【導(dǎo)讀】發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機。它既具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護。好等諸多特點，因此在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的運用。功地完成了對無刷直流電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

　　

【正文】 58其實是一個反相器。兩個二極管構(gòu)成一個鉗位電路，保證了 DSP芯片的安全。 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 31 5 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件整體設(shè)計 本課題的無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)軟件主 體包括四大部分 :系統(tǒng)初始化程序、DSP主控制程序、 MCU控制程序、中斷服務(wù)程序。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖 51(a)所示。 圖 51（ a） 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖 本課題軟件系統(tǒng)采用模塊化，自上而下的設(shè)計方案。系統(tǒng)軟件的整體流程如圖圖 51（ b）所示。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 51（ b） 系統(tǒng)主流程圖 系統(tǒng)初始化程序負責完成 DSP的初始化、 DSP運行環(huán)境的定義等工作。首先初始化 DSP，配置所要用到的寄存器，定義并初始化變量。 DSP主控制程序控制并檢測整個系統(tǒng)的運行，接收檢測到的信號，并傳遞給控制裝置，完成系統(tǒng)的調(diào)速。 MUC控制 程序負責檢測控制 SPI通信接口及接收人工檢測信號。中斷服務(wù)程序中，首先讀取電流、電壓值，判斷是否有過壓、過流發(fā)生，若有則中斷服務(wù)，若沒有則進行轉(zhuǎn)速 PID調(diào)節(jié)和電流的控制。系統(tǒng)軟件的整體流程圖如圖 51（ b）所示。 系統(tǒng)的初始化程序設(shè)計 系統(tǒng)初始化程序主要對 DSP進行必要的初始化設(shè)置，經(jīng)初始化設(shè)置后程序不斷判斷有無外部中斷、捕獲中斷、 ADC中斷以及故障保護中斷。如果沒有中斷，程序不斷循環(huán)等待直到有中斷的到來。整個 F2812DSP初始化主要分為系統(tǒng)初始 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 33 化、外設(shè)初始化和全局變量賦初值三大部分。初始化流程 如圖 52所示 圖 52 系統(tǒng)初始化流程圖 系統(tǒng) DSP 主程序 系統(tǒng) DSP主程序主要是完成對電機的啟動、停止、有效控制電機的正常運行和出錯處理，以及負責現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的通信。當系統(tǒng)啟動之后，通過檢測電機的狀態(tài)來啟動電機，然后進入主控制程序，使整個系統(tǒng)正常運行。正常運行的狀態(tài)下，控制系統(tǒng)主要是對無刷直流電機的實時調(diào)控，同時完成現(xiàn)場的通信和 PC機的監(jiān)控通信。同時，當系統(tǒng)需要人為設(shè)定或調(diào)整時，可以通過人機界面進行人為設(shè)定。調(diào)整信息設(shè)定完成后， DSP 控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)值在線實時對電機進行調(diào)整。當檢測到外部 中斷信號時，即刻停止當前運行任務(wù)轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷。在中斷事件中安插了三個中斷事件，即過電流中斷處理、過電壓中斷處理、系統(tǒng)報錯中斷處理。系統(tǒng)主程序流程如圖 53所示。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 圖 53 系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)中斷服務(wù)程序 TMS320F2812芯片 有三個外部中斷和外部中斷擴展模塊 PIE， PIE可支持 96個外部中斷?？梢院芸斓仨憫?yīng)和處理中斷事件，并可以在硬件和軟件中控制中斷的優(yōu)先級。 通用中斷服務(wù)子程序 GISR 和特定中斷服務(wù)子程序 SISR，在 GISR 中保存必要的上下文，從外設(shè)中斷向量寄存器 PIVR 中讀取外設(shè)中斷向量，這個向量用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)移到 SISR 的地址入口。對每個從外設(shè)來自中斷控制器的中斷都有一個特定的 SISR，在 SISR 中執(zhí)行對該外設(shè)事件的響應(yīng)。程序一旦進入中斷服務(wù)程序后，所有的可屏蔽中斷都被屏蔽。本系統(tǒng)中共有三個中斷：定時器 T1 周期中斷，用來產(chǎn)生 PWM 輸出；定時器 T2 的周期中斷，用來定時采樣電樞電流、驅(qū)動電監(jiān)控電壓值；定時器 T3 的捕獲中斷，用來定時測量速度。 為了響應(yīng)系統(tǒng)中的中斷服務(wù)程序，還必須有一個復(fù)位和中斷向量定義文件。它是一個獨立的匯編程序文件，它按照內(nèi)存區(qū) 的規(guī)定，利用無條件跳轉(zhuǎn)語句使程序在復(fù)位或發(fā)生中斷之后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序入口地址。 系統(tǒng)子程序 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 35 電流采樣計算子程序 電流調(diào)節(jié)器是控制的中心環(huán)節(jié)，必須滿足電流環(huán)的頻率要求，實現(xiàn)電流快速準確地跟蹤給定值。本課題中，電流采樣計算子程序的功能是準確完成電流檢測，根據(jù)當前逆變橋的導(dǎo)通情況，選擇適當?shù)南嚯娏髯鳛殡娏髡{(diào)節(jié)器的反饋量；完成電流的調(diào)節(jié)作用，并將調(diào)節(jié)器的輸出結(jié)果送至事件管理器相應(yīng)的寄存器中，控制導(dǎo)通電流跟隨給定電流，實現(xiàn)電流信號的采樣計算。 轉(zhuǎn)速采樣計算子程序 轉(zhuǎn)速采樣子程序是通 過位置傳感器檢測到的信號，得到當前電機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速通過位置傳感器獲得信號并傳輸給 DSP 主控制芯片，主控制芯片計算得到當前的電機轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序流程圖如圖 553 所示， 將接受到的實際轉(zhuǎn)速與輸入量相比較，得到偏差值，然后通過 PID 的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制電機，使電機的轉(zhuǎn)速達到輸入值，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 圖 553 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序流程圖 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 總結(jié)與展望 37 6 總結(jié)與展望 電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活之中。由于無刷直流電動機既具備交流電動機 的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機的運行效率高、勵磁損耗小以及調(diào)速性能好等諸多特點，使它一經(jīng)出現(xiàn)就以極快的速度發(fā)展和普及。目前，無刷直流電動機己廣泛應(yīng)用在數(shù)控機床、機器人、儀器儀表、汽車、計算機外圍設(shè)備等方面和領(lǐng)域。 在驅(qū)動控制系統(tǒng)中，無刷直流電動機與其它類型電動機相比有許多突出的優(yōu)點：動態(tài)響應(yīng)快；控制性能好；體積小，重量輕；節(jié)能；容量大、轉(zhuǎn)速高，換向方便、簡單；不會產(chǎn)生失步現(xiàn)象。因此，對無刷直流電動機的應(yīng)用研究是很有實際意義的。 本課題針對無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)進行研究，既有電機 調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，又有對控制算法的探討?，F(xiàn)將本文的主要內(nèi)容總結(jié)如下： (1)詳細介紹了無刷直流電動機的工作原理與運行特性，建立了無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對調(diào)速系統(tǒng)的控制方案進行了詳細分析，為系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 (2)通過對實際電機的仔細分析，利用 DSP主控制芯片，結(jié)合功率轉(zhuǎn)換模塊，完成了無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了對電機的實時控制。 (3)以 DSP芯片 TMS320F2812為核心，設(shè)計了主控制單元，實現(xiàn)了對無刷直流電動機 DSP調(diào)速系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制。 (4)針對存在各種隨機干擾的無刷 直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，采用 PID閉環(huán)算法，給出了一種具有自適應(yīng)補償?shù)姆答伩刂品桨浮Ｔ摲桨笇Χ喾N系統(tǒng)干擾具有較強的抑制能力。 本課題在無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的控制策略和硬件實現(xiàn)方面作了一些工作，但該系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到許多方面的問題，由于本人時間和能力的限制，還有許多問題有待深入地研究和思考。 (1)由于 TMS320F2812的主頻較小，在復(fù)雜算法的實現(xiàn)上還存在著一定的困難，整個硬件系統(tǒng)的抗擾性和穩(wěn)定性還需要進一步增強。系統(tǒng)的集成度也需要進一步提高。 (2)在控制策略方面，針對非線性和不確定性的問題， PID閉環(huán)控制方案還存在不能準確實時的控制，由于一定的延時，如何在實時控制中取得滿意的效果，還有許多工作要做。 (3)無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動也是一個主要的問題。如何通過控制策略抑西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 制轉(zhuǎn)矩脈動，還沒有比較成熟的方案。 雖然無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)還存在著許多問題，但隨著新材料和新技術(shù)的不斷進步，相信無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用將越來越廣泛，進一步改善和方便人們的生活。 致謝 39 致 謝 我的畢業(yè)論文的完成是基于我的導(dǎo)師 ***老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo) ,從初稿的起草到最終論文的完成 ,王老師一直給予我認真的指導(dǎo)和不懈 的支持 ,尤其是在論文將要定稿的階段 ,我深切的體會到王老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)風格和作為一名人民教師的寬厚博愛。在此謹向王老師致以最崇高的敬意和發(fā)自內(nèi)心的謝意。 在即將畢業(yè)的時刻 ,借此機會向這四年學(xué)習(xí)中給予我諸多幫助的老師表示由衷的謝意 ,感謝他們四年來的教導(dǎo)和培養(yǎng)。在今后的工作學(xué)習(xí)中一定銘記老師的教導(dǎo)，認真學(xué)習(xí)，踏實做人，樂觀積極的生活。 同時我還要感謝在我寫作過程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和前輩，他們的文章資料給予了我很多靈感和啟示。同時還得感謝我的摯友正是他們的幫助和支持才能使我克服一系列的困難和疑惑，直到本文的順利完成。 在完成畢業(yè)論文的這段時間里，對于大家的幫助和支持，再次表示深深地感謝！ 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 參考文獻 41 參考文獻 [1] 劉剛，王志強，房建成，《永磁無刷直流電機控制技術(shù)與應(yīng)用》 機械工業(yè)出 版社 [2] 譚建成，《永磁無刷直流電機技術(shù)》 機械工業(yè)出版社 [3] 史步海，張選正，《特種電動機調(diào)速控制技術(shù)及應(yīng)用》 華南理工大學(xué)出版社 [4] 張衛(wèi)寧，《 TMS320C2020 系列 DSP 原理及應(yīng)用》 國防工業(yè)出版社 [5] 阮毅，陳伯時，《電力拖動自動控制系 統(tǒng) — 運動控制系統(tǒng)》 機械工業(yè)出版社 [6] 高濤，陸麗娜，《 C 語言程序設(shè)計》 西安交通大學(xué)出版 [7] 閻治安 ， 崔新藝 ，蘇少平， 《 電機學(xué) 》 西安交通大學(xué)出版 [8] 權(quán)東，《高性能無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計》 [9] 網(wǎng)上資料，基于 DSP 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計等 [10]Shukla .. 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