【正文】 級產(chǎn)品，圖21為TMS320LF2407A DSP控制器功能結(jié)構(gòu)。 TMS320LF2407A高性能數(shù)字信號處理芯片簡介TMS320LF2407A系列是TMS320C2000家族中最新、功能強(qiáng)大的DSP芯片，是當(dāng)今世界上集成度較高、性能較強(qiáng)、低成本的運動控制芯片，對電機(jī)運行的數(shù)字化控制非常實用。由DSP芯片生成的四路對稱式PWM信號經(jīng)過外圍硬件隔離驅(qū)動電路的處理，用于進(jìn)一步為由四只功率MOSFET組成的H型PWM變換器和有刷直流電動機(jī)構(gòu)成的主電路提供相匹配的驅(qū)動信號。由于結(jié)合了模擬電路和數(shù)字電路的優(yōu)點，使得整個調(diào)速系統(tǒng)既具有響應(yīng)速度快，穩(wěn)定度好的特點，又可提高速度精度和系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能指標(biāo)，并且充分利用DSP自身特點，使整個控制器體積減小、方便靈活、價格低廉。另外，TMS320LF2407A還帶有多達(dá)12路的脈寬調(diào)制輸出通道，可方便的產(chǎn)生對稱式或非對稱式的PWM脈沖信號，這樣我們便可以省去模擬電路中脈寬調(diào)制器UPW及調(diào)制波發(fā)生器GM等模擬環(huán)節(jié)。在芯片的選擇上，使用了TI公司專門為電機(jī)量身設(shè)計的DSP芯片TMS320LF2407A，它是TMS320C2000電機(jī)專用芯片家族中性價比最優(yōu)的一款16位處理器芯片。數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)在國外發(fā)達(dá)國家，以成為直流電氣傳動方向的主流，而在國內(nèi)這方面的發(fā)展還不太令人滿意，基本上采用國外產(chǎn)品，但由于國外產(chǎn)品價格較高，且不太適合中國國情，故迫切需要研制一套適合中國國情的智能型直流PWM調(diào)速控制器。利用DSP功能多、容量大、運算速度快、控制規(guī)律容易改變等優(yōu)點，可以很方便的通過軟件編程實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的控制算法，并且可提高閉環(huán)精度，具有比模擬系統(tǒng)高許多的動、靜態(tài)性能指標(biāo)。 (4)借助一些人機(jī)界面設(shè)備(如與處理器相連的液晶顯示屏、控制面板、觸摸屏等)實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控、預(yù)警、故障診斷等功能；借助處理器的通訊能力實現(xiàn)與上位機(jī)的通訊；借助現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)底層控制設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)；因而更方便地實現(xiàn)高復(fù)雜度的多機(jī)協(xié)同工作。能的各種控制策略和方法，如矢量控制、多變量模糊控制等。(5)DSP將硬件的統(tǒng)一性和軟件的靈活性有效的結(jié)合，DSP電機(jī)控制電路硬件可以統(tǒng)一，比如DSP控制三相逆變器驅(qū)動相應(yīng)的感應(yīng)電動機(jī)、無刷直流電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)，他們的硬件結(jié)構(gòu)基本上統(tǒng)一。(4)數(shù)字電路不存在溫漂問題，不存在參數(shù)變化的影響。(2)DSP的應(yīng)用使得電機(jī)控制器的硬件能夠設(shè)計得更小，重量也更輕，并且功耗也下降。基于DSP的電機(jī)控制主要有以下特點：(1)DSP芯片采用哈佛結(jié)構(gòu)或者采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)與程序運用相互獨立的總線結(jié)構(gòu)，從而計算能力有效提高。傳統(tǒng)的數(shù)字控制系統(tǒng)一般以單片機(jī)作為其控制核心，采用DSP作為直流電機(jī)的控制核心則有單片機(jī)無法比擬的優(yōu)勢：運算速度快、精確度高、存儲量大，并且具有邏輯控制功能以及各種中斷處理能力，豐富的數(shù)字輸入輸出端口，以及電機(jī)專用的PWM輸出口。例如：電動機(jī)的電流和電壓為連續(xù)模擬信號，它們經(jīng)過采樣保持后成為離散模擬信號；利用鍵盤輸入的給定信號是數(shù)字信號，絕對編碼器檢測的位置信號也是數(shù)字信號。 (3)采用高速數(shù)字信號處理器為控制器，可以實現(xiàn)復(fù)雜的高性 基于DSP控制電機(jī)的主要特點電動機(jī)的DSP控制系統(tǒng)大都是數(shù)字部件和模擬部件組成的混合系統(tǒng)，而全數(shù)字控制系統(tǒng)則是當(dāng)前發(fā)展的方向。 數(shù)字控制的主要特點如下： (1)控制系統(tǒng)集成度高，硬件電路簡單而且統(tǒng)一，可靠性高，可重復(fù)性好，對于不同的控制對象和控制要求，只需改變控制算法軟件即可，可以實現(xiàn)同一控制器既可控制直流電機(jī)又可控制交流電機(jī)。因而，連續(xù)控制已經(jīng)不能適應(yīng)運動控制系統(tǒng)的發(fā)展需要。在通過DSP控制速度的同時，也結(jié)合了PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，這樣可以精確控制速度，以此消除以往其它控制方式所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差及更有效地消除電路的干擾。采用DSP控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性提高，操作維護(hù)方便，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運行時的精度可達(dá)到較高水平，各項指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求。近年來，一些先進(jìn)國家陸續(xù)推出并大量使用以DSP為核心的多種交、直流電氣傳動裝置。隨著DSP技術(shù)、超大規(guī)模集成電路、新型電力開關(guān)器件和傳感器的出現(xiàn)，以及自動控制理論、電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，電氣傳動裝置不斷向前發(fā)展。連續(xù)控制系統(tǒng)中由模擬電子電路構(gòu)成的調(diào)節(jié)器，由于校正參數(shù)不容易調(diào)整，對控制對象適用能力差，難于實現(xiàn)各種新型的控制方法。數(shù)字控制可由通用的DSP來實現(xiàn)，DSP除完成數(shù)字運算外，還可以實現(xiàn)PID以及其它各種特殊的控制算法，可以存儲和計算不同條件下的速度設(shè)定值及變化規(guī)律。隨著新型電力半導(dǎo)體器件MOSFET、IGBT等的發(fā)展，開關(guān)器件具有了開關(guān)速度快、驅(qū)動簡單和可自關(guān)斷等優(yōu)點，克服了晶閘管的主要缺點。國外主要電氣公司如瑞典的ABB公司、德國的西門子公司、AEG公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的GE公司、西屋公司等，均己開發(fā)出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。對某些中小功率裝置，正在做到使電動機(jī)和控制設(shè)備組和一體化。晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟(jì)各部門得到廣泛地應(yīng)用。 直流調(diào)速系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀我國從六十年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速地發(fā)展和廣泛地應(yīng)用。此外，由于晶閘管的開、關(guān)時間比較長，加上存在換流環(huán)節(jié)，使得斬波器的工作頻率不能太高(一般在30OHz以下)，電機(jī)上的力矩脈動和電流脈動比較嚴(yán)重。但晶閘管斬波調(diào)速器不足之處是:晶閘管一旦被觸發(fā)，其關(guān)斷必須依賴換流電容和換流電感振蕩產(chǎn)生反壓來實現(xiàn)，增加了裝置的成本和換流損耗。采用簡單的單管控制時，稱作直流斬波器，后來逐漸發(fā)展成各種脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)電路，簡稱脈寬調(diào)制變換器 (PWM)。但是晶閘管屬于半控型器件，使得其在VM系統(tǒng)中的應(yīng)用受到一定限制。通過調(diào)節(jié)GT的控制電壓姚來控制觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓價，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。它雖然克服了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點，而且還大大縮短了響應(yīng)時間，但閘流管容量小，汞弧整流器造價高，維護(hù)麻煩，萬一水銀泄露，將會污染環(huán)境，危害人身健康。此后，開始采用各種靜止式的變壓或變流裝置來替代旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G一M系統(tǒng)。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展因為直流電機(jī)調(diào)速主要采用調(diào)壓調(diào)速，調(diào)節(jié)電樞電壓需要有專門的可控直流電源，所以，以可控直流電源的發(fā)展可把直流電機(jī)調(diào)速分為三個階段:旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓凋速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。I變化時遇到的時問常數(shù)同I變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。I變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。這種機(jī)理使直流電動機(jī)具有良好的轉(zhuǎn)矩控制特性，從而有優(yōu)良的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能。直流電機(jī)電樞繞組中的電流I。正交。電樞繞組通過電樞電流I，則產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁勢F。特別是如軋鋼機(jī)、龍門刨床和高精度機(jī)床等傳動中，直流電機(jī)都占主要地位。北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 引 言現(xiàn)代化建設(shè)離不開機(jī)械，而機(jī)械運轉(zhuǎn)的動力很多是由電機(jī)提供的，這主要包括了直流電機(jī)和交流電機(jī)兩種，雖然交流電機(jī)的發(fā)展將最終取代直流電機(jī)，但直流電機(jī)還將在很長一段時間里一直占據(jù)重要地位。直流電動機(jī)具有良好的啟動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用。直流電機(jī)概述 定子勵磁繞組通過直流電流I時產(chǎn)生勵磁磁勢F和主磁通。由于直流屯機(jī)的電刷在幾何中線AB上，因此勵磁磁勢F與電樞反應(yīng) 磁勢F。通常直流電機(jī)在其主磁極上加有補(bǔ)償繞組，電樞反應(yīng)磁勢對主磁通沒有影響。與定子主磁通相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，電樞因而轉(zhuǎn)動。 因此，調(diào)速方法三種： (1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓u改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法．對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。 (2)改變電動機(jī)主磁通西改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通，從電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。 (3)改變電樞回路電阻R在電動機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便．但是只能有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟：空載時幾乎沒什么調(diào)速作用；在調(diào)速電阻上消耗大量電能。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。 改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓凋速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。改變電阻只能有級調(diào)速。因此，現(xiàn)實中直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。靜止式可控制整流器。 20世紀(jì)60年代以前廣泛使用的是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，由交流電動