基于DSP的直流电机控制系统

太原科技大学课程设计报告直流电机的控制设 计 人： 成凤强专 业： 电子信息工程班 级： 电子 131502学 号： 201315020204指导教师： 张 雄二零一六年十二月1第一章设计目的及要求 .2一、设计目的 .2二、设计要求 .2第一章 设计原理与方案 .2一、设计原理 .2二、控制原理 .5第三章 硬件设计 .6一、ICETEK DSP 教学实验箱简介 .6第四章 软件设计 .14一、程序编制 .14二、实验程序流程图 .14第五章 系统调试 .15一、实验准备 .16二、实验程序 .172第六章 结论分析 .3113第一章设计目的及要求一、设计目的1.学习用 C 语言编制中断程序，控制 VC5416 DSP 的通用 I/O 管脚产生不同占空比的 PWM 信号。2.学习 VC5416DSP 的通用 I/O 管脚的控制方法。3.学习直流电机的控制原理和控制方法。二、设计要求开始运行程序后，电机以中等速度转动(占空比=60，转速=2)。在小键盘上按数字1一5键将分别控制电机从低速到高速转动(转速=1 -5) 。在小键盘上按数字0键将控制电机停止转动。在小键盘上按+或一键切换电机的转动方向。第 1章 设计原理与方案一、设计原理第一步 TMS 初始化。第二步 PWM 调速。4第三步键盘控制1.TMS320VC516 DSP 的 McBSP 引脚:通过设置 McBSP 的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用 I/O 引脚使用。2.直流电机控制:直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电了功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称 PWM)控制方式已成为绝对主流。3.PWM 调压调速原理直流电动机转速 n 的表达式为:n=U-IRK其中，U 为电枢端电压;I 为电枢电流;R 为电枢电路总电阻;中为每极磁通量;K 为电动机结构参数。所以直流电动机的转速控制方法可分为两类:对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢控制法。其中励磁控制法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制法。绝大多数直流电机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制 PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。5上图是利用开关管对直流电动机进行 PWM 调速控制的原理图和输入输出电压波形。图中，当开关管 MOSFET 的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压 Us。t1 秒后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压 0。t2 秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图中所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值 Uo 为:占空比表示了在一个周期 T 里，开关管导通的时问与周期的比值。的变化范围为 0a 1。由此式可知，当电源电压 Us不变的情况下，电枢的端电压的平均值 Uo 取决于占空比。的大小，改变。值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是 PWM 调速原理。PWM 调速方法6在 PWM 调速时，占空比。是一个重要参数。以下 3 种方法都可以改变占空比的值:(1)定宽调频法:这种方法是保持 t1 不变，只改变 t2，这样使周期 T(或频率)也随之改变。(2)调宽调频法:这种方法是保持 t2 不变，只改变 t1，这样使周期 T(或频率)也随之改变。(3)定频调宽法:这种方法是使周期 T(或频率)保持不变，而改变 t1 和 t2 0前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起震荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。ICETEK-CTR 直流电机模块:ICETEK-CTR 即显示/控制模块上直流电机部分的原理图见下图。7图中 PWM 输入对应 ICETEK-VC5416-A 板上 P4 外扩插座第 26引脚的 BFSR1 信号，DSP 将在此引脚上给出 PWM 信号用来控制直流电机的转速;图中的 DIR 输入对应 ICETEK-VC5416-A 板上 P4外扩插座第 29 引脚的 BCLKXRO 信号，DSP 将在此引脚上给出高电平或低电平来控制直流电机的方向。从 DSP 输出的 PWM 信号和转向信号先经过 2 个与门和 1 个非门再与各个开关管的栅极相连。二、控制原理当电动机要求正转时，BCLKXRO 给出高电平信号，该信号分成 3 路:第 1 路接与门 Y1 的输入端，使与门 Y1 的输出由 PWM 决定，所以开关管 V1 栅极受 PWM 控制;第 2 路直接与开关管 V4 的栅极相连，使 V4 导通;第 3 路经非门 F1 连接到与门 Y2 的输入端，使与门 Y2 输出为 0，这样使开关管 V3 截止;从非门 F1 输出的另一路与开关管 V2 的栅极相连，其低电平信号也使 V2 截止。8同样，当电动机要求反转时，BCLKXRO 给出低电平信号，经过 2 个与门和 1 个非门组成的逻辑电路后，使开关管 V3 受 PWM信号控制，V2 导通，V1, V4 全部截止。三、设计方案采用由达林顿管组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高;H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的 PWM 调速技术。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大。第三章 硬件设计一、ICETEK DSP 教学实验箱简介本套 DSP 系