【正文】 傳統(tǒng)的馮諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令數(shù)據(jù)地址存儲在同一存儲器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計數(shù)器提供的地址來區(qū)分是指令數(shù)據(jù)還是地址，取指和取數(shù)據(jù)都訪問同一存儲器數(shù)據(jù)，吞吐率低。這些基本結(jié)構(gòu)保證了TMS320F240 能進行高速的運算，并使大部分運算能在一個指令周期內(nèi)完成。作為一個系統(tǒng)的管理者，TMS320F240 具有強大的片內(nèi)I/O 口和其他外圍設(shè)備,其事件管理器與其他任何DSP 均不同，應(yīng)用優(yōu)化的外圍設(shè)備單元與高性能的DSP 內(nèi)核結(jié)合在一起，使電機的高精度高效全變速控制中使用先進的控制技術(shù)成為可能。幾乎所有的指令都可以在一個50ns 的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的16 位微控制器和微處理器的性能。它將幾種先進外設(shè)集成在芯片內(nèi)，以形成真正的單芯片控制器，從而將DSP的高速運算能力與面向電機的高效控制能力集于一體，堪稱業(yè)界內(nèi)最具競爭力的數(shù)字電機控制器。用軟件取代模擬器件，可以方便地修改控制策略、修正控制參數(shù)，此外還可以具有故障監(jiān)測、自診斷和上位機管理與通訊等功能。新一代調(diào)速電機有交流感應(yīng)電機、直流無刷電機和開關(guān)磁阻電機等。在上述調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速雖然歷史悠久、技術(shù)成熟，并且在不斷加以完善(如全數(shù)字化)，但由于有電刷和機械換向器等固有缺陷，必將為交流調(diào)速所取代。在此，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師表示衷心的感謝和致以崇高的敬意！感謝寶雞文理學(xué)院電子電氣工程系！同時也向給予我關(guān)心和幫助的所有老師、同學(xué)和朋友表示衷心的感謝！感謝各位老師、教授在百忙中評審本文，并衷心希望得到各位老師、教授的批評和指導(dǎo)！參考文獻[1] ［J］.微電機,1995,28（1）：23～25.[2] [J].電氣自動化,1996,18(2)：4～8.[3] 王曉明，[M].北京：北京航空航天出版社,2005.[4] [M].機械工業(yè)出版社,2004.[5] 張志民,[M].機械工業(yè)出版社,1996.[6] 韋彩兵，任永德，2002, 29 (3)：27～30.[7] 劉丁,余志平,[J].電機與控制學(xué)報,6 （1）：29～33.[8] [A].西北工業(yè)出版社，～38.[9] DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002. 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Fuzzy Sets and Systems: Theory and Applications [M].New York: Academic Press, 2002.[17]：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.附錄A 譯文 TMS320LF2407在電機控制中的應(yīng)用0 引 言 電氣傳動系統(tǒng)由控制、功率驅(qū)動和電動機三大要素組成。致謝本文是在導(dǎo)師張軍利的精心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、思路形成直至最后成文，每一個環(huán)節(jié)都凝結(jié)著老師的智慧和心血。因此無位置傳感器控制系統(tǒng)的精度問題仍然是需要研究的一個重要問題?；緦崿F(xiàn)了對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差的實時控制、移相時間控制等功能。6 結(jié)論本文的基于TMS320LF2407A DSP的全數(shù)字無刷直流機無位置傳感器控制調(diào)速系統(tǒng)，電機的起動，反電勢過零點的測定，過零點移相30o換相，以及相位補償?shù)鹊奶幚砭捎绍浖崿F(xiàn)，大大簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。其轉(zhuǎn)速電流上閉環(huán)控制都是通過軟件來實現(xiàn)的，可適用于給定轉(zhuǎn)速不同的調(diào)速系統(tǒng)，只需根據(jù)用戶的需要將程序的初始值改一下即可，而不像模擬電路那樣，如果給定值不同則要對整個系統(tǒng)進行的參數(shù)進行重新調(diào)試，他省去了繁瑣的調(diào)試過程減少了經(jīng)濟開，這一方面是此系統(tǒng)的一大優(yōu)點所在。逆變電路采用了智能IPM功率模塊，其內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，因此不必再去對其選擇。比起用專門硬件產(chǎn)生PWM波來說，其控制結(jié)構(gòu)簡單且不需要另外購買元器件，節(jié)省了投資。并且其技術(shù)也越來越成熟，價格也更加便宜，因此選擇DSP作為控制核心是經(jīng)濟合理的。與其他一般的控制系統(tǒng)不同的是，在主電路中交直部分采用的是智能功率模塊IPM，轉(zhuǎn)子位置檢測電路不是采用普通的傳感器，而是采用反電勢過零檢測方法得到其轉(zhuǎn)子位置信號并通過軟件實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速測量。該程序框圖如圖39所示。之后的主循環(huán)程序主要進行換向操作和每50一次的更新PWM占空比操作。在ADC中斷子程序中，主要進行讀ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果、電流調(diào)節(jié)、中性點電壓計算、延遲時間計算、感應(yīng)電動勢符號判別和換向準(zhǔn)備的操作，另外在磁定位過程中，根據(jù)電流調(diào)節(jié)的結(jié)果更新PWM占空比、磁定位結(jié)束后的判別操作。利用定時器1的周期匹配功能觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換，因此每50進行一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后產(chǎn)生中斷。因為如果先執(zhí)行其他指令的話，T2CNT 里的值可能會改變，使得計算出現(xiàn)誤差。INT4 中斷既可以捕捉無刷直流電動機的位置信號，還可以用來計算無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速大小，其思想如前所述。向DSP 上PDPINT 腳輸入低電平即可產(chǎn)生中斷.4) INT4 中斷 INT4 中斷主要是由CAP 單元產(chǎn)生的其中斷處理程序為CAPINT。要想重新輸出PWM 波，F(xiàn)COMPOE位必須置1。3) PDPINT 中斷 當(dāng) DSP 的PDPINT 腳為低電平時，產(chǎn)生PDPINT 中斷通常用來實現(xiàn)故障保護的功能，防止驅(qū)動系統(tǒng)因為過壓、過流、過熱等情況受到破壞。速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)的周期是異步的，每10 個PWM 中斷進行一次速度調(diào)節(jié)可以得到較為滿意的結(jié)果。T1 產(chǎn)生相應(yīng)的中斷請求信號時，該信號通過核中斷INT2 送往CPU，在中斷2服務(wù)程序中，首先對環(huán)境進行保護，然后依次調(diào)用速度調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)模塊和MOD6_CNT 模塊，最后將這些模塊的輸出信號送往BLDC_PWM_DRV 進行處理。在這個中斷處理程序中將完成電機外部給定轉(zhuǎn)速輸入，故障處理，電流檢測，轉(zhuǎn)速、電流PID調(diào)節(jié)，PWM 波輸出等功能。如果ACC=0，執(zhí)行PWMINT_ISR返回CLRC INTM 。減去PWMINT 偏移地址BCND PWM_ISR, EQ。如果ACC=0，執(zhí)行PDPINT_ISRLACL IVRA 。 。其具體程序如下:LDP 00E8hLACL IVRA 。INT2 主要由PWMINT、PDPINT產(chǎn)生，INT4 由CAPINT 產(chǎn)生。判斷電機初始位置AND 0070HLDP 0SACL CAPTLACC CAPT, 12SACH CAPT 。其具體程序如下:LDP 00E1h。開中斷 無刷直流電動機啟動初始位置的檢測 無刷直流電動機啟動的時候，必須知道其初始位置，否則不能確定電流的初始流向，導(dǎo)致電機起動不起來。允許PWMINT、PDPINT 中斷SPLK 0000000000000111b，EVIMRC 。允許INT2，INT4 中斷LACC IFRSACL IFR 。其初始化程序如下：LDP 0SETC INTM 。其優(yōu)先級的大小為PDPINTPWMINTCAPINT。其初始化程序如下：SPLK 0FFFEh, T2PERSPLK 0000h, T2CNTSPLK 17C0h, T2CON4)中斷的初始化 本系統(tǒng)中使用的中斷比較多，包括 PWMINT 中斷、PDPINT 中斷、CAPINT 中斷，這些中斷形成了本系統(tǒng)的中斷處理程序。因此必須根據(jù)所知的最低轉(zhuǎn)速與兩位置間隔角度認(rèn)真選取定時器的分頻值。這里我們選用連續(xù)加(continuousup)計數(shù)方式，當(dāng)計數(shù)器溢出時自動從0xFFFFh 轉(zhuǎn)到0X0000h。專用寄存器T2PR 用來設(shè)置定時器的運行周期，這里我們設(shè)為0XFFFFh。 定時器 T2 與CAP 單元合用可以用來計算無刷直流電動機的速度信號。 調(diào)用各軟件模塊的初始化程序，對系統(tǒng)的參數(shù)、變量、及各軟件模塊初始化。同時EV 寄存器清零。設(shè)置看門狗單元，禁用看門狗功能。 首先調(diào)用 F240 初始化子程序，對F240 進行初始化，設(shè)置DSP 運行方式。通過改變占空比從而改變電流的大小。其速度的增大和減小也是通過電流的變化來實現(xiàn)的。這個模塊的輸入為速度采樣模塊采樣得到的給定速度以及速度檢測模塊得到的當(dāng)前速度值，將給定速度與當(dāng)前速度進行比較有誤差即進行PID 調(diào)節(jié)（詳情參考第三章）。結(jié)構(gòu)如圖37所示。而PWM 輸出信號的占空比則可通過改變?nèi)容^寄存器CMPRl，CMPR2 和 CMPR3 的值得到，占空比由輸入變量D_func 決定。 通過對輸入變量進行處理，該模塊在x24x 系列DSP 控制器的全比較單元輸出引腳上產(chǎn)生合適的PWM 脈沖，用以驅(qū)動三相無刷直流電動機。d_func：PWM 輸出的占空比，范圍為0000h～7FFFh。根據(jù)m6_tr 的值，我們可以確定逆變器的開關(guān)狀態(tài)。3)MOD6_CNT: 此軟件模塊實現(xiàn)一個模為6 的軟件計數(shù)器，其輸入信號為m6_trig_in，輸出為m6_tr, 為0～6 之間的計數(shù)值，用于換向控制。如圖36所示圖 36 HALL3_DRV 結(jié)構(gòu)圖Fig36 HALL3_DRV module 根據(jù)DSP 上CAP 捕捉單元捕捉到的3 相無刷直流電動機霍爾傳感器信號，對照相對應(yīng)的真值表，判斷出電機的位置，輸出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖給MOD6_CNT 模塊。4 軟件結(jié)構(gòu) 模塊功能介紹1)SYS_INIT： 系統(tǒng)初始化模塊，通過這個模塊完成系統(tǒng)參 數(shù)、變量、及各軟件模塊的初始化。延遲時間采用一個初值，這個初值可由如下方法確定：根據(jù)動力學(xué)方程 ……………………………………（313） 解得電動機轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所需的時間為: ………………………………………（314） 式中，J和看作常量。起動時的速度參考值的設(shè)置應(yīng)考慮這個問題。通過一個延時來等待電動機軸停止振蕩。c)無須設(shè)計專門的起動電路，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，對于任意的轉(zhuǎn)子初始位置角，電機都能可靠實現(xiàn)預(yù)定位，保證電機從零速度起動并快速切換到無傳感器閉環(huán)方式運行。該起動方法具有的優(yōu)點是：a)使繞組中具有一定大小的反電勢信號。需要注意的兩點：1)在切換瞬間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速要足夠大，以保證能夠有效地檢測到反電勢信號。調(diào)試中需要注意的是To和PWM的占空比的選擇，以及對加速過程中占空比的變化速度的控制。 圖35起動程序框圖 The diagram of starting block diagram之所以要連續(xù)N次檢測到開路相的感應(yīng)電勢過零點后，才從他控式狀態(tài)切換到自控式狀態(tài)，目的是為了防止干擾等引起的誤檢測和轉(zhuǎn)速未趨于穩(wěn)定，影響起動過程的順利完成。只要檢測到開路相的反電勢過零點，或計數(shù)器到達To時還沒檢測到開路相的反電勢過零點，計數(shù)器就重新復(fù)位，到To/2后再換流，這樣依次進行。各觸發(fā)組合狀態(tài)的持續(xù)時間最大值保持不變，設(shè)為To。第一步為強迫預(yù)定位，即不管轉(zhuǎn)子在何位置，給電機一個確定的通電狀態(tài)，電機定子合成磁勢在空間上有一確定方向，用足夠長的時間把轉(zhuǎn)子磁極拖到與定子合成磁勢軸線重合的位置，實現(xiàn)預(yù)定位。其程序框圖如圖36所示。同時電機運行狀態(tài)的切換也必須滿足一定的條件，否則就會切換失敗。由于電機靜止時的轉(zhuǎn)子初始位置決定了逆變器第一次應(yīng)觸發(fā)哪兩個功率器件，但判斷轉(zhuǎn)子初始位置很復(fù)雜。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止或低速時，反電勢為零或太小，無法利用。如果用40MIPS，只需250ns時間，足可以用于實時控制。 用式（310）或式（311）就可以通過有限次的乘法和加法快速地計算出PI調(diào)節(jié)器的輸出。將式36離散化處理就可以得到數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的算法：……………………………（37）或 ……………………………（38）式中k采樣序號，k=0，1，2，…；uk第k次采樣時刻的輸出值；ek第k次采樣時刻輸入的偏差值； KI積分系數(shù)，；u0開始進行PI控制是的原始初值。但它也會降低系統(tǒng)響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。控制作用的強弱取決于比例系數(shù)，比例系數(shù)越大，控制越強，但過大會導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比例調(diào)節(jié)的作用是對偏差瞬間做出快速反應(yīng)。 ………………………………………………(35)e(t)作為PI調(diào)節(jié)器的輸入,u(t)作為PI調(diào)節(jié)器的輸出和被控制對象的輸入。常規(guī)的模擬PI控制系統(tǒng)原理框圖見圖34，該系統(tǒng)由模擬PI調(diào)節(jié)器和被控對象組成。因此使系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性得到改善。雖然速度環(huán)可以最終使速度穩(wěn)定，但需要的時間較長。電流調(diào)節(jié)器的另一個作用是系統(tǒng)的抗電源擾動和負(fù)載擾動的能力增強。電流調(diào)節(jié)器的作用有兩個：一個是在啟動和大范圍加減