【正文】 176。 ），這個步距角可以稱之為 ‘ 電機固 xx 大學學士學位論文 7 有步距角 ’ ，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關 [6]。 （ 表示半步工作時為 176。電機出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機給出的值為 176。這種步進電機的應用最為廣泛，也是本次細分驅動方案所選用的步進電機 。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。 反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機 (VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機 (HB)和單相式步進電機等?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 步進電機的特點 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。它將電脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度。步進電動機應用系統(tǒng)已經(jīng)由較 早的開環(huán)系統(tǒng)和簡單的閉環(huán)系統(tǒng)，逐漸發(fā)展成為高性能的步進伺服系統(tǒng)、 步進電機伺服控制。 步進電機結構及原理 步進電機的發(fā)展 步進電機在工業(yè)自動化裝備、辦公自動化設備中有著廣泛的應用。主要包括系統(tǒng)初始化模塊；信號采集模塊；主控制程序模塊； PWM 輸出模塊等。 4．控制系統(tǒng)的軟件設計。 3．電機控制系統(tǒng)的硬件電路的實現(xiàn)。 2．實現(xiàn)電機的位置及速度空制。 論文的主要內(nèi)容 本論文 的主要研究內(nèi)容如下： 1．實現(xiàn)電機的 DSP 調(diào)速控制。 xx 大學學士學位論文 5 DSP 芯片內(nèi)部設計保證元器件的穩(wěn)定性和可靠性，從而會使整個系統(tǒng)的可靠性提高。因此可以實現(xiàn)比較復雜的控制規(guī)律，如優(yōu)化控制、智能控制等現(xiàn)代控制理論和算法的應用。同時以 DSP 為核心的控制系統(tǒng)的以下特點也使設計電機的 DSP 控制系統(tǒng)更加可行了。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展， DSP 芯片的功能將會越來越強。為此，有必要設計電機控制系統(tǒng)平臺，可以同時實現(xiàn)對多個或多種電機進行控制，從而使控制系統(tǒng)更簡單、可靠。單獨設計的控制器也可以滿足 系統(tǒng)的要求，但是這樣會使影響系統(tǒng)性能的來源增加，對系統(tǒng)的安裝、測試等就造成了諸多不便。同時在一些控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構或是驅動電機并不是只有一種電機，如果單獨設計控制器，就需要更多的元器件，從而整個系統(tǒng)變的復雜，可靠性降低。由 DSP 輸出脈寬波來決定功率管的導通時間、方式與順序，從而實現(xiàn)對電機的控制。電機的控制離不開驅動系統(tǒng)，例如直流電機控制系統(tǒng)的可逆 PWM 系統(tǒng)，無刷直流電機的三相全控橋 系統(tǒng)等。它們的檢測過程通常根據(jù)物理學原理利用傳感器將非電量信號轉換成電信號再來檢測。電量信號有電流、電壓和電功率等。控制系統(tǒng)中信號檢測是必不可少的，尤其是在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，狀態(tài)信息的檢測更加重要。驅動電機主要靠供給逆變器的動力電，逆變器由滯環(huán)比較器輸出的控制信號按一定規(guī)律觸發(fā)導通，將動力電加到電機繞組上控制電機拖動負載運行 [4]。其次是如何反映電機產(chǎn)生的電磁轉矩大小，以便有效地控制電機的電磁轉矩。電機內(nèi)部的機電禍合關系是通過磁場作為媒體。信 xx 大學學士學位論文 4 號檢測、傳感主要指轉子位置檢測，電流與 電壓檢測等。對于一般的閉環(huán) (位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán) )電機控制系統(tǒng)，可以看成是機械運動正向控制，信號檢測、傳感，機電禍合關系與電氣控制這幾個部分。在電機的 DSP 控制中主要有以下幾個方面的問題： 1．控制系統(tǒng) 結構電動機作為主要動力執(zhí)行元件之一，在實際工作中承擔的主要任務是拖動機械負載實現(xiàn)位置伺服、速度調(diào)節(jié)、轉矩或力的控制。 電機 DSP 控制的一般問題 在電機控制系統(tǒng)中，根據(jù)控制電路的器件構成可分為模擬電路、模擬數(shù)字混合電路和全數(shù)字電路。開關磁阻電機直到 20 世紀 60 年代大功率晶閘管得到廣泛應用后才得以深入研究。步進電機的控制可不用反饋控制，一般采用開環(huán)控制，使控制系統(tǒng)簡單并具有很高的精度。 4． 變磁阻電機控制系統(tǒng)變磁阻電機主要有同步磁阻電機、反應式步進電機和開關磁阻電機等。主要用于恒速、調(diào)速驅動以及精度要求較高的位置伺服系統(tǒng)。永磁無刷直流電機的特點是磁極位置檢測與無換向器電機一樣比較簡單，通常為磁敏式霍爾傳感器，驅 動控制易于實現(xiàn)，主要用于恒速驅動、調(diào)速驅動和精度要求不很高的位置伺服系統(tǒng)。 3．同步電機 控制系統(tǒng)永磁交流電機的驅動電源波形分為方波和正弦波。如繞線式感應電機可以實現(xiàn)轉子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速等，而鼠籠式感應電機可以實現(xiàn)電子變頻、變極調(diào)速等。 2．感應電機控制 系統(tǒng)感應電機定子一般為多對稱多相繞組 ，轉子可以使繞線式，也可以式鼠籠式繞組。 電機控制系統(tǒng)的類型 在電氣傳動系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)中，經(jīng)常需要使用各種各樣的驅動電機， xx 大學學士學位論文 3 如直流電機、感應電機、無刷直流電機、永磁同步電機、步進電機等。為此，無傳感器的控制系統(tǒng)成為新的研究熱點。 4. 新型電機和無傳感器控制技術研究 各種電機控制系統(tǒng)的發(fā)展對電機本身提出了更高的要求，需要研究新型電機設計、動態(tài)建模和控制策略。但是單片機只能處理信息量不大的簡單系統(tǒng)，而對于交流電機等較為復雜的系統(tǒng)就需要存儲多種數(shù)據(jù)、實時處理 能力，此時就可采用微處理器或DSP 芯片的嵌入式解決方案。矢量變換控制方法己經(jīng)從最初的感應電機推廣到了同步電機的控制，并出現(xiàn)了基于矢量變換的各種控制技術。 2. 矢量變換控制技術與現(xiàn)代控制理論的應用 矢量變換控制主要研究感應電機的動態(tài)控制過程，不但控制電流和磁通等變量的幅值，同時也控制這些變量的相位。目前己經(jīng)有許多采用 MOSFET 和 IGBT 器件做成的變頻器產(chǎn)品，開關頻率可達20kHz，實現(xiàn)無噪聲驅動。交直交電流型變換器的優(yōu)點在于可實現(xiàn)自然換相，并且容量可以做的很大，但是平波電抗器比較笨重，當電源存在干擾時會造 成換相失敗。 典型的功率控制器有直流斬波器、交直交電流型或電壓型變換器、交交循環(huán)變換器和矩陣變換器等。電機控制的基本手段是如何控制 PWM 波形使得功率控制器件輸出的電壓和電流波形能滿足電機高性能運行的要求。 隨著電力電子技術、微電子技術和稀土永磁材料的飛速發(fā)展，高性能電機控制系統(tǒng)技術不斷地更新，成本不斷降低，新型電機不斷出現(xiàn)，交流電機驅動系統(tǒng)正不斷地取代直流電機控制。電機的位置控制系統(tǒng)或位置伺服系統(tǒng)也稱為電機的運動控制 (MotorControl)系統(tǒng)。 就電機控制的目標來講，主要有速度控制和位置控制兩大類。從最初的抵消有級控制發(fā)展到現(xiàn)在的高性能智能型控制系統(tǒng)?；诖?，我們有必要構建一個電機控制級平臺，使其 可以同時實現(xiàn)對幾種或幾種電機控制，也可以以此平臺為基礎，為電機的控制系統(tǒng)及其控制策略的深入研究奠定基礎。不 難發(fā)現(xiàn)，一部分電機的控制系統(tǒng)在硬件結構上有很多相似之處，只是在具體控制方法和策略的軟件實現(xiàn)上有所不同。 Abstract .................................................................................... 錯誤 !未找到引用源。Motor control system。硬件包括計算機， ICETEK 仿真器、 ICETEKVC5509A 系統(tǒng)板相關連線及電源，在設計上實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路小型化及模塊化。 論文首先分析 了電機控制的發(fā)展現(xiàn)狀，指出電機控制的一般問題及 DSP 控制系統(tǒng)的特點。尤其是將 DSP 技術運用到電機控制之后硬件的統(tǒng)一性與軟件的靈活性可以有機結合，電機的數(shù)字化及集成化控制成了電機控制的發(fā)展方向。 xx 大學學士學位論文 I 基于 DSP 電機控制技術的研究 摘要 電機在各種電氣傳動和位置伺服系統(tǒng)中占有及其重要的位置，電機控制的目標主要是速度控制和位置控制。近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、材料技術的飛速發(fā)展，電機控制的研究也越來越重要，高性能電機控制系統(tǒng)也在不斷地更新。本課題以曾經(jīng)在實際工程項目中使用到的步進電機為例，在實現(xiàn)這種電機的DSP 控制的基礎上，建立電機控制機平臺，設計電機控制系統(tǒng)。闡述了步進電機的基本構成、工作原理、控制系統(tǒng)的構成及其基本控制策略，給出了基于 DSP 的電機控制系統(tǒng)設計方案 , 然后在前期的工作及所取得的階段性成果的基礎上，以 TI 公司的 DSP TMS320C55 為核心設計了硬件系統(tǒng)，并編寫了系統(tǒng)軟件。軟件采用 C 語言編程方式，根據(jù)系統(tǒng)設計的硬件電路及采用的控制策略，編寫了相應的控 制系統(tǒng)軟件 關鍵詞 DSP；電機控制系統(tǒng)；脈寬調(diào)制 xx 大學學士學位論文 II Research on Motor Control Technology Based on DSP Abstract Motors play an extremely important role in multifarious electric drive and position servo systems． The aims of motor control are mainly speed and position control． With the fast development of power electronics， microelectronics and materials ， the research of motor control recently bees more and more important and the motor control system with high performance is updated ceaselessly． Motor control is on the way of digital and intergration especially when the DSP technologies which can bine the oneness of hardware with the flexibleness of software are applied to it． This thesis takes a stepper motor which have been used before in some projects for example realizes DSP solutions for the motors ． First of all， the thesis analyses the development and actuality of motor control system, indicates the men existing problem， and introduces the characteristics of DSP solution for motors． Secondly， the basic elements and the operating principle of the stepper motor model is analyzed． The structure of control system and its control strategies are also resaerched in this thesis, at the same time， the design scheme of the syetem based on DSP is expounded. Thirdly， on the basis of the present oute， the hardware and software of syetem based on TMS320C5 produced by TI Company are designedIn the hardware of system， Computer、ICETEK simulater 、 ICETEKVC5509A syetem circuit 、 power line andpowersupply circuit are realized． In the soft ware of the system， the software are written in C according to hardware circuit structure abd con trol strategies of the system． Keywords DSP。PulseWidth Modulation xx 大學學士學位論文 III 目錄 摘要 …… .................................................................................. 錯誤 !未找到引用源。 第 1 章 緒論 ................................................................................................................ 1 課題背景 ..