DSP直流调速控制系统配置的研究

DSP直流调速控制系统配置的研究选题背景

随着直流电动机的结构和控制方式的变化,计算机现已进入控制领域，伴随新型电力电子功率元件的不段出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（简称PWM）已经成为主流控制方式。同时，随着数字信号处理器（DSP）的出现，为直流调速提供了新的手段和方法。

与单片机相比，DSP更适于用作直流调速系统。与传统的直流调速系统相比，提高了系统的性能和可靠性。1DSP直流调速控制系统配置的研究

整个系统包括四大模块，即DSP微处理器模块、主电路模块、电流与转速检测模块和外围电路模块。DSP直流调速系统的组成2DSP直流调速控制系统配置的研究如图所示为DSP直流调速系统结构图：DSP直流调速系统的组成2DSP直流调速控制系统配置的研究DSP控制双闭环直流PWM调速硬件结构如图DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路

在现在的高科技时代，交流调速系统发展十分迅速，控制理论也已成熟,使得直流调速渐渐退出了我们的视野,但直流调速系统有着高精度、响应快、低速平稳性等绝对的优势，是交流调速系统无法替代的。3系统的执行元件——直流电动机DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路电枢端电压与转速的关系：

式中n——电枢的转速，r/min；U——电枢端电压；

I

——电枢电流；

R——电枢总电阻；K—电机参数；Ф—每极磁通量。3系统的执行元件——直流电动机DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路在PWM直流调速系统中，电源电压Ud的大小是不变的，电枢端电压的大小取决于开关管的开通和关断（占空比）时间的比，改变开通和关断时间的比值就可以改变电枢端电压的平均值，从而改变电动机的转速。电枢端电压计算公式3DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路

PWM控制策略在大功率高压变频器技术中，PWM控制技术是其核心技术之一，一个良好的PWM控制策略是产品性能的保证，在我的设计中，我将采用双极性可逆PWM功放。3DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路

H桥电路3DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路

正向电动运行时电压、电流波形图3DSP直流调速控制系统配置的研究

反向电动运行时电压、电流波形图

3硬件电路DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路集成驱动电路：优点：抗干扰能力强、速度快、保护功能完善EXB841：厚膜矩形扁片状，单列直插式结构

3DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路EXB841的功能框图：3EXB841的管脚说明：1—连接用于反向偏置电源的滤波电容2—电源（+20V）3—驱动输出4—用于连接外部电容，以防止过流保护电路误动作（绝大部分场合不需要电容。）5—过流保护输出6—集电极电压监视9—电源（ov）14—驱动信号输入（-）15—驱动信号输入（+）DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路

转速检测模块本系统采用光电编码器作为测速反馈元件，用于测量电机的转速，作为闭环控制的反馈量。光电编码器是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。它一般实时测量执行部件的速度信号，并变换成速度控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实速度反馈到速度控制单元，以实施闭环控制。3DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路

电流检测模块在直流电机电路反馈回路中加一个霍尔电流传感器，测出小电流信号。然后将霍耳元件输出的小电流信号首先变换为电压信号，再经放大滤波后进入DSP内部的A／D通道进行反馈控制，将其作为电流反馈值，组成一个内部闭环，联通外部闭环形成电流和转速双闭环。3DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路电流检测电路3DSP直流调速控制系统配置的研究

DSP的外围电路一般包括：（1）电源模块（2）复位电路（3）时钟模块（4）JTAG接口电路(5)键盘显示（6）LED显示3硬件电路DSP直流调速控制系统配置的研究硬件电路（5）保护电路（过压、过电流、过温度）（6）声光报警电路3DSP的其它外围电路DSP直流调速控制系统配置的研究电源模块一般的TMS320F2812应用系统有4组电源输入：数字、数字、模拟和模拟，TMS320F2812芯片需要的电源供电，但是如果和+5V的外围电路相接，也要为该器件提供+5V的电源，所以基于DSP的PWM直流调速系统一般为多电源系统，可以采用单一的+5V电源经过DC/DC转换得到其他数量级的电源电压，如、等。DSP直流调速控制系统配置的研究复位电路当电源接通时，电源通过电阻向电容充电，待电容的电压达到一定的数值时，DSP的复位端输出可靠的复位信号使DSP系统复位。电容的充电时间的长短取决于充电参数（电阻和电容值）的大小，电阻和电容参数的选取取决于用户的要求。当需要DSP系统复位时，按下按钮，则电容通过开关放电，电容两端的电压迅速下降，输出低电平信号，再一次使DSP系统复位。DSP直流调速控制系统配置的研究时钟模块，设计时钟电路有两种方法：一是利用内部的振荡电路和一个无源晶振；二是使用外部有源晶振。使用第一种方法，电路简单且成本较低，然而精度也较低。TMS320F2812片内振荡器的输出频率只能工作在20-35Mhz间，通常选用精度较高的石英晶体；相对而言，外部有源晶振精度高，但价格也较高，有源晶振的频率可在4-150Mhz之间选择。在对数据处理速度要求不高的DSP应用系统中，第一种方法就可以满足系统要求。DSP直流调速控制系统配置的研究JTAG接口电路实际应用的DSP系统运行时，调试与测试接口并不是必须的，但现代电力路系统越来越强调系统的可调试性，因此调试测试接口的设计也越来越受到重视。对于TMS320F2812系统来说，在开发时就需要设计一个JTAG接口来为芯片下载、调试和测试程序。DSP直流调速控制系统配置的研究键盘显示使用独立按键，其编程简单，每个按键都占有一个GPIO引脚。使用时定义GPIO为输入方式，由于每个GPIO引脚都接有上拉电阻，所以当没有按键按下时，读取GPIO状态为高电平；当有按键按下且读取GPIO状态时，该按键对应的GPIO为低电平。通过判断GPIO引脚电平的状态确定按键是否被按下。DSP直流调速控制系统配置的研究LED显示使GPIOA0引脚输出低电平时，与GPIO引脚有的电压差，这是LED1被点亮；使GPIOA0引脚输出高电平时，与GPIO引脚电压差为0，这时LED1熄灭。电阻R1到R4用于限流。DSP直流调速控制系统配置的研究

保护电路（过压、过电流、过温度）

如图DSP直流调速控制系统配置的研究声光报警电路

在一个设计合理的电路中，报警电路是不可缺少的，在这次设计中，我使用了声光报警电路。当系统正常工作时，报警系统处于正常状态，此时亮绿灯，当检查有故障时，报警系统开始工作，此时红灯亮，并响起蜂鸣器，以提示人们系统出现故障。DSP直流调速控制系统配置的研究系统总电路3DSP的外围电路图DSP直流调速控制系统配置的研究软件设计

系统的控制方案中，采用DSP作为核心的控制芯片，主要实现系统闭环控制，软件主要包括以下几个部分:主程序、PWM波形产生程序、A/D中断处理子程序、和PI算法程序等。CCS（CodeComposeStudio)是TI公司为推广其DSP芯片而开发的DSP集成开发环境。它提供了环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，帮助用户在软件环境下完成编辑、编译、链接、调试和数据分析等工作。4DSP直流调速控制系统配置的研究软件设计主程序流程图4DSP直流调速控制系统配置的研究软件设计系统的校正设计

1、速度回路设计我所设计的速度回路要满足二点：一是满足系统所要求的速度范围；二是满足转矩误差对速度回路的要求，即要有足够大的开环增益，较好的机械特性和调速特性。4DSP直流调速控制系统配置的研究软件设计转速环结构图和传递函数如下所示4DSP直流调速控制系统配置的研究软件设计2、电流回路设计电流环结构图和传递函数如下所示4DSP直流调速控制系统配置的研究总结

本文