【正文】 在短時間內(nèi)實現(xiàn)飛速發(fā)展，并得到長時間的應用，一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使得直流電機調(diào)速有傳統(tǒng)的模擬調(diào)速逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榛诟咚贁?shù)字控制器的數(shù)字調(diào)速，應用最廣泛的是PWM(Pulse Width Modulation)脈寬調(diào)制技術。近年來不斷受到其他各種電機(如交流變頻電動機、步進電機等)的挑戰(zhàn)，但它具有的線性調(diào)速特性、簡單控制特性、高效平滑運轉(zhuǎn)的特性使得其性能無人能比。隨著各類電機的制造成功，電力拖動技術也迅速的發(fā)展起來。目前，美、俄、瑞士等電機發(fā)達國家已經(jīng)制造出115~123萬kW汽輪發(fā)電機，美國制造出70萬kW的水輪發(fā)電機。與同年12月在上海南市發(fā)電廠并網(wǎng)發(fā)電，一舉振動了國際工業(yè)界。僅有些小電機廠，設備簡陋，大多數(shù)屬于修理和裝配性質(zhì)的，解放后我國的電機制造業(yè)得到迅速發(fā)展。當今電機拖動技術已步入廣泛應用，交流電機應用日益普及，但直流電機仍在應用中占很重要的位置，由于其線性調(diào)速性能好，控制簡單，高質(zhì)高效平滑運轉(zhuǎn)的特性使得直流電機仍然在許多小功率應用場合處于不可替代的位置。到20世紀初，現(xiàn)代各種電機均已世界制造成功。1888年多里沃多勃羅沃爾提出三相制，并制造出三相感應電機。1878年亞布洛挈夫使用交流電動機和變壓器為他發(fā)明的裝置供電?？梢娫陔姍C和電力拖動發(fā)展史上首先得到應用的是直流電動機。1831年法拉利發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，為生產(chǎn)制造各種電機提供了依據(jù)。這是人類制造出的最早的可供實用的電動機，也是最早的電力拖動。在此基礎上人們在實驗室里制造出直流電動機的模型。本論文的選題不論是從理論上還是從實踐上都有十分重要的意義。DSP 芯片生產(chǎn)商主要有：Motorola 公司、ADI公司和TI公司，本課題采用的DSP芯片是TMS320LF2407A，該芯片專為電機控制而設計研發(fā)的。飛思卡爾公司生產(chǎn)的MC9S12XS系列單片機，其中目前應用于智能汽車比賽的XS256單片機就是一款集成度極高數(shù)字運算處理能力較強的單片機。單片機在數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)應用中起著十分重要的作用。尤其是微型計算機控制技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展使得直流電機調(diào)速技術正向數(shù)字化，高頻化和智能化發(fā)展。然而其能源利用率較低，資源浪費較為嚴重，這使得尋求一種更為有效的直流電機控制方式成為必然。關鍵詞：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、PWM、DSP、硬件設計、PI控制和模糊算法ABSTRACTAlong with advances in technology and the arrival of the digital industrial control, the structure and control methods of DC motor have undergone great changes. In order to meet the needs of modern industry, what achieve accurate, efficient alldigital control makes the motor control of increasingly high demand. People began to seek the most effective, the most integrated and the most accurate way to control. With continual emergence of new power electronic devices and development of puter control , a fullcontrolled switching power ponents for pulse width modulation (Pulse Width Modulation, PWM) control is being the mainstream. At the same time, the highspeed digital signal processors e out and continues to develop, making the alldigital highspeed processor (DSP)based motor control as possible and play a strong role in practical applications, significantly improving the control system performance and increasing the productivity .On the base of the analysis of the working principle and the mathematical model of DC PWM reversible speed control system ,the digital control technology and the fuzzy control strategy have been systematically studied. This paper briefly describes the research background and introduces motor drag in the development history of domestic, international profiles and the DC Speed ??Control System. The thesis is based on the practical application of engineeringbased design requirements, indepth analysis of the principle of DC PWM speed control system, the design of hardware circuitry and software algorithms, and the PI control algorithm and fuzzy control algorithm. This paper selected the digital signal processing chip of TMS320F2407A produced by the Texas Instruments. And this paper analyzed the strategy as well as the sensor detectors,the motor drive, humanputer interaction munication interface, the main power circuit applications. Finaly I plete the hardware design and test them in practice.KEY WORDS: DC reversible speed control system ，PWM， DSPhardware design ，the PI control and fuzzy algorithmIV目錄摘 要 IABSTRACT II目錄 II第一章 緒論 2 2 國內(nèi)外電機拖動發(fā)展簡況 2 2 GM系統(tǒng) 2 靜止式可控整流器 2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 2 本論文主要內(nèi)容及設計要求 2第二章 PWM直流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理 2 2 H型可逆PWM系統(tǒng)DSP控制分析 2 2 2第三章 基于DSP控制系統(tǒng)的硬件設計 2 2 系統(tǒng)參數(shù)計算與器件選型 2 主電路及相關參數(shù)計算 2 IPM選型及介紹 2 控制器選型 2 系統(tǒng)功能模塊電路設計 2 系統(tǒng)電源電路設計 2 正交編碼脈沖電路設計 2 傳感器檢測及保護電路設計 2 通訊模塊接口電路設計 2 IPM驅(qū)動與保護電路設計 2 外部擴展電路設計 2第四章 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的軟件設計 2 DSP開發(fā)環(huán)境 2 上位機程序設計 2 觸摸屏組態(tài)軟件介紹 2 2 2 主程序模塊 2 PWM波形生成子程序 2 中斷服務子程序 2 DSP與觸摸屏通訊程序 2 打印機程序設計 電流調(diào)節(jié)器算法設計 2 2 2第五章 基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真 2 2 2 2 2總結(jié) 2參考文獻 2致謝 2附錄1 2附錄2 2基于DSP直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設計 Error! No text of specified style in document.第一章 緒論隨著電氣時代的到來，電機應運而生，成為了重要的動力來源。并在此基礎上分析了控制策略以及在傳感器檢測、電機驅(qū)動、主功率電路應用、人機交互和通訊接口等方面展開了討論。論文立足于工程實際應用，基于設計要求，深入分析直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理，設計相關的硬件電路和軟件算法，并對PI控制算法與模糊控制算法進行研究。本文在深入分析直流脈寬可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學模型的基礎上，對其全數(shù)字化控制技術及其模糊控制策略進行了系統(tǒng)研究。隨著新型電力電子器件的不斷出現(xiàn)和計算機控制技術的發(fā)展，一種采用全控型開關功率元器件進行脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)的控制方式逐漸成為主流。CENTRAL SOUTH UNIVERSITY本科生畢業(yè)論文（設計）題 目： 基于DSP直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的設計 學生姓名： 指導教師： 學 院： 信息科學與工程學院 專業(yè)班級： 完成時間： 2012年6月 摘 要伴隨著科技的進步和工業(yè)控制數(shù)字化的到來，直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大變化。為滿足現(xiàn)代工業(yè)需求，實現(xiàn)精準、高效的全數(shù)字化控制使得電機的控制要求越來越高，人們開始不斷尋求最為有效、集成度最高、控制最精確的控制方式。與此同時，高速數(shù)字信號處理器問世并不斷發(fā)展，使得基于高速處理器（DSP）的全數(shù)字化電機控制方式成為可能，并在實際應用中發(fā)揮強大的作用，明顯改善控制系統(tǒng)性能，提高生產(chǎn)效率。論文首先簡要敘述了課題的研究背景，介紹電機拖動在國內(nèi)外的發(fā)展簡況以及直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷史。本方案選用德儀公司生產(chǎn)的電機專用數(shù)字信號處理芯片TMS320F2407A，完成了直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的控制器設計與制造。完成了相關的硬件設計并在實際中加以檢驗。近年來，隨著電機的結(jié)構(gòu)和控制方式的改變，直流電機的地位一再受到威脅，盡管交流電機具有相當?shù)膬?yōu)勢，但直流電動機的良好的調(diào)速性能、簡便的控制方式和較高的控制精度使得其仍在許多中小型電機應用中發(fā)揮作用。隨著電力電子技術和計算機控制技術的飛速發(fā)展，電氣傳動技術正面臨著一次新的改革和刷新。為了使直流調(diào)速系統(tǒng)與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，提高系統(tǒng)集成化智能化，提升系統(tǒng)的運作性能，必須實現(xiàn)直流調(diào)速系統(tǒng)的全數(shù)字化控制。例如由 Intel 公司 1983年開發(fā)生產(chǎn)的 MCS96系列是目前性能較高的單片機系列之一，適用于高速、高精度的工業(yè)控制。但隨著直流電動機性能的不斷改進和電機調(diào)速要求不斷提高，控制算法和控制策略日益復雜，此時就需要高性能，高速度的新一代處理器，于是出現(xiàn)了新一代的數(shù)字信號處理器DSP(Digital Signal Processing),此時DSP在電機調(diào)速的應用中發(fā)揮出驚人的優(yōu)勢。本課題以雙閉環(huán)控制的直流有刷電機為研究對象，設計出基于DSP的可逆直流調(diào)速控制系統(tǒng)的實驗裝置。 國內(nèi)外電機拖動發(fā)展簡況1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流在磁場中受力的物理現(xiàn)象，隨后由安培對這種現(xiàn)象進行總結(jié)。1834年亞哥比制造出第一臺可供使用的直流電動機，1838年人們將亞哥比直流電動機用于拖動電動輪船實驗，小艇在涅瓦河上載運11人，以4km/h的速度順流而下和逆流而上，獲得成功。當時還沒有可供實用的發(fā)電機，為電動機供電的是化學電池。此后制造出直流發(fā)電機，替換了昂貴的化學電池，為直流電動機的擴大應用提供了電源。1871年凡麥爾準發(fā)明了交流電機。1885年意大利物理學家費拉利斯發(fā)現(xiàn)了二相電流可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，一年后費拉利和美國的恒斯拉幾乎同時制造出兩相感應電動機的模型。此后三相交流電機迅速發(fā)展起來。進入20世紀之后，人們在降低電機成本，減小電機尺寸，提高電機性能，選用新型電磁材料，改進電機生產(chǎn)工藝等方面進行大量工作。我國的電機制造工業(yè)實際上是解放后才發(fā)展起來的，解放前由于我國長期處于半封建半殖民地的地位，工業(yè)基礎十分薄弱。50年代迅速的建成了一批如哈爾濱電機廠，上海電機廠，沈陽變壓器廠等大型電機制造骨干企業(yè)?，F(xiàn)在我國已能對外出口成套大型發(fā)電設備。與這些國際先進水平相比，我國電機制造業(yè)尚有一定的差距，尚需我國電氣科技工作者繼續(xù)努力。長期以來，直流電動機一直占據(jù)著速度控制和位置控制的統(tǒng)治地位。在歐美國家，大型生產(chǎn)裝置和成套生產(chǎn)線仍然多用直流調(diào)速。直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電動機。然而隨著電機結(jié)構(gòu)的變化以及新型電機技術的發(fā)展，其地位不斷受到其他傳動電機的挑戰(zhàn)，但由于其良好的調(diào)速性能、簡便的控制策略和較高的控制精度使得其能在現(xiàn)在許多中小型電機廠得到足夠的應用。 經(jīng)過這些年的發(fā)展，直流電機控制技術目前較為成熟，考慮到經(jīng)濟可行調(diào)速范圍和性能等問題，變壓調(diào)速成為控制直流電動機的主要方法，即調(diào)節(jié)直流電動機的電樞電壓，然而根據(jù)控制電機電樞電壓所用的可控電源不同可以將電機調(diào)速方法分為如下三種