【正文】 還提供了高度專業(yè)化的指令集，提供了 FFT 快速傅立葉變換和濾波器的運算。單片機采用馮 .諾依曼結構，程 序和數(shù)據(jù)在同一空間存取，同一時刻只能單獨訪問指令和數(shù)據(jù)、 ALU 只能做加法，乘法需要由軟件來實現(xiàn)，選題背景 第 5 頁 (共 41 頁 ) 因此占用較多的指令周期，也就是說速度比較慢。又配有內置高速硬件乘法器、多級流水線，使 DSP 器件具有高速的數(shù)據(jù)計算能力。更為不同的是，DSP 器件為精簡指令器件，大多指令都能在一個周期內完成，并且通過并行處理技術，使一個指令周期內可完成多條指令。 DSP 具有更快的 CPU,更大容量的存 儲器，內置有波特率發(fā)生器和 FIFO 緩沖器，提供高速、同步串口和標準異步串口。越來越多單片機用戶開始選用DSP 器件來提高產(chǎn)品性能， DSP 器件取代高檔單片機的時機己成熟 [3]。近年來，各種集成化一單片 DSP 的性能得到很大的改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，越來越好，價格卻大幅度降低。 使用高性能的數(shù)字信號處理器 (DSP)來解決電機控制器不斷增加的計算量和速度需求是目前較為普遍的做法。這種電機控制可以通過使用先進的電機控制理論、采用高效的控制算法來實現(xiàn)。許多設備試圖使用 8 位或是準 16 位微處理器實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制，然而它們內部體系結構和計算功能都阻礙了這一要求的實現(xiàn)。 隨著現(xiàn)有的工業(yè)電氣傳動、自動控制和家電領域對電機控制產(chǎn)品需求 的增加用戶也不斷提高對電機控制技術的要求。所有這些都使得模擬控制器的可重復性比較差，控制效果不理想，因此調速電機的控制器逐漸朝數(shù)字化方向發(fā)展。 電機的控制器經(jīng)歷了從模擬控制器到數(shù)字控制器的發(fā)展。運動控制使被控機械實現(xiàn)精確位置控 制、速度控制、加速度控制、轉矩或力控制，以及這些被控基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)的設計 第 4 頁 (共 41 頁 ) 機械量的綜合控制。例如在工業(yè)自動化、辦公室自動化和家庭住宅自動化方面使用大量的電機，幾乎都采用功率器件進行控制，將預定的控制方案、規(guī)劃指令轉變成期望的機械運動。另一方面 ，由于應用了電力電子技術，電機的控制技術變得更加靈活，效率也更高，如變頻器控制的異步電機及伺服系統(tǒng)即是典型的例子 [2]。 國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 近些年來，隨著現(xiàn)代電力電子技術、控制技術和計算機技術的發(fā)展，電機的應用技術也得到了進一步的發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術層出不窮。 在控制系統(tǒng)的構成上，本課題對硬件電路進行了設計，而這個硬件系統(tǒng)具有一定的通用性，也即可以將它作為一個硬件平臺，在其它過程控制中應用。 課題研究的目的及意義 長期以來，直流電機一直占據(jù)著速度控制和位置控制的統(tǒng)治地位。每一次的技術升級都是控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進。目前，對于控制對象的研究和討論很多，有比較成熟的理論，但實現(xiàn)控制的方法和手段隨著技術的發(fā)展，特別是計算機技術的發(fā)展，不斷地進行技術升級。直流調速系統(tǒng)的內容十分豐富，有開環(huán)控制系統(tǒng)，有閉環(huán)控制系統(tǒng)；有單閉環(huán)控制系統(tǒng)，有雙閉環(huán) 控制系統(tǒng)和多閉環(huán)控制系統(tǒng)；有可逆調速系統(tǒng)，有不可逆調速系統(tǒng)等。用計算機技術實現(xiàn)直流調速控制系統(tǒng)，計算機的選型很多。隨著數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，給直流調速控制提供了新的手段和方法。有不少的研究者己經(jīng)在用 DSP 作 為控制器進行研究。隨著計算機技術和電力電子技術的飛速發(fā)展，兩者的有機結合使電力拖動控制技術產(chǎn) 生了新的變化。近代，隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展，對電氣傳動在起制動、正反轉以及調速能力、靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面都提出了更高的要求，所以計算機控制電力拖動控制系統(tǒng)已成為計算機應用的一個重要內容。特別是隨著電力電子技術和微電子學的發(fā)展，在相互競爭中完善著自身 ，發(fā)生著變更。根據(jù)電動機的不同，工程上通常把電氣傳動分為直流電氣傳動和交流電氣傳動兩大類 。 基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)的設計 第 2 頁 (共 41 頁 ) 2 選題背景 題目來源 題目來源于生產(chǎn) /社會實際。介紹了該系統(tǒng)的基本結構、工作原理、運行特性及其設計方法。 本設計在對永磁無刷直流電動機調速系統(tǒng)的發(fā)展及應用綜述的基礎上，介紹了采用 DSP 芯片對無刷直流電動機進行換向與轉速控制的微機控制系統(tǒng)。它集 DSP 的信號高速處理能力及適用于電機控制的優(yōu)化的外圍電路于一體，可以為高性能傳動控制提供可靠高效的信號處理與控制硬件。尤其值得指出的是，我國稀土資源豐富，稀土磁鋼生產(chǎn)已達到國際水平，如果充分利用和發(fā)揮我國在這方面的優(yōu)勢，大力發(fā)展稀土永磁電機 ，形成無刷直流電動機系列產(chǎn)品，將對提高我國機電產(chǎn)品在國際市場的競爭力，具有戰(zhàn)略意義。 Speed regulation 前言 第 1 頁 (共 41 頁 ) 基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)設計 1 前言 無刷直流電動機控制系統(tǒng)是一種新型的調速系統(tǒng)。 DSP(digital signal processor)。 Based on TI’s DSPTMS320LF2407A and IR’s drivingchipIR2130 and MosfetIR2807the hardware circuit is designed。 【 關鍵詞 】 無刷直流電機；數(shù)字信號處理器；位置傳感器；調速 VII Design of a BLDC Motor Based on DSP Student: zhan mei jin, Department of Information Tutor: wang yu ,Engineering amp。利用 DSP 系列芯片進行低成本、高智能無刷直流電動機控制系統(tǒng)的設計，能夠簡化系統(tǒng)構成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能、滿足更多應用場合的需要。隨著電力電子技術和微控制技術的迅猛發(fā)展而成熟起來的永磁無刷直流電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點，從而使其極有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電機成為電機的主流。學生掌 握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)設計 (論文 )是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。學生的學習態(tài)度和組織紀律，學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)設計 (論文 )是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。 八、工作的主要階段、進度與時間安排 第一階段： 2020 年 10 月 31 日 ～ 2020 年 11 月 10 日，查閱文獻資料，完成開題報告 ； 第二階段： 2020 年 11 月 11 日～ 2020 年 12 月 11 日： 查閱相關資料及進行方案論證，做好計劃 ； 第三階段： 2020 年 12 月 12 日～ 2020 年 3 月 5 日：研究無刷電機的基本結構和原理，電動機控速策略， SPWM 控制技術， TMS320LF24X 系列芯片的特點， DSP 在運動控制領域的應用，器件的選型 第四階段： 2020 年 3 月 6 日～ 2020 年 3 月 31 日：完成外文翻譯 第五階段： 2020 年 4 月 1 日 ～ 2020 年 4 月 30 日，編制軟件 編程、仿真、進行軟件硬件調試與系統(tǒng)調試； 第六階段： 2020 年 5 月 1 日 ～ 2020 年 5 月 20 日：畢業(yè)論文及相關文檔定稿、審查、評閱； 第七階段： 2020 年 6 月 6 日 ～ 2020 年 6 月 8 日：畢業(yè)設計答辯。 本次設計采用的是 TI 公司的電機控制專用 DSP 芯片 （ TMS320LF2407A） ，由該芯片控制的其無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件結構簡單、軟件實現(xiàn)方便，系統(tǒng)的功耗低、控制精度高、實時性強、升級空間較大，而且能夠方便地與上位機進行數(shù)據(jù)的交換和傳輸 ，能夠實現(xiàn)的控制功能豐富。 本設 計總共分成六個部分：第一部分主 DSP 外圍電路的設計；第二部分轉子電路設計；第三部分 DSP 電源及電壓電路的設計；第四部分驅動及逆變單元的設計，第五部分外擴存儲器接口電路設計，第六部分保護電路的設計。該設計方案電路簡單、可靠性強、價格便宜。 如何控制無刷電動機的速度 解決思路 II 利用反電動勢過零點檢測轉子位置信號 對于小功率或對電源效率要求較低的時候可以采用低電壓差線性穩(wěn)壓器。 五、主要研究（設計）內容、關鍵問題及解決思路 主要研究內容 根據(jù)其調速原理確定系統(tǒng)的控制結構、控制技術、控制策略及控制芯片等； 以 TI 公司 DSP— TMS320LF2407A 為控制核心，結合 IR 公司的驅動芯片 — IR21功率開關管 — IRF2807，進行系統(tǒng)硬件電路的設計； 應用 C 語言進行系統(tǒng)軟件程序的編寫。 我們國家在這方面的研究也十分活躍，近幾年來，基于 DSP 控制器的無刷直流電機調速系統(tǒng)的研究也取得了很多成果，但是這方面的技術還很不成熟，沒有形成系列產(chǎn)品，主要采用國外成熟的系統(tǒng)。目前國外全數(shù)字伺服系統(tǒng)己經(jīng)部分形成系列，如德國 Lens 公司，而寶鋼引進軋機流水線 ,電氣傳動基本采用了無換向器電機實現(xiàn)。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會發(fā)表的 《 2020 年全球機器人報告 》 預測，全球現(xiàn)在至少有 76萬臺機器人正投入使用，在未來 3 年內，全球機器人的數(shù)量將接近百萬臺，目前包括中國、巴西和墨西哥在內的一些 發(fā)展中國家也在工業(yè)生產(chǎn)中使用機器人，且需求增長十分驚人。小功率無刷直流電機主要應用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計算機外設復印機和家用電器中，它正迅速取代傳統(tǒng)的直流電機和異步電機。近年來，隨著新材料技術的發(fā)展，無刷直流電機也 II 迅速的發(fā)展，其功率覆蓋等級較大。尤其值得指出的是，我國稀土資源豐富，稀土磁鋼生產(chǎn)已達到國際水平，如果充分利用和發(fā)揮我國在這方面的優(yōu)勢，大力發(fā)展稀土永磁電機，形成無刷直流電動機系列產(chǎn)品，將對提高我國機電產(chǎn)品在國 際市場的競爭力，具有戰(zhàn)略 意義 。 無刷直流電動機控制系統(tǒng)是一種新型的調速系統(tǒng)。無刷直流電動機是一種自控式調速系統(tǒng)，它無需像普通同步電動機那樣需要啟動繞組；適合長期低速運轉、頻繁啟動的場合，在負載突變時，不會產(chǎn)生振蕩和失步。而隨著控制智能化，儀器小型化，功耗微小化等對設備要求的日益苛刻，把單片機應用于電動機的控制也越來越成為研究的焦點。 二、研究（設計）目的和意義 在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。 (4)2020 年 5 月 25 日前提交畢業(yè)設計（論文）初稿，要求排版格式規(guī)范，字數(shù)在 15000 字左右。 長江大學工程技術學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 題 目 名 稱 基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)設計 系 部 信 息 系 專 業(yè) 班 級 自動化 6100X 班 學 生 姓 名 XXX 指 導 教 師 XX/講師 輔 導 教 師 時 間 2020 年 9 月 至 2020 年 6 月 目錄 任務書 ............................................................................................................................. I 開題報告 ........................................................................................................................II 指導教師評審意見 ...................................................................................................... III 評閱教師評語 .............................................................................................................. IV 答辯記錄及成績評定 ................................................................................................... V 中文摘要 ...................................................................................................................... VI 英文摘要 ...................................................................