【導(dǎo)讀】目標(biāo)主要是速度控制和位置控制。近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、尤其是將DSP技術(shù)運(yùn)用到電機(jī)控制之后硬件的統(tǒng)一性與軟件的。靈活性可以有機(jī)結(jié)合，電機(jī)的數(shù)字化及集成化控制成了電機(jī)控制的發(fā)展方向。DSP控制的基礎(chǔ)上，建立電機(jī)控制機(jī)平臺(tái)，設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)。闡述了步進(jìn)電機(jī)的基本構(gòu)成、工作原理、控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其。硬件包括計(jì)算機(jī)，ICETEK仿真器、ICETEK-. 軟件采用C語言編程方式，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路及采用的控制策

　　

【正文】 ，盡量用接近啟動(dòng)頻率啟動(dòng)。在恒速時(shí)，盡量工作在最高速。 本章小結(jié) 本章首先介紹了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展和特點(diǎn)，接下來介紹了步進(jìn)電機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而介紹了步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)原理， 和四種步進(jìn)方式，以及步進(jìn)電機(jī)的 DSP 控制方式方法。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第 3章 電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 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(tái)，安裝 Windows2020 或 WindowsXP 操作系統(tǒng)及常用軟件（如 WinRAR 等）。 2. TMS320C55xx 評(píng)估板及相關(guān)電源。如： ICETEKVC5509A評(píng)估板。 3. 通用 DSP 仿真器一臺(tái)及相關(guān)連線。如： ICETEK5100USBA 仿真器。 4. 控制對(duì)象（選用）。如： ICETEKCTR 控制板。 5. TI 的 DSP 開發(fā)集成環(huán)境 Code Composer Studio。如： for‘ C5000。 6. 仿真器驅(qū)動(dòng)程序。 硬件設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備有計(jì)算機(jī)， ICETEK 仿真器 ,ICETEKVC5509A系統(tǒng)板，相關(guān)連線，電源。 ICETEKVC5509A評(píng)估板技術(shù)指標(biāo)： 主處理芯片： TMS320VC5509A；低功耗設(shè)計(jì)，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(chǔ)空間 128x16Bit；大容量 SDRAM 設(shè) 計(jì)： 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(zhǔn)； 8M bit 擴(kuò)展 FLASH，存儲(chǔ)大量固化程序和數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)有用戶可以自定義的開關(guān)和測(cè)試指示燈； 3U 標(biāo)準(zhǔn)的 DSP 擴(kuò)展總線，包括數(shù)據(jù)、地址、I\O、控制； 4 組標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展連接器，為用戶進(jìn)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(cè)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(jì)，雙路語音采集，每爐48K/S； 接口電路設(shè)計(jì)； 4 層板設(shè)計(jì)工藝，穩(wěn)定可靠；具有自啟動(dòng)功能，穩(wěn)定可靠；具有自啟動(dòng)功能設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)脫機(jī)工作。 XC9500 系列被廣泛地應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品中。該系列器件采用快閃存儲(chǔ)技術(shù)（ FastFlash），比 EECMOS 工藝的速度快，功耗低。目前，Xilinx 公司 XC9500 系列 CPLD 的 tPd 可以達(dá)到 4ns。宏單元數(shù)達(dá)到 288 個(gè)，系統(tǒng)時(shí)鐘可達(dá)到 200MHz。 XC9500、 XC9500XV 和 XC9500XL 三種類型，內(nèi)核電壓分別為 5V、 和 。 CPLD 器件重要特點(diǎn) ： 采用 快閃存儲(chǔ)技術(shù)，器件速度快，功能強(qiáng)，引腳到引腳的延時(shí)最低為4ns，系統(tǒng)速度可達(dá) 200MHz，器件功耗低； 引腳作為輸入可以接受 、 和 等幾種電壓，作為輸出可以配置 、 、 等電 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 壓； 支持在系統(tǒng)編程和 JTAG 邊界掃描測(cè)試功能，器件可以反復(fù)編程達(dá) 10000次，變成數(shù)據(jù)可以保持 20 年 ； 集成度為 36288 個(gè)宏單元， 8006400 個(gè)可用門，器件有不同的封裝形式。 XC9500XL 系列是 XC9500 系列器件的低電壓版本，用 供電，成本低于XC9500 系列器件。 圖 32 DSP 芯片管腳 脈寬調(diào)制 PWM 一個(gè) PWM 信號(hào)是一串寬度變化的脈沖序列。這些脈沖平均分布在一段定長(zhǎng)的周期中，從而每個(gè)周期中有一個(gè)脈沖。該定長(zhǎng)周期被成為 PWM（載波） 周期，它的倒數(shù)被成為 PWM（載波）頻率。 PWM 脈沖寬度有另一個(gè)具有所需 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 值得調(diào)制信號(hào)決定或調(diào)制。 1． 事件管理器 PWM 輸出的產(chǎn)生 在事件管理器模塊中，每個(gè)比較單元和通用定時(shí)器 1（ EVA 模塊）或通用定時(shí)器 3（ EVB 模塊），死去單元及輸出邏輯可在兩個(gè)特定的期間引腳上產(chǎn)生一對(duì)具有可變成死去以及輸出極性的 PWM 輸出。在 EVA 和 EVB 模塊中都有 6個(gè)這種 與比較單元相關(guān)的 PWM 輸出引腳。這 6 個(gè)特定的 PWM 輸出引腳可用于控制三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和只留無刷電動(dòng)機(jī)。由比較方式控制寄存器（ ACTRx）所控制的多種輸出方式，能輕易的控制應(yīng)用廣泛的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和同步磁阻電動(dòng)機(jī)。 PWM 帶你路還可以用于控制其他類型的電動(dòng)機(jī)，如直流有刷電動(dòng)機(jī)和用于控制單軸和多軸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如果需要，則每個(gè)通用電石氣的比較單元可給予它自身的定時(shí)器產(chǎn)生一路 PWM 輸出。 2． 產(chǎn)生 PWM 的寄存器設(shè)置 比較單元和相關(guān)電路所有三種 PWM 波形的產(chǎn)生，需要對(duì)相同時(shí)間管理寄存器進(jìn)行配置，產(chǎn)生 PWM 輸出的設(shè)置步驟 如下： 設(shè)置和裝載 ACTRx 寄存器。 如果使能死區(qū)，則設(shè)置和裝在 DBTCONx 寄存器。 設(shè)置和裝載 T1PR 或 T3PR 寄存器，即規(guī)定 PWM 波形的周期。 初始化 CMPRX 寄存器。 設(shè)置和裝在 COMCONx 寄存器。 設(shè)置和裝在 T1CON 或 T3Con 寄存器，來啟動(dòng)比較操作。 更新 CMPRx 寄存器的值是輸出 PWM 波形的占空比發(fā)生變化。 3． 非對(duì)稱 PWM 波形的產(chǎn)生 邊沿觸發(fā)或非對(duì)稱 PWM 信號(hào)的特性有 PWM 周期中心非對(duì)稱的調(diào)制脈沖規(guī)定，如圖 31 所示。每個(gè)脈沖的寬度只能從脈沖的一邊開始變化。 圖 31 給出了 EVA 模塊下的非 對(duì)稱的 PWM 波形，途中 x=1 、 3 和 5，對(duì)于 EVB 模塊也類似。為了產(chǎn)生非對(duì)稱的 PWM 信號(hào)，需要將通用定時(shí)器 1 設(shè)置為連續(xù)增計(jì)數(shù)器模式。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。 COMCONA 寄存器中的相應(yīng)為用來設(shè)置比較操作使能，再將選中的輸出引腳置成 PWM 輸出并且使能這些輸出。如果死去被使能，則通過軟件將所需的死區(qū)值寫入到 DBTCONAL[11~8]中，并將它作為四位死去定時(shí)器的周期。一個(gè)死區(qū)值將用與所有的 PWM 輸出通道。 用軟件對(duì) ACTRA 寄存器進(jìn)行正確的配置后，與比較單元相關(guān)的一個(gè) PWM輸出引腳上將產(chǎn)生一路正常的 PWM 信號(hào)，與此同時(shí)，另一個(gè)輸出引腳可在PWM 周期的開始、中間和末尾處保持低電平（關(guān)閉）或高電平（開啟）。這種可用軟件靈活空盒子的 PWM 輸出，尤其適用于控制開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。 通用定時(shí)器 1 啟動(dòng)后，比較寄存器在每個(gè) 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(shí)間 PWM 輸出的寬度（即占空比發(fā)生變化）。因?yàn)楸容^寄存器是帶影子寄存器的，所以在一個(gè)周期的任何時(shí)候都可以將新值寫入。同樣，在周期的任何時(shí)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(qiáng)制改變 PWM的輸出方式。 P W M X（ 高 有 效 ）定 時(shí) 器 周 期 1定 時(shí) 器 值定 時(shí) 器 周 期 1周 期 大定 時(shí) 器 周 期 2( P W M )P W M X + 1（ 低 有 效 ）+ 比 較 匹 配 點(diǎn)死 區(qū) 圖 33 比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生非對(duì)稱的 PWM 波形 4． 對(duì)稱 PWM 波形的產(chǎn)生 對(duì)稱 PWM 信號(hào)的特性由 PWM 周期中心對(duì)產(chǎn)的調(diào)制脈沖規(guī)定。對(duì)稱 PWM信號(hào)相比非對(duì)稱 PWM 信號(hào)，其優(yōu)勢(shì)在于它在一個(gè)周期內(nèi)有來年各個(gè)無暇的區(qū)段（每個(gè) PWM 周期的開始和結(jié)束處）。已經(jīng)證明當(dāng)使用正弦波調(diào)整時(shí)，在交流電動(dòng)機(jī)（如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）和只留無刷電動(dòng)機(jī)的相電流中，對(duì)稱的 PWM 信號(hào)比非對(duì)稱的 PWM 信號(hào)引起的諧波失真更小。圖 32 給出了比 較單元和 PWM 電路產(chǎn)生對(duì)車 PWM 波形。 比較單元和 PWM 電路的 PWM 波形的產(chǎn)生與非對(duì)稱的情況相似，唯一不同的是通用定時(shí)器的技術(shù)模式應(yīng)設(shè)置為連續(xù)增 /減技術(shù)模式。在對(duì)稱 PWM 波形發(fā)生的一個(gè)周期內(nèi)通常有兩次比較匹配：一次在周期匹配前的增計(jì)數(shù)期間。新的比較值在匹配后更新了比較寄存器中值，叢赫然可以提前或推遲 PWM 脈沖的第二個(gè)邊沿的到來。這種修改 PWM 波形的特性，可以彌補(bǔ)由交流帶你動(dòng)機(jī)控制中的死去導(dǎo)致的電流誤差 [12]。 定 時(shí) 周 期 1（ P W M ）死 去 時(shí) 間＋ 比 較 配 正 點(diǎn)P W M Ｘ ＋ １（ 高 有 效 ）P W M X（ 低 有 效 ）定 時(shí) 器 值 圖 34 比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生 對(duì)稱的 PWM 波形 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 PWM 調(diào)速原理 在 PWM 調(diào)速時(shí)，占空比 a 是一個(gè)只能歌謠參數(shù)。以下 3 種方法都可以改變占空比的值： 1. 定寬調(diào)頻法：這種方法保持 t1，不變，只改變 t2,這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。 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。 3. 定頻調(diào)寬法：這種方法是使周期 T（或頻率）保持不變，而改變 t1 和t2[8]。 控制原理 前兩種方法由于在調(diào)速是改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起震蕩，因此這兩種方法用得 少。目前，在電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。 PWM 輸入對(duì)應(yīng) ICETEKVC5509 外擴(kuò)展插座第 26的 S22 信號(hào)， DSP 將在次引腳上給出 PWM 信號(hào)用來控制步進(jìn)的轉(zhuǎn)速； ICETEKVC5509－Ａ板上 P4 擴(kuò)展插座第29 的 S14 信號(hào)， DSP 將在此引腳上給出高電平或低電平來控制電機(jī)的方向。從DSP 輸出的 PWM 信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào)先經(jīng)過 2 與門和 1 非門再與各個(gè)開關(guān)管的柵極相連。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖 D A T A [ 7 ： 0 ] A D D R E S S [ 1 5 : 0 ] C S W E A I n 1 A 1A i n 2 A 2B i n 1 B 1B i n 2 B 2 B e n a b l eA e n a b l e地址譯碼AS A M O T O RU 4U 3U 2U 1D S PC P L DL 2 9 8數(shù) 據(jù) 鎖 存V C CBCD 圖 35 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 EMIF 接口 TMS320C5509DSP 的擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口（ EMFI）用來與大多數(shù)外圍設(shè)備進(jìn)行連接，典型應(yīng)用如連接片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器等。這一接口提供地址連線、數(shù)據(jù)連線和一組控制線 .ICETEKVC5509A將這些擴(kuò)展線引到了板上供擴(kuò)展使用。 1．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由 DSP 通用 I/O 管腳輸出直接控制。步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率大于 500PPS（拍每秒）。 2．空載運(yùn)行頻率大于 900PPS。 5509A 的通用 I/O 口 S22 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率， S14控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 3．控制的方法是使用 DSP 通用定時(shí)器設(shè)置 S22 以一定得頻率改變高低狀態(tài)，輸出方波，設(shè)置 S14 為高電平順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，低電平為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(jī)。 2．使用電源連接線連接各模塊電源，確定總電源斷開。連接 ICETEKCTR板上便插座插到 +12V 電源插座； ICETEKCTR 板下邊插座到 +5V 電源插座。 3．連接 DSP 評(píng)估板信號(hào)線：當(dāng)需要連接信號(hào)源輸出到 A/D 輸入插座時(shí)，使用信號(hào)連接線分別連接相應(yīng)插座。 4．連接鍵盤的 PS2 插頭到 ICETEKCTR 的“鍵盤接口” P8。 5．將 ICETEKCTR 板的供電電源開關(guān) 撥動(dòng)到“開”的位置。 6．設(shè)置 Code Composer Studio 在硬件仿真（ Emulator）方式下運(yùn)行： 設(shè)置 CCS 通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A 硬件環(huán)境進(jìn)行軟件調(diào)試和開發(fā)： 雙擊桌面上的圖標(biāo)，進(jìn)入 CCS 設(shè)置窗口；在出現(xiàn)的窗口中按以下順序依次進(jìn)行設(shè)置：?jiǎn)螕?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(jìn)行：鼠標(biāo)右鍵單擊 C55xx XD5510 Emator，選擇 Properties… Alt+Enter。在出現(xiàn)的窗口中按標(biāo)號(hào)順序進(jìn)行如下設(shè)置：?jiǎn)螕?Startup GELFile(s),單擊“ … ”按鈕選擇 C： \ICETEKVC5509EDULAB\ 文件，單擊完成設(shè)置；在出現(xiàn)的窗口中按如