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基于Matlab的DSP控制系统仿真研究.doc

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基于Matlab的DSP控制系统仿真研究.doc

本科毕业设计(2008届)题目基于Matlab的DSP控制系统仿真研究MatlabBasedSimulationonControlSystemusedDSP学院信息科学与工程学院专业通信工程班级学号学生姓名指导教师完成日期2008年5月信息科学与工程学院毕业设计论文.i.基于Matlab的DSP控制系统仿真研究【摘要】传统的DSP设计开发流程分为开发设计和产品实现两个环节。这样的开发流程比较复杂,本文应用Matlab对DSP控制系统开发进行了研究。基于Matlab/Simulink的DSP系统级设计方法,完成了从概念设计、软件仿真、代码生成及编译链接。在软件算法仿真测试后直接生成面向数字信号处理(DSP)芯片的代码,有利提高开发效率。首先,本文系统地研究了Matlab/Simulink的DSP系统级设计方法。其次,研究了Matlab与CCS系统对于DSP的各自特点及相互连接应用方法。最后,针对基于C2812永磁同步电机FOC控制系统和基于C6416边缘检测系统进行了应用设计研究。应用系统设计结果证明了该方法的有效性和实用性。【关键词】MatlabSimulinkDSP仿真研究集成开发信息科学与工程学院毕业设计论文.i.MatlabBasedSimulationonControlSystemusedDSP【Abstract】TraditionalDSPdesignhastwopartsdevelopingdesignandproductachievement.Inthispaper,MatlabcontroloftheDSPsystemdevelopmentwerestudied.BasedonMatlab/SimulinkDSPsystemleveldesignmethods,completedtheconceptualdesign,softwaresimulation,codegenerationandbuildlinks.ThesoftwarealgorithmsgeneratedirectlysimulationtestsfordigitalsignalprocessingDSPchipcode,conducivetoenhancingdevelopmenteffectiveness.ThefirstsystematicstudyoftheMatlab/SimulinktheDSPsystemleveldesignmethods,followedbyCCSontheMatlabandtheDSPsystemfortheirowncharacteristicsandmutualconnection,finally,forPermanentMagnetSynchronousMotorFieldOrientedControlbasedontheC2812andC6416systemsedgedetectionsystemfortheapplicationofdesignResearch。【Keyword】MatlabSimulinkDSPSimulationofresearchIntegratedDevelopment信息科学与工程学院毕业设计论文.ii.目录第一章绪论.........................................................11.1选题背景和意义...........................................11.1.1选题背景...........................................11.1.2课题意义...........................................31.2国内外技术和市场发展趋势.................................31.2.1DSP................................................31.2.2工程系统仿真.......................................31.3本文的主要研究内容及目标.................................51.3.1总体目标...........................................51.3.2主要内容...........................................6第二章基于Matlab的DSP系统开发工具................................72.1DSP的介绍...............................................72.2DSP的开发...............................................72.3系统开发原理及开发工具介绍...............................82.3.1原理...............................................82.3.2开发工具..........................................102.3.2.1DevelopersKitforTIDSP三种接口........102.3.2.2TargetforCCSIDE/C2000/C5000/C6000EVM....112.3.2.3TargetforCCSIDE/C2000/C5000/C6000EVMLinkforCCSIDE.....................................................112.3.2.4LinkforRTDX...............................112.4Matlab中相应DSP工具箱的介绍...........................12第三章基于Matlab的TMS320C6416边缘检测系统设计...................253.1TMS320C6416EVM介绍....................................253.2Matlab/Simulink中的C6416EVM介绍......................253.3基于C6416的应用系统设计................................263.3.1Sobel介绍........................................26信息科学与工程学院毕业设计论文.iii.3.3.2Sobel图像边缘算法................................263.3.3图像边缘检测建模..................................273.4结果与分析..............................................35第四章基于Matlab的TMS320C2812永磁同步电机控制系统设计..........384.1TMS320C2812EVM介绍....................................384.2Matlab/Simulink中的C2812EVM介绍......................384.3基于C2812的应用系统设计................................394.3.1永磁同步电动机磁场定向控制原理....................394.3.2基于DSP的永磁同步电动机FOC控制系统计............414.3.3基于Matlab的永磁同步电动机FOC系统建模...........424.4结果与分析..............................................474.4.1本例分析..........................................47第五章基于Matlab和DSP的滤波器设计及调试.........................495.1基于FDATOOL的汉明低通窗口滤波器设计....................495.2基于DSP的CCS下的调试和运行...........................505.3基于MATLAB下的调试.....................................51第六章全文总结....................................................54致谢..........................................................56参考文献...........................................................57信息科学与工程学院毕业设计论文第1页第一章绪论1.1选题背景和意义Matlab是一个强大的分析、计算和可视化工具,特别适用于数字信号处理算法的分析和模拟,使用非常方便。但由于Matlab程序的执行速度相对于实时信号处理来说,仍显得太慢,而Matlab所依赖的平台是计算机等设备,这类设备的体积、功耗不适合于实时信号处理,设备的结构也无法满足实时信号处理所要求的高速数据输入/输出,因此Matlab在数字信号处理技术中,适合于对算法的模拟及对实测数据的事后处理。不过目前有一种能够结合两者优点的开发工具,就是Matlab的Simulink环境下提供了一个DSP开发平台进行模拟验证,当模拟结果满意时,可以在目标DSP上直接产生代码,而产生的代码可以兼容。1.1.1选题背景当二十一世纪的第一个年代已过去一半多的时候,也许这正是我们回顾数字信息产业演变的大好时机。曾经有过多少对新世纪热情的憧憬,正在逐渐变成对新趋势理性的展望,而这一切都源于一个共同而永恒的动力,就是数字化创新。若追溯到上世纪中叶,可以看到晶体管的诞生所具有的划时代意义,而其中起决定性作用的创新在于硅晶体管的推出,德州仪器(TI)有幸凭此而进入电子领域,一举树立起电子创新先锋的形象。五十年代末期,TI通过开启集成电路之门的创举而逐步展现出充沛的创新精神。在半导体硅片中的植入分立的门电路并不断增加数量和规模,数字化的进程由此而全面展开,数字技术潮流由此而涌动,而TI创新的冲动始终如此旺盛。七十年代数字创新的重要标志就是可编程微控制器(MCU)的出现,又是TI引领了这个控制创新的到来,并直接导致了微处理器(CPU)的推进而引发的计算创新,从而引领了个人电脑时代的到来,铺平了通向数字信息时代的道路。八十年代初,数字化的需求剧增,数字信号处理器(DSP)应运而生,TI以率先以商业化的DSP取得先机,并以次为契机,开始了其主导业界四分之一世纪的数字化创新历程。在图一所示DSP的发展和演变历程中可以看信息科学与工程学院毕业设计论文第2页到,伴随着DSP发展其应用领域的不断扩大,才有众多数字化的电子信息产品的兴起和丰富。图1.1,DSP的发展和演变历程DSP的发展规律是其时钟及运算速度和性能不断地大幅度增加,而其功耗和芯片尺寸在不断地减少,其芯片的价格也是逐年降低。早期DSP主要应用于高精尖领域,如军事和工业设备。以后DSP开始应用于专业数字通信和计算机周边设备,而在数据调制解调器和数字移动手机中的成功应用又推动了数字网络化的发展。在世纪更迭的阶段中,DSP应用已经成为宽带接入、数字音频和数字视频、新一代无线通信等创新应用的核心平台。而工程系统的仿真,起源于自动控制技术领域。从最初的简单电子、机械系统,逐步发展到今天涵盖机、电、液、热、气、电、磁等各个专业领域,并且在控制器和执行机构两个方向上飞速发展。控制器的仿真软件,在研究控制策略、控制算法、控制系统的品质方面提供了强大的支持。随着执行机构技术的发展,机、电、液、热、气、磁等驱动技术的进步,以高可靠性、高精度、高反应速度和稳定性为代表的先进特征,将工程系统的执行品质提升到了前所未有的水平。相对控制器本身的发展,凭借新的加工制造技术的支持,执行机构技术的发展更加富于创新和挑战,而对于设计、制造和维护高性能执行机构,以及构建一个包括控制器和执行机构的完整的自动化系统也提出了更高的要求。信息科学与工程学院毕业设计论文第3页AMESIM软件正是能够提供平台级仿真技术的工具。从根据用户需求,提供液压、机械、气动等设计分析到复杂系统的全系统分析,到引领协同仿真技术的发展方向,AMESIM的发展轨迹和方向代表了工程系统仿真技术的发展历程和趋势。1.1.2课题意义随着DSP处理性能的飞速提高,以及用户要求产品的研制周期越来越短,DSP的设计内容越来越侧重于软件方面。一方面强大的通用化硬件平台为实现实时信号处理的软件化提供了性能保障,使许多DSP设计人员摆脱了硬件、配置的困扰,同时也帮助许多纯算法研究人员能轻松进入DSP设计领域。另一方面,DSP的开发设计环境更加完善,即使要高度程序代码,也可以脱离DSP硬件电路板。1.2国内外技术和市场发展趋势1.2.1DSP2003年TI推出1GHz主频,采用90钠米工艺技术的DSP,在业界率先突破8000MIPS的运算性能,同时DSP平台也向着通用性和针对性相结合的方向发展,推出了通用媒体处理器以至高集成度的单片系统(SOC),DSP应用进入了一个空前繁荣的时代,为新世纪的全面数字化应用提供更加广泛创新的天地。1.2.2工程系统仿真工程系统仿真作为虚拟设计技术的一部分,与控制仿真、视景仿真、结构和流体计算仿真、多物理场以及虚拟布置和装配维修等技术一起,在贯穿产品的设计、制造和运行维护改进乃至退役的全寿命周期技术活动中,发挥着重要的作用,同时也在满足越来越高和越来越复杂的要求。因此,工程系统仿真技术也就迅速地发展到了协同仿真阶段。其主要特征表现为1、控制器和被控对象的联合仿真Matlab+AMESIM,可以覆盖整个自动控制系统的全部要求。信息科学与工程学院毕业设计论文第4页2、被控对象的多学科、跨专业的联合仿真AMESIM+机构动力学+CFD+THERMAL+电磁分析3、实时仿真技术实时仿真技术是由仿真软件与仿真机等半实物仿真系统联合实现的,通过物理系统的实时模型来测试成型或者硬件控制器。4、集成进设计平台现代研发制造单位,尤其是设计研发和制造一体化的大型单位,引进PDM/PLM系统已经成为信息化建设的潮流。在复杂的数据管理流程中,系统仿真作为CAE工作的一部分,被要求嵌入流程,与上下游工具配合。5、超越仿真技术本身工程师不必是精通数值算法和仿真技术的专家,而只需要关注自己的专业对象,其他大量的模型建立、算法选择和数据前后处理等工作都交给软件自动完成。这一技术特点极大地提高了仿真的效率,降低了系统仿真技术的应用门槛,避免了因为不了解算法造成的仿真失败。6、构建虚拟产品在通过建立虚拟产品进行开发和优化过程中,关注以各种特征值为代表的系统性能,实现多方案的快速比较。系统仿真技术的发展趋势如下1、屏弃单专业的仿真单一专业仿真将退出系统设计的领域,专注于单一专业技术的深入发展。作为总体优化的系统级设计分析工具,必要条件之一是跨专业多学科协同仿真。2、跟随计算技术的发展随着计算技术在软硬件方面的发展,大型工程软件系统开始有减少模型的简化、减少模型解藕的趋势,力争从模型和算法上保证仿真的准确性。更强更优化的算法,配合专业的库,将提供大型工程对象的系统整体仿真的可能性。在高性能计算方面,将支持包括并行处理、网格计算技术和高速计算系统等技术。3、平台化

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