【正文】 數(shù)值就將存入FIFO隊列，CAPFIFO寄存器中相應的狀態(tài)位可自動調(diào)整以反映FIFO隊列的新標志[13]。本程序設定的捕獲中斷程序由捕獲的方波脈沖上升沿觸發(fā)，每觸發(fā)一次上升沿，程序中的全局變量count就加1，然后再通過算法計算，把一秒鐘內(nèi)捕獲到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化成當前電機的轉(zhuǎn)速值，最后予以顯示[16]。流程圖如圖44所示。圖44 捕獲中斷流程圖 PID控制算法在絕大多數(shù)工業(yè)控制中，例如過程控制、運動控制、速度伺服控制以及位置伺服控制，使用最多的控制方法一般是PID控制。雖然當前控制理論和控制技術在信急技術、集成電路制造技術高速發(fā)展的推動下有了很大的發(fā)展，例如自適應控制、神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊控制以及最優(yōu)控制等很多現(xiàn)代控制方法都得到廣泛的應用，但是數(shù)字PID控制仍然是一種穩(wěn)定的、可靠的、實現(xiàn)簡單的、使用廣泛的控制方法[9]。PID控制是技術最成熟的一種控制方法，特別是在控制對象的模型未知或難以建立時，常常采用PID控制方法。PID控制原理簡單、實現(xiàn)方便，并且適應性廣，其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不是很敏感，因此在工業(yè)的各個領域中應用廣泛。 PID控制原理PID控制即比例（Proportional）、積分（Integrating）、微分（Differentiation）控制。在PID控制系統(tǒng)中，完成PID控制規(guī)律的部分稱為PID控制器[9]。它是一種線形控制器，用輸出y(t)和給定量r(t)之間的誤差的時間函數(shù)e(t)=r(t)y(t)。PID控制器框圖如圖45所示。圖45 PID控制算法框圖實際應用中，可以根據(jù)受控對象的特性和控制的性能要求，靈活地采用不同的控制組合，如：比例（P）控制器： （41）比例＋積分（PI）控制器： （42）比例+積分+微分（PID）控制器： （43）公式中，Kp為比例運算放大系數(shù)，Ti為積分時間，Td為微分時間。 系統(tǒng)PID控制任何電動機的調(diào)速系統(tǒng)都以轉(zhuǎn)速為定量，并使電動機的轉(zhuǎn)速跟隨給定值進行控制。為了使系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，通常要構建一個閉環(huán)系統(tǒng)[12]。本設計是一個對電機進行PID的控制系統(tǒng)，采用經(jīng)典的數(shù)字增量式PID控制算法。所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量。當執(zhí)行機構需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對數(shù)值時，可以使用增量式PID控制算法進行控制。增量式PID控制算法可以由公式推導出，得到控制器的第k1個采樣時刻的輸出值為： （44）并由（44）得到增量式PID控制算法公式為： （45）其中由（45）可以看出，如果計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定A、B、C，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由（45）求出控制量。增量式PID控制算法與位置式PID算法相比，計算量小得多，因此在實際中得到廣泛的應用。本設計中基于L F2407的PID控制器的實現(xiàn)框圖如圖46所示。圖46 基于LF2407的PID控制器框圖從圖中可以看出被控電機的速度設定量由DSP給出，經(jīng)過DSP計算出控制量u (k)，對信號進行D/ A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬控制量u(t)，從而實現(xiàn)對被控電機速度的控制，而電機實際轉(zhuǎn)速c(t)通過A/ D轉(zhuǎn)換器送入DSP，使整個系統(tǒng)構成一個閉環(huán)系統(tǒng)。 本章小節(jié)本章針對控制系統(tǒng)設計方案與控制策略，以DSP的PID控制為核心進行了系統(tǒng)軟件設計。本章采用模塊化設計理念，構建了系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構，并對主要模塊的軟件流程進行了詳盡的闡述，絕大部分功能都得到實現(xiàn)。第5章 系統(tǒng)總體調(diào)試 調(diào)試準備在進行DSP系統(tǒng)的調(diào)試之前需要做一系列的準備工作，包括硬件準備和軟件準備工作。硬件主要包括DSP2407 開發(fā)板、DSP 仿真器和一臺調(diào)試仿真用的PC機。開發(fā)板使用的是明偉公司提供的TMS320LF2407，當然需要外設的一些顯示電路、捕獲電路等；仿真器是TDS510 DSP仿真器 。外設電路通過自己一段時間的精心研究，基本搭建完畢，在大多是情況下滿足了各大模塊的硬件設計。 for C2000的軟件開發(fā)環(huán)境[17]。CCS是TI公司DSP軟件的集成開發(fā)環(huán)境，在Windows下工作，類似于VC++的集成開發(fā)環(huán)境；采用圖形接口界面，有編輯工具和工程管理工具；它將匯編器、鏈接器、C/C++編譯器、建庫工具等集成在一個統(tǒng)一的開發(fā)平臺中；CCS所集成的代碼調(diào)試工具具有各種調(diào)試功能，能對TMS320系列DSP進行指令級的仿真和可視化的實時數(shù)據(jù)分析；同事具有豐富的輸入/出庫函數(shù)和信號處理庫函數(shù)。C2000在安裝成功之后，還需要進行一系列的配置。這就需要按照芯片的類型和仿真器的種類進行相應的選擇。 系統(tǒng)調(diào)試在硬件和軟件都準備充足的前提下，就可以進行系統(tǒng)的總體調(diào)試了。首先按照自己事先設計好的電路圖進行連接，由于該系統(tǒng)較為復雜，模塊部分較多，排線的連接應格外小心，對于每根排線的接頭我都是用絕緣的橡膠層包裹起來。線路連接好之后，將DSP與PC機通過仿真器連接起來，然后再給芯片上電。，編譯成功之后系統(tǒng)會生成一個out文件，該文件就相當于單片機仿真的hex文件，只需要將此文件導入芯片中，程序就可以在DSP上運轉(zhuǎn)起來了。在導入文件之前必須確保DSP與PC機的連接已經(jīng)被系統(tǒng)識別，這就需要準確無誤的將TDS510 DSP仿真器的驅(qū)動軟件安裝成功。我在最初進行硬件調(diào)試的時候就是把仿真器的驅(qū)動軟件安裝錯誤，導致系統(tǒng)無法進行調(diào)試仿真，最后在老師的指導下才解決了這個問題。所以對于驅(qū)動軟件的安裝是系統(tǒng)進行硬件調(diào)試的前提。將out文件成功導入DSP后，運行系統(tǒng)。此時，觀察到的唯一現(xiàn)象是LED1不斷閃爍。我在進行調(diào)試的時候為了便于觀察程序是否跳轉(zhuǎn)到中斷服務程序，特別在中服里面加了一個LED燈閃爍功能，這個現(xiàn)象說明系統(tǒng)的定時器中斷、中斷服務程序完全符合設計要求。隨后我要進行的操作就是控制電機的轉(zhuǎn)動了，當按下K1開關后，電機轉(zhuǎn)動起來，正轉(zhuǎn)模式指示燈亮，同時，電機的轉(zhuǎn)速信息也在第一時間反饋到1602液晶顯示屏上；當再次按下K1開關，電機開始加速，然后逐漸趨于穩(wěn)定，液晶顯示電機轉(zhuǎn)速加快；第三次按下K1開關，電機開始減速，然后逐漸趨于穩(wěn)定，液晶顯示電機轉(zhuǎn)速減慢。如果按下的是K3開關，則電機反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)指示燈亮，其現(xiàn)象和正轉(zhuǎn)模式?jīng)]有區(qū)別。如果在電機開始轉(zhuǎn)動之后，無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，只要按下K2開關，電機就停止轉(zhuǎn)動。其實開關控制電機轉(zhuǎn)速的原理很簡單，每次跳轉(zhuǎn)僅僅是改變了全比較寄存器CMPR1中的值，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)模式則還要使IN1和IN2置位。電機的轉(zhuǎn)速出了使用按鍵中斷控制外，還可以用上位機界面控制，上位機界面的控制原理也是改變?nèi)容^寄存器的值。相對于按鍵調(diào)速，上位機界面可以實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，使電機可以在額定電壓內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速狀態(tài)下工作。系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)如表51所示。表51 系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)按 鍵次 數(shù)占空比理想電壓（V）實測電壓（V）轉(zhuǎn) 速(r/s) K1131102156365K2N 0000K3131152162371雖然系統(tǒng)調(diào)試過程中會出現(xiàn)一定的誤差，且存在一些干擾現(xiàn)象，但這些都是在所難免的。經(jīng)過最后的總體調(diào)試之后，本系統(tǒng)基本完成了課題研究的內(nèi)容，達到了預期的目標。結(jié)論直流電機具有良好的機械特性，能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速、制動、起動和正反轉(zhuǎn)等共呢，目前在各大領域中占據(jù)主要地位。隨著自動控制水平的不斷提高，采用新的控制方法，使得整個系統(tǒng)結(jié)構更加簡單，功能更加完善。與此同時，DSP技術的不斷發(fā)展為電機控制提供了一個良好的平臺。本文采用TI公司推出的TMS320LF2407芯片作為直流電機控制系統(tǒng)的控制核心，依據(jù)該芯片特點、PWM調(diào)壓調(diào)速原理，搭建了基于DSP的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的實驗平臺，并在此基礎上完成了系統(tǒng)的軟、硬件設計，實現(xiàn)了電機測速、調(diào)速、顯示等功能。由于整個電機控制所需的各種功能都是由DSP來實現(xiàn)的，因此，大幅度地減小了目標系統(tǒng)的體積，減少了外部元器件的個數(shù)，使得整個系統(tǒng)結(jié)構更加簡單，功能更強，可靠性更高。本系統(tǒng)主要完成以下成果：（1）在DSP硬件平臺的基礎上，完成了電機控制電路、功率驅(qū)動電路、檢測電路和顯示電路的硬件設計。（2）完成了基于速度控制的閉環(huán)系統(tǒng)的方案設計。（3）在硬件設計的基礎上，充分考慮軟件的可靠性問題，完成了系統(tǒng)的軟件設計。（4）以C2000為基礎進行嵌入式的軟件開發(fā)，完成相關任務的軟件編程。通過一系列的軟硬件設計，最終實現(xiàn)了對電機轉(zhuǎn)速的成功控制。但由于時間和各方面條件的制約，本設計還存在一些不足之處，有待進一步的改進和完善。具體如下：（1）系統(tǒng)在對電機進行調(diào)速時，存在一定的干擾，程序容易跑飛。（2）電機的調(diào)速級別有限，只能滿足電機在設定的幾個檔位調(diào)速。（3）各種限制保護功能（如限流、過壓保護）需要做進一步的研究。隨著DSP在電機控制領域更加廣泛的應用，相信在未來的電子行業(yè)里，DSP控制技術將會取得飛速的發(fā)展。致謝自己寫喲！別偷懶……參考文獻[1]陳仕高，姜久春，[D].北京：北京交通大學，2005.[2][M].武漢：武漢理工大學出版社，2006.[3]王兆安，[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.[4][M].北京：清華大學出版社，2005.[5][M].武漢：武漢理工大學出版社，2002.[6]Shukla， dclink softswitching PWM feedback clamp circuit for motor drive applications[J].Proceedings—Electric，2006.[7]Larson. . 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