【正文】 在一起，就獲得一個既功能強大又非常經(jīng)濟(jì)的電機(jī)控制專用的DSP芯片。但是這可能超出上述微處理器的計算能力。例如，在很多領(lǐng)域（如工業(yè)、家電和汽車），用戶希望使用效率高且去掉霍爾效應(yīng)傳感器的電機(jī)。總是希望能在驅(qū)動系統(tǒng)中集成更多的功能，達(dá)到更高的性能。數(shù)字控制器與模擬控制器相比較，具有可靠性高、參數(shù)調(diào)整方便、更改控制策略靈活、控制精度高、對環(huán)境因素不敏感等優(yōu)點。由于模擬器件的一些參數(shù)受外界因素影響較大，并且它的精度也差。因此現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)離不開功率器件和電機(jī)控制器的發(fā)展[5]。這種新型控制技術(shù)己經(jīng)不是傳統(tǒng)的“電機(jī)控制”或“電氣傳動”而是“運動控制”。在實際中，電機(jī)應(yīng)用已由過去簡單的起?？刂啤⑻峁﹦恿槟康膽?yīng)用，上升到對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行精確的控制，使被驅(qū)動的機(jī)械運動符合預(yù)想的要求。除了人們己經(jīng)熟悉的普通電機(jī)外，許多不同用途的特種電機(jī)也不斷問世，如廣泛應(yīng)用于辦公設(shè)備的無刷直流電機(jī)和高精度的步進(jìn)電機(jī)、用于照相機(jī)的超聲波電機(jī)、用于心臟血液循環(huán)系統(tǒng)的微型電機(jī)等等。本直流電機(jī)控制系統(tǒng)采用經(jīng)典的數(shù)字增量式PID控制算法，在本文中對數(shù)字增量式PID控制的理論、設(shè)計和實現(xiàn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。在控制系統(tǒng)的構(gòu)成上，本課題對硬件電路進(jìn)行了設(shè)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(yīng)用。 課題研究的目的及意義長期以來，直流電機(jī)一直占據(jù)著速度控制和位置控制的統(tǒng)治地位。隨著新的控制芯片的出現(xiàn)，給技術(shù)升級提供了新的可能。這個過程經(jīng)歷了從分立元件控制，集成電路控制和單片計算機(jī)控制等過程。開展本課題研究的控制對象是閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；研究的目的是利用計算機(jī)硬件和軟件發(fā)展的最新成果，對控制系統(tǒng)升級進(jìn)行研究；研究工作是在對控制對象全面回顧總結(jié)的基礎(chǔ)上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件環(huán)境的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。經(jīng)過選擇，選取DSP芯片作為控制器。將計算機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展成果運用在直流調(diào)速系統(tǒng)中，在經(jīng)典控制的基礎(chǔ)之上探討一種新的控制方法，為計算機(jī)技術(shù)在電力拖動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用做些研究性的工作。直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制方法經(jīng)歷了機(jī)械式的、雙機(jī)組式的、分立元件電路式的、集成電路式的、單片機(jī)式的發(fā)展過程。電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和直流拖動技術(shù)的組合是技術(shù)領(lǐng)域的交叉，具有廣泛的應(yīng)用前景。直流調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著更為廣泛的應(yīng)用。由于直流電機(jī)具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，因此在工業(yè)場合應(yīng)用廣泛。縱觀電氣傳動的發(fā)展過程，交流與直流兩大電氣傳動并存于各個時期的各大工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，雖然它們所處的地位和作用不同，但它們始終隨著工業(yè)技術(shù)而發(fā)展的。t meet requirements of the motor control well, DSP technology just for the advanced control theory and plex control algorithm implementation provides a strong support.This design uses the American TI pany specially for motor control design of digital 16 fixedpoint DSP controller TMS320LF2407 as the controller. The chip set DSP signal the high processing capacity and used in motor control optimization the periphery of the circuit in a body, high performance driving control technology to provide reliable and efficient signal processing and control hardware. Motor control system is posed of detection devices, the main controller, power driver and PC ponents, which DSP controller is a key part of the motor control system , responsible for the motor feedback signal processing and output control signal to control the rotation of the motor.Keywords：DC motor, DSP, PID controller, PWM目 錄第1章 緒論 1 課題概述 1 課題研究的背景 1 課題研究的目的及意義 2 課題研究的現(xiàn)狀 2 課題研究的內(nèi)容 5第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計 6 系統(tǒng)的組成 62. 2 DSP芯片選擇 6 TMS320LF2407 DSP 控制器介紹 7 硬件方案論證 10 測速傳感器的選擇 10 功率驅(qū)動單元方案論證 11 鍵盤顯示方案論證 11 PWM實現(xiàn)方案論證 12 本章小節(jié) 12第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13 電源電路的設(shè)計 13 功率驅(qū)動單元的設(shè)計 13 PWM調(diào)速原理 14 電機(jī)驅(qū)動電路 15 速度檢測單元的設(shè)計 16 速度檢測的方法 16 速度檢測電路設(shè)計 17 按鍵控制單元的設(shè)計 18 顯示單元的設(shè)計 20 1602液晶介紹 20 顯示單元接口電路設(shè)計 20 通信單元的設(shè)計 21 本章小節(jié) 22第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 23 主程序的設(shè)計 23 主程序 23 初始化子程序 24 顯示程序 24 中斷服務(wù)程序的設(shè)計 24 PWM波發(fā)生程序 25 捕獲中斷程序 27 PID控制算法 28 PID控制原理 29 系統(tǒng)PID控制 29 本章小節(jié) 31第5章 系統(tǒng)總體調(diào)試 32 調(diào)試準(zhǔn)備 32 系統(tǒng)調(diào)試 32結(jié)論 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄 37 第1章 緒論 課題概述 課題研究的背景電氣傳動是以電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為控制對象，按生產(chǎn)機(jī)械工藝要求進(jìn)行電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制的自動化系統(tǒng)。電機(jī)的控制系統(tǒng)是由檢測裝置、主控制器、功率驅(qū)動器以及上位機(jī)組成，其中DSP控制器是電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)對電機(jī)的反饋信號進(jìn)行處理并輸出控制信號來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。本設(shè)計采用美國TI公司專門為電機(jī)數(shù)字化控制設(shè)計的16位定點DSP控制器TMS320LF2407作為微控制器?；贒SP的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：直流電機(jī)由于勵磁磁場和電樞磁場完全解耦，可以獨立控制，因此具備良好的調(diào)速性能，出力大、調(diào)速范圍寬和易于控制，廣泛應(yīng)用于電力拖動系統(tǒng)中。而隨著對電機(jī)控制要求的不斷提高，普通的單片機(jī)越來越不能滿足對電機(jī)控制的要求，DSP技術(shù)的發(fā)展正好為先進(jìn)控制理論以及復(fù)雜控制算法的實現(xiàn)提供了有力的支持。該芯片集DSP信號高速處理能力及適用于電機(jī)控制優(yōu)化的外圍電路于一體，可以為高性能傳動控制技術(shù)提供可靠高效的信號處理與控制硬件。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)； DSP； PID控制器； PWMThe Design of DC Motor Control System Based on DSPAbstract：The DC motor armature magnetic field and the excitation pletely decoupled, it can be independently controlled, so it has a good speed performance, contribute to a large power, widely speed range, and easy to control, so it is widely used in electric drive systems. With the motor control required for continuous improvement, mon single MCU can39。根據(jù)電動機(jī)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。特別是隨著電力電子技術(shù)和微電子學(xué)的發(fā)展，在相互競爭中完善著自身，發(fā)生著變更。近代，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動在起制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速能力、靜態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)方面都提出了更高的要求，所以計算機(jī)控制電力拖動控制系統(tǒng)已成為計算機(jī)應(yīng)用的一個重要內(nèi)容。隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機(jī)結(jié)合使電力拖動控制技術(shù)產(chǎn) 生了新的變化。有不少的研究者己經(jīng)在用DSP作為控制器進(jìn)行研究。隨著數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法。用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)直流調(diào)速控制系統(tǒng)，計算機(jī)的選型很多。直流調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)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(diào)速系統(tǒng)，有不可逆調(diào)速系統(tǒng)等[9]。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(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，不斷地進(jìn)行技術(shù)升級。每一次的技術(shù)升級都是控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進(jìn)。電機(jī)控制是DSP應(yīng)用的主要領(lǐng)域，隨著社會的發(fā)展以及對電機(jī)控制要求的日益提高，DSP將在電機(jī)控制領(lǐng)域中發(fā)揮越來越重要的作用。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高質(zhì)高效的平滑運轉(zhuǎn)的特性，盡管近年來不斷受到其它電動機(jī)的挑戰(zhàn)，但到目前為止，就其性能來說仍無其它電動機(jī)可比。另外，由DSP的特點量身訂做，可以在其它的控制系統(tǒng)中根據(jù)不同的要求進(jìn)行外圍電路的設(shè)計，進(jìn)而來構(gòu)成硬件系統(tǒng)，這樣既便于設(shè)計思想的物化，又使得設(shè)計系統(tǒng)更加緊湊，不浪費資源。 課題研究的現(xiàn)狀近些年來，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的應(yīng)用技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮。另一方面，由于應(yīng)用了電力電子技術(shù)，電機(jī)的控制技術(shù)變得更加靈活，效率也更高，如變頻器控制的異步電機(jī)及伺服系統(tǒng)即是典型的例子[1]。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(jī)，幾乎都采用功率器件進(jìn)行控制，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運動。運動控制使被控機(jī)械實現(xiàn)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制，以及這些被控機(jī)械量的綜合控制。電機(jī)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。所有這些都使得模擬控制器的可重復(fù)性比較差，控制效果不理想，因此調(diào)速電機(jī)的控制器逐漸朝數(shù)字化方向發(fā)展。隨著現(xiàn)有的工業(yè)電氣傳動、自動控制和家電領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)控制產(chǎn)品需求的增加用戶也不斷提高對電機(jī)控制技術(shù)的要求[5]。許多設(shè)備試圖使用8位或是準(zhǔn)16位的微處理器實現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制，然而它們的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)和計算功能都阻礙了這一要求的實現(xiàn)。這種電機(jī)的控制可以通過使用先進(jìn)的電機(jī)控制理論、采用高效的控制算法來實現(xiàn)。使用高性能的數(shù)字信號處理器（DSP）來解決電機(jī)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。近年來，各種集成化的一單片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。越來越多的單片機(jī)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(jī)的時機(jī)己成熟[13]。DSP具有更快的CPU,更