【正文】 感謝你們的支持和幫助，感謝你們的關心和鼓勵，感謝你們帶來的快樂和陪伴。在四年的大學生活中，我還得到了班主任呂立亞老師在學習上生活上諸多的關懷和指導，這里表示衷心的感謝。雖然對本系統(tǒng)已進行了很多實驗,但是都是建立在CCS軟件的基礎上來對系統(tǒng)進行調試和運行的,而且使用的也是DSP開發(fā)板,并未將整個硬件做成一個集成的嵌入式系統(tǒng),所以,把整個硬件模塊做成一個集成的嵌入式系統(tǒng)是下一步所需要研究的工作。首先要單獨測試各中斷是否正常,測試正常后再將中斷分別加到系統(tǒng)中,然后觀察整個系統(tǒng)中各個中斷是否含有響應,如果中斷級別設置不妥,將會使某個中斷子程序一直得不到響應。經(jīng)過研究及搜索相關資料和解決措施,找出了導致這種現(xiàn)象的原因,是由于數(shù)字信號和模擬信號共地,還有微弱信號進行長距離傳輸也會產(chǎn)生噪聲。[32]但常規(guī)PID或PI控制算法已經(jīng)滿足不了工業(yè)上越來越高的對直流電機調速的精度、及時性和魯棒性等各項指標要求,而隨著很多高性能的數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn),使得復雜的控制算法能在數(shù)字直流調速系統(tǒng)中實現(xiàn)成為了可能。圖56 調整占空比后的PWM波形本章主要介紹了整個調速系統(tǒng)的系統(tǒng)的結構。整個實驗平臺如下圖554所示。在對系統(tǒng)進行初始化之后，還完成了中斷、定時、驅動電機、轉速采集、PID控制等各個模塊代碼的編寫。這是一種低成本、高性能的仿真器，性價比高于其他名牌仿真器。主要程序包括系統(tǒng)初始化，起動模塊，轉速采集模塊和PID速度控制模塊這些主要功能模塊相關的函數(shù)。當|e(kt)|≥E0時，采用P控制，可以降低超調量，獲得比較好的動態(tài)性能。由PI調節(jié)器構成的滯后校正,可以保證穩(wěn)態(tài)精度,卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)的穩(wěn)定。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差,提高系統(tǒng)的無差度。PID算法由三部分組成，分別是比例、積分和微分環(huán)節(jié)。[30][31]45 故障中斷保護服務子程序流程圖 數(shù)字PID算法及其應用本系統(tǒng)要實現(xiàn)轉速閉環(huán)，要對轉速信號進行采樣并計算，然后與給定值進行比較，并采用相應的算法進行調節(jié)。[26]下圖43為捕獲中斷服務子程序的流程框圖。每個捕獲單元帶一個專用的兩級深的FIFO堆棧,每捕捉到一個上升沿脈沖,捕獲單元就將通用定時器(高頻時鐘)當前的計數(shù)值寫到FIFO堆棧中。由上面分析可得,T法最低分辨率也比M法的最高分辨率高出幾個數(shù)量級。雖然在理論上來說,M/T能同時滿足高、低速測速精度,但在實際上,由于本系統(tǒng)使用的編碼器光柵數(shù)為45,額定轉速為3000r/min,從分辨率的角度來看,M法的分辨率為 Q= (45)Z是光柵數(shù)量，T是采樣周期。[22]3 M/T法測速原理：M法測速適用于高速段測速,T法測速適用于低速段,而M/T法則兼顧前兩種測速方法的優(yōu)點,它的測速范圍明顯大于前面兩種。再利用事件管理器中的捕捉單元對光電編碼器輸出的脈沖序列進行捕獲,如果捕捉到連續(xù)的兩個脈沖上升沿(或下降沿)時,就用第二次捕獲到脈沖時定時器的當前計數(shù)值m2與第一次捕獲到脈沖時定時器的當前計數(shù)值m1相減,這樣就可以得到一個脈沖周期內高頻時鐘的計數(shù)值m,然后通過式(42)計算出當前采樣脈沖的周期T。[20] 數(shù)字測速方法采用光電編碼器有三種數(shù)字測速方法：M法、T法和M/T法。 42 控制程序流程圖為了保證控制系統(tǒng)的正常運行,各個中斷服務子程序的中斷級別設定也非常重要,否則,如果是由于中斷級別設置的不合理,可能永遠都不會響應到某個中斷服務子程序。[18]主程序主要完成的是實時性要求不高的功能,例如系統(tǒng)初始化、中斷設置還有循環(huán)設置等功能。CCS具有強大的調試功能,如設置斷點,斷點處查看變量或寄存器的值,具有可以選擇的單步跟連續(xù)運行模式,具有可視化界面能監(jiān)視信號數(shù)據(jù)等功能,為系統(tǒng)的開發(fā)提供便捷的軟件調試環(huán)境。目前較為廣泛地使用集成電路轉換器件，采用MAX202芯片完成智能儀表與計算機的異步串行通信，電路設計如圖38所示。JTAG接口電路如圖37所示。由于過熱信號和過流信號剛好相位相反(即過熱信號引腳輸出為高電平時,則表示正常,輸出是低電平時,表示過熱。故障保護一般會采用軟、硬件聯(lián)鎖的方式,對于故障信號的反應硬件比軟件更迅速。該編碼器具有如下功能：1有內部整形電路及數(shù)字濾波功能。光電式旋轉編碼器分為增量式和絕對式兩種。目前的常用測速裝置有測速發(fā)電機、光電旋轉編碼器等。IN=1且 INH=1時，高邊MOSFET導通，OUT引腳輸出高電平；IN=0且INH=1時，低邊MOSFET導通，OUT引腳輸出低電平。因此本系統(tǒng)采用單極性驅動方式,它的驅動電路如圖33所示。BTS7960的通態(tài)電阻典型阻值為16mΩ，驅動電流最高可達43A。圖32a 圖32b 電機驅動電路本系統(tǒng)根據(jù)電機型號選用的驅動芯片是專用于驅動直流電機的H橋組件BTS7960。AMS1117是一款電壓調節(jié)器,輸出電壓可以是固定的,也可以是可調的。還具有精簡指令系統(tǒng)(RISC),使CPU能單周期執(zhí)行寄存器到寄存器的操作,并能夠工作在馮其最高頻率可達150MHz,因此性能遠超傳統(tǒng)的16位微控制器和微處理器,能夠大大提高控制系統(tǒng)的芯片處理能力和控制精度。這就是通常所說的“卸載”。 對于PWM變換器中的濾波電容,作用除了濾波之外,還有當電機制動時起吸收運行系統(tǒng)電能的作用。[6][7][8]3 系統(tǒng)硬件設計3．1 主電路設計如圖31所示是橋式直流脈寬調速系統(tǒng)主電路。 轉速單反饋閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下圖為轉速單反饋閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)模型圖。 α= （23）轉速反饋電壓Un和轉速給定電壓Un*想比求得誤差信號ΔUn, ΔUN經(jīng)過放大后作為直流電源的控制電壓UC。轉速單反饋閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)模型如圖24所示。(2)電機停止時有微振電流,可以消除靜摩擦死區(qū)。 圖23橋式可逆脈寬調制系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形如果用ton表示VTI和VT4的導通時間,開關周期T和占空比p的定義不變,則電機電樞端電壓的平均值為: （22）式中，ρ為PWM的占空比，當ρ，電機正轉；當[5]圖23a為可逆脈寬調速系統(tǒng)的基本原理圖,由VTI~VT4共4個電力電子開關元器件構成橋式可逆脈沖寬度調制的變化器。ton為導通時間。在VT導通時,直流電源電壓Us加到電動機兩端上。整個軟件設計采用的是模塊化設計思想,并且給出了部分的流程圖。(2)對直流調速系統(tǒng)的結構和原理做了概述,數(shù)學模型以及電機控制中應用的一些關鍵技術:如啟動技術、PWM控制技術等,并對其進行概括研究。同時，傳統(tǒng)的控制器已無法滿足這種對控制精度日益提高的要求，[3][4]而近年來智能控制理論發(fā)展迅速，這些理論的共同特點在于無需對象精確的數(shù)學模型并具有較強的魯棒性，所以很多學者都將智能控制方法(如模糊控制、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制等)引入電動機控制系統(tǒng)，這也是將來一段時間內直流電機高性能的調速系統(tǒng)的主要研究方向。[2] 提高系統(tǒng)性能的控制算法。但是只能有級調速，調速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒有什么調速作用；在調速電阻上消耗大量電能。改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調速，但只能減弱磁通，從電機額定轉速向上調速、屬恒功率調速方法。改變電樞電壓主要從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉速向下調速，屬恒轉矩調速方法。由于進口設備價格昂貴,于是給了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調速裝置的發(fā)展空間。在集散型計算機控制系統(tǒng)方面國外已有定型成套裝置。目前,國外第四代產(chǎn)品以微處理器為基礎,具有控制、保護、監(jiān)視、診斷及復原等多種功能。目前,我國直流調速控制主要在以下幾個方面進行研究。也有的需要電動機達到極慢的速度運動。 DSP。硬件部分主要電路包括電源電路、位置檢測電路、驅動電路和保護電路；在軟件部分根據(jù)控制策略，在開發(fā)軟件CCS中用C語言編寫主程序、初始化程序和中斷服務程序等模塊。在電機本體優(yōu)化設計、電力電子設備控制跟控制策略等方面對電機性能進行改善，會產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效應?；贒SP的直流電機控制系統(tǒng)設計摘 要近年來，電機控制技術、微電子技術和電力電子技術在快速發(fā)展，直流電機由于自身的高性能被大量應用。 在大量對無刷直流電機控制系統(tǒng)的發(fā)展應用文獻調研為基礎，本文采用TI公司的TMS320F2812芯片為控制核心，控制對象是直流電機，研究基于DSP的直流電機控制系統(tǒng)。最后給出實際電機控制系統(tǒng)運行時的實驗測試情況