邏輯芯片對(duì)錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)行處理，出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)直接阻斷 PWM 信號(hào)的輸出，同步處理錯(cuò)誤中斷，更好地提高保護(hù)效果。 6. 評(píng)測(cè)與結(jié)論 系統(tǒng)測(cè)評(píng)及運(yùn)行情況 本次系統(tǒng)基于 DSP28335 的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)所希望達(dá)到的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電機(jī)的寬范圍穩(wěn)定調(diào)速，并具有較高的抗干擾性能。 基本的調(diào)速目標(biāo)有以下幾點(diǎn)： 1） 電機(jī)運(yùn)行速度空載情況下能在 2020rpm~2020rpm 之間調(diào)節(jié) 2） 帶負(fù)載情況下能在 1000rpm~1000rpm 之間調(diào)節(jié)，并能快速穩(wěn)定。 3） 運(yùn)行電流穩(wěn)定，并保持較完整的正弦波 波形。 以下是本次實(shí)驗(yàn)調(diào)試的實(shí)際數(shù)據(jù)及過(guò)程曲線： 本文的控制對(duì)象是為面裝式永磁同步電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)如表 所示 : 表 永磁同步伺服電機(jī)參數(shù) 額定功率 KW 空載電流 A 額定轉(zhuǎn)速 3000 rpm 空載輸入功率 383 W 額定電流 A U 相電阻 額定轉(zhuǎn)矩 V 相電阻 驅(qū)動(dòng)器輸入電壓 三相 380V W 相電阻 實(shí)驗(yàn)所用主要設(shè)備： 1. DSP 控制板（ TMS320F28335）； 2. 功率驅(qū)動(dòng)變頻器 2 臺(tái)； 3. 永磁 同步電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括永磁同步電機(jī)、扭矩傳感器、負(fù)載電機(jī)； 4. 泰克 DPO2020 示波器，帶三路高壓探頭，電流鉗表和串行總線分析； 5. LABVIEW 上位機(jī)平臺(tái)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果及數(shù)據(jù)采集在 下完成，在交流 220V 的供電電壓下測(cè)定（直流母線電壓 310V）。系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 2020rpm 至+2020rpm，所有數(shù)據(jù)及曲線均在 +1000rpm轉(zhuǎn)速下測(cè)得，并用到 軟件的圖形顯示功能，能夠?qū)?shí)際數(shù)據(jù)通過(guò)圖形化顯示出來(lái)。 具體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程在大賽提交的視頻中有完整的記錄。 在視頻中，分別做了以下幾組實(shí)驗(yàn)的演示： 1. 空載狀態(tài)下， 01000rpm 過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 2. 空載狀態(tài)下， 01500rpm 過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 3. 空載狀態(tài)下， 1500rpm 1500rpm 過(guò)程。 4. 帶負(fù)載狀態(tài)下， 01000rpm 過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 5. 帶負(fù)載狀態(tài)下， 1000rpm1000rpm 過(guò)程，包括正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 所測(cè)曲線： 永磁同步電機(jī)每相電流均為正弦波，如圖 所示，相電流與相電流之間相差 120176。電角度，在 1000rpm 的轉(zhuǎn)速下， U 相與 V 相電流如圖 所示。 圖 示波 器觀察的一相電流波形 圖 U 相和 V 相的電流波形 通過(guò) CLARKE 變換及 PARK 變換，將三相電流轉(zhuǎn)化成繞電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的兩相電流，即 D 軸電流和 Q 軸電流，如圖 所示。 圖 D 軸與 Q 軸電流波形 讓永磁同步電機(jī)帶上一個(gè)發(fā)電機(jī)和能耗電阻作負(fù)載。給定 1000rpm 的電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程如圖 所示。 圖 1000rpm 轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)波形 結(jié)論及展望 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了 TMS320F28335 作為主控芯片，對(duì)應(yīng)用的 的永磁同步電 機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。本次設(shè)計(jì)完成了使用浮點(diǎn)功能進(jìn)行的永磁同步電機(jī)的數(shù)字信號(hào)處理器方案，為提高電機(jī)控制的性能，使用更加先進(jìn)的控制算法起了一個(gè)很好的開(kāi)頭。 從本次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來(lái)， PID 參數(shù)的分段設(shè)計(jì)很大程度上的滿(mǎn)足了我們系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本要求，但可以看到，單相電流的波形沒(méi)有達(dá)到更加穩(wěn)定的正弦波波形，從 D、 Q 軸電流圖更能看出在 PI 調(diào)節(jié)后，還存在一定的震蕩，需要進(jìn)一步提高 PI 調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，是往后繼續(xù)提高系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵。同時(shí)還能看到，速度調(diào)節(jié)雖然能達(dá)到目標(biāo)值，但響應(yīng)速度還有提高的空間。綜上，本次設(shè)計(jì)還有很大的提高 空間，為了完善本系統(tǒng)，具體的后續(xù)工作如下： 1） 提高 PID 控制性能，實(shí)現(xiàn)更快的電流環(huán)、速度環(huán)響應(yīng)。 2） 提高速度調(diào)節(jié)范圍、使調(diào)速范圍能達(dá)到在177。 3000rpm 之間。 3） 在系統(tǒng)性能完善的條件下，進(jìn)行伺服系統(tǒng)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)位置、速度、電流三環(huán)控制系統(tǒng)，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單片 TMS320F28335 實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)控制的方案。 4） 完善上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體監(jiān)控管理。 附錄 電機(jī)控制調(diào)試平臺(tái)。 本次使用的永磁同步電機(jī)如下圖，為附帶轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感儀的可接負(fù)載的電機(jī)調(diào)試平臺(tái)。左端為一個(gè)三相無(wú)刷電機(jī)，中間為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感儀，右端為永磁同步電機(jī) 。 附圖 1 本次設(shè)計(jì)中調(diào)試用的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩測(cè)量系統(tǒng) DSP28335 控制板。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分， DSP28335 的電機(jī)控制板。采用 4 層板設(shè)計(jì)，有 PWM 輸出端口、旋轉(zhuǎn)編碼器處理接口、通訊接口等。 附圖 2 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 DSP28335 控制板 功率驅(qū)動(dòng)板。 本次使用的功率驅(qū)動(dòng)板是改裝了實(shí)驗(yàn)室原有的變頻器進(jìn)行控制。改造后的功率驅(qū)動(dòng)板如下圖。 附圖 3 功率驅(qū)動(dòng)板 改進(jìn)后的新控制板。 本次提交的系統(tǒng)中使用了最初設(shè)計(jì)的控制板，為了實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的要求，如雙電機(jī)同步控制等功能，以在原來(lái) 的控制板的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了改進(jìn)的控制板。核心仍然采用 TMS320F28335，配以雙驅(qū)動(dòng)板接口、雙 SPI 接口、使用更加穩(wěn)定的 AD2S1210 作為旋轉(zhuǎn)變壓器的處理芯片等提高性能的設(shè)計(jì)。具體如附圖 4。由于還處在調(diào)試階段，并沒(méi)有應(yīng)用到本次比賽的提交方案當(dāng)中。 附圖 4 改進(jìn)的新控制板 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )總論 概 述 高等院校的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)本科培養(yǎng)目標(biāo)及規(guī)格的重要培養(yǎng)階段。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )是學(xué)生畢業(yè)前的最后學(xué)習(xí)階段，是學(xué)習(xí)深化與升華的重要 過(guò)程；是能力與素質(zhì)培養(yǎng)的重要途徑；是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)；是學(xué)生綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)；是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認(rèn)定的重要依據(jù)；是評(píng)價(jià)高等學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量的重要依據(jù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的基本概念 （ 1） 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵 畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等學(xué)校應(yīng)屆畢業(yè)生，畢業(yè)前接受課題任務(wù)，所進(jìn)行的設(shè)計(jì)過(guò)程，并取得其設(shè)計(jì)成果。 （ 2）畢業(yè)論文的內(nèi)涵 畢業(yè)論文是高等學(xué)校學(xué)生畢業(yè)前所撰寫(xiě)的學(xué)術(shù)論文。畢業(yè)論文表明作者在科學(xué)研究工作中取得的新成果或提出的新見(jiàn)解，并表明作者具有的科研能力與學(xué) 識(shí)水平。畢業(yè)論文具有學(xué)術(shù)論文所共有的一般屬性，它的構(gòu)成與展開(kāi)嚴(yán)格按照緒論、本論、結(jié)論的思維方式，以事實(shí)為基礎(chǔ)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评磉^(guò)程為依據(jù)，得出可信的科學(xué)結(jié)論。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的特點(diǎn)與功能 （ 1）畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與功能 ①畢業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 高等院校學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)內(nèi)容的科學(xué)性、設(shè)計(jì)思想的新穎性、設(shè)計(jì)表述的規(guī)范性、設(shè)計(jì)條件的約束性、設(shè)計(jì)過(guò)程的綜合性、設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)用性等工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)外，還具有畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的確定首先考慮教學(xué)基本要求、畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間的限定性及學(xué)業(yè)的規(guī)定性、畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú) 立完成的等特點(diǎn)。 ②畢業(yè)設(shè)計(jì)的功能 178。教學(xué)與教育功能 畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程是高等院校培養(yǎng)計(jì)劃的重要組成部分；是進(jìn)行設(shè)計(jì)科學(xué)教育，強(qiáng)化工程意識(shí)，接受工程基本訓(xùn)練，提高工程實(shí)踐能力的重要培養(yǎng)階段；是培養(yǎng)優(yōu)良的思維品質(zhì)，進(jìn)行綜合素質(zhì)教育的重要途徑。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)工作，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科理論、知識(shí)與技能，解決具有一定復(fù)雜程度的工程實(shí)際問(wèn)題的能力；培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)；培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的思維品質(zhì)，強(qiáng)化工程實(shí)際意識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生 2 大學(xué) 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文）簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 勇于實(shí)踐、勇于探索和開(kāi)拓創(chuàng)新的精神。在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)與教育功能的實(shí)現(xiàn)，有益于學(xué)生科學(xué)的智能結(jié)構(gòu)的形成及綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)。 178。社會(huì)功能 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)源于實(shí)際，畢業(yè)設(shè)計(jì)成果直接或間接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，為生產(chǎn)、科研服務(wù)，為社會(huì)服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的社會(huì)功能。 （ 2）畢業(yè)論文的特點(diǎn)與功能 ①畢業(yè)論文的特點(diǎn) 畢業(yè)論文或稱(chēng)學(xué)位論文是學(xué)術(shù)論文中的一種類(lèi)型，具有學(xué)術(shù)性、科學(xué)性、創(chuàng)造性，即一般學(xué)術(shù)論文的共同屬性，同時(shí)具有下列特點(diǎn)： 178。畢業(yè)論文課題的確定，首先要符合教學(xué)基 本要求，同時(shí)也要兼顧科學(xué)研究實(shí)際需要，緊密聯(lián)系實(shí)際。 178。畢業(yè)論文具有時(shí)間的限定性及學(xué)業(yè)的規(guī)定性。 178。畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的。 ②畢業(yè)論文的功能 178。教學(xué)與教育功能 畢業(yè)論文教學(xué)過(guò)程是高等學(xué)校培養(yǎng)計(jì)劃的重要組成部分，是學(xué)生畢業(yè)前提交的一份具有一定理論與實(shí)際價(jià)值的學(xué)術(shù)論文。它是高等學(xué)校學(xué)生從事系統(tǒng)的科學(xué)研究的初步嘗試；是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，對(duì)取得的科研成果的綜合表述。通過(guò)畢業(yè)論文的教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生探求未知、探索真理的科學(xué)精神，以及優(yōu)良的科學(xué)品質(zhì)與科學(xué)素養(yǎng)；培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的基本能力。通 過(guò)畢業(yè)論文的教學(xué)過(guò)程，檢驗(yàn)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，解決科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域有關(guān)問(wèn)題的能力；檢驗(yàn)科研基本訓(xùn)練的實(shí)際效果。 178。社會(huì)功能 畢業(yè)論文是以應(yīng)用研究成果作為媒介與生產(chǎn)和社會(huì)實(shí)際相聯(lián)系。然后，通過(guò)開(kāi)發(fā)研究的成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，為社會(huì)服務(wù)。 同時(shí)，畢業(yè)論文又是面向社會(huì)發(fā)表研究成果的重要手段，也是信息交流與信息存儲(chǔ)的重要工具，從而實(shí)現(xiàn)其社會(huì)功能。 3 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)各階段流程 表 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)各階段流程 指導(dǎo)教師上報(bào) 課 1教研室 (課程組 )召開(kāi)會(huì)議進(jìn)行課題審查、論證（要求紀(jì)錄 院系（學(xué)術(shù)委員會(huì)）或邀請(qǐng)校外專(zhuān)家對(duì)教研室上報(bào)課題進(jìn)行評(píng) 對(duì)學(xué)生公布課題，并確保一名學(xué)生做一個(gè)課題（或子課題 院系匯總通過(guò)評(píng)審的課題，并作為教學(xué)執(zhí)行計(jì)劃報(bào)教務(wù) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)（包括一定數(shù)量的外文文獻(xiàn) 2 畢業(yè)生就課題撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題報(bào)告包括以下內(nèi)容 、實(shí)驗(yàn)方 （或階段性結(jié)果 開(kāi)題報(bào)告答辯（各院系制定答辯辦法，報(bào) 教務(wù)處備案 中期檢查，院系制定檢查方 檢查形 （含工作進(jìn)展情況、存在問(wèn)題、下一步計(jì)劃安排等 ，學(xué)生進(jìn)行答 檢查組對(duì)學(xué)生的工作作出檢查結(jié) ，提出意見(jiàn)或建 重警告或終止畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 院系向教務(wù)處報(bào)中期檢查工作總 4 畢業(yè)答辯及成績(jī)?cè)u(píng)定按 “大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作規(guī)范 ”進(jìn) 行 4 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）簡(jiǎn)明指導(dǎo)手冊(cè) 畢業(yè)設(shè) 計(jì) (論文 )程序安排表 內(nèi) 容 教研室（課程組）確定指導(dǎo) 調(diào)研、選題，填寫(xiě)選題審批表；院系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）領(lǐng)導(dǎo)小組審批選題； 負(fù) 責(zé) 人 以適當(dāng)形式向?qū)W生公布課題、學(xué)生選題（指導(dǎo)教師選題必 以前 2 匯總選題，編制畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )教學(xué)執(zhí)行計(jì)劃報(bào)教務(wù)處 第 7學(xué)期 15周前 院系主任、教學(xué)秘書(shū) 3 完成畢業(yè)實(shí)習(xí) (畢業(yè)調(diào)研 )報(bào)告及外文翻譯、開(kāi)題報(bào)告。教務(wù)處隨 院系主任、指導(dǎo)教師 4 中期檢查：院制定中期檢查方案。教務(wù)處隨機(jī)進(jìn) 行進(jìn)行抽查。 學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 第 8學(xué)期 9周前 院系主任、教務(wù)處 院系部下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)答 會(huì)，報(bào)教務(wù)處備案。 完成 第 8學(xué)期 14周 第 教研室（課程組）、院系 6 院系部將畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )成績(jī) 前 院系主任 處 學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )復(fù)答辯 8 院系組織優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )評(píng)選，按教務(wù)處要 第 8學(xué)期 17周