毕业设计（论文）-基于DSP的磁悬浮小灯控制系统.doc

基于dsp的磁悬浮小灯控制系统摘 要我们组设计的磁悬浮小灯控制系统是基于tms320f28377s dsp芯片。本设计采用了上下两个霍尔元件作为感应器，通过dsp中的ad模块去采集这两路信号，然后经过pid控制后把输出通过dsp的da模块将数据发送到驱动器控制线圈电流大小，以改变磁场来控制灯的位置使其保持悬浮，整个系统够成了一个闭环控制系统，抗干扰能力强，新颖且可广泛于教育领域，增加学生的学习兴趣。abstract关键词：tms320f28337s pid控制 闭环控制系统基于dsp的磁悬浮小灯控制系统目 录摘要abstract引言1第一章 磁悬浮小灯控制系统的结构 11.1 电源部分 21.2 ad转换部分 21.3 pid部分 31.4 da转换部分 41.5 驱动器部分 5第二章 程序流程图6结论6致谢6参考文献7附录8引言目前在现实生活中，磁悬浮技术得到了广泛的应用,本设计采用把磁悬浮技术使得小灯并发亮保持悬浮，改变了传统的照明技术，其中也用到了pid闭环控制。非常新颖，且系统比较稳定，能够很好的应用于教育领域，增加学生的学习兴趣。对其他领域也有广泛的启发意义。第一章 磁悬浮小灯控制系统的结构分析仪使用dsp28377s开发平台作为基础。整个系统可以分成5个部分：（1） 开关电源部分：给系统提供24v电源。（2） ad采集部分：使用tms320x28377s内部的ad外设，对待测的的霍尔元件两端进行模数转换。得到数字量表示的电压值。 （3） pid部分：在dsp中，使用ad模块采集到的外部信号，并转化为数字信号作为pid控制器的反馈信号，然后设定期望值，在dsp中经过数字pid计算后通过da模块传送给驱动器，从而使得驱动模块能够调整电流的大小，一控制磁场的强度，是灯保持悬浮。（4） 驱动模块部分：根据da传送过来的信号输出相应大小电流给线圈。（5） da输出部分：使用tms320f28377s内部的da外设，把经过pid计算的输出量传送给外部的驱动器。磁悬浮小灯控制系统整体结构图，如图1所示。图1 磁悬浮小灯控制系统整体结构图1.1 开关电源部分设备的电源部分的目的是为了给整个系统体提供24v的电源。图 2 系统的电源部分1.2 ad转换部分1.2.1 ad转换本设计采用tms320f28377s内部的a/d转换器来采集外部霍尔元件的信号。tms320f28377s内部的a/d转换器的特性如下1. 12位或16位的转换精度2. 最高25mhz 的转换速度、3. 16路独立通道。由于控制系统的整体工作频率比这芯片内部25mhz的最高转换速度慢。为了得到更加精确的转换值，可以采用采集10次数据，讲采集到的数据就行快速排序，去掉采集到系统的最高和最低的值，然后将这8次数据求其平均值。把这样处理后的结果再当做一次采集的数据。1.2.2 ad转化的实现1. 配置ad转换的时钟信号adcclk，系统预分频。2. 配置ad转换的采样模式，本设计才用12位通道，单端模式。3. 配置ad转换的通道以及转换完成后中断标志清零。1.3 pid控制部分1.3.1 pid控制原理 pid 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，pid控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个pid反馈回路却可以保持系统的稳定。图 3 pid控制原理图1.3.2 pid控制的实现 在dsp中，使用ad模块采集到的外部信号，并转化为数字信号作为pid控制器的反馈信号，然后设定期望值，在dsp中经过数字pid计算后通过da模块传送给驱动器，从而使得驱动模块能够调整电流的大小，一控制磁场的强度，是灯保持悬浮。 1.定义变量 float ek1 = 0; /偏差ek-1 float kp = -2.2; /定义比例系数 float ki = 0; /定义积分常数 float kd = -0.03; /定义微分常数 float delta = 0; /定义误差 float uk = 0; /uk 2.采用pd控制实现程序float pid(float ek)delta = ek-ek1;uk = kp*ek+kd/t*delta;ek1 = ek;return uk;1.4 da部分1.4.1 da转换1.4.2 da转换实现1.5 驱动器部分pid转换结束后，输出的数据就被存放da_value中,传送给驱动器,图 4 驱动器图第2章 程序流程图磁悬浮小灯系统程序流程图如下：图5 c程序流程图结论本设计实现了基于tms320f28337s的磁悬浮小灯控制系统。使用了tms320f28377s内部的adc、dac资源，整个实验设计首先通过ad采集外部的信号，然后经过pid计算处理后，再通过da将数据发送到驱动器控制线圈电流大小，以改变磁场来控制灯的位置使其保持悬浮。致谢感参考文献1 texas instrument tms320f2837xs delfino microcontrollersm.literature number: spruhx5c，2015 2 texas instruments. using pwm output as a digital-to-analog converter on a tms320f28377 digital signal controller m. application report: spraa88a，20083 texas instruments.附 录主程序清单： #include f28x_project.h / device headerfile and examples include filevoid configureadc(void);void setupadcsoftware(void);void error(void);unsigned long ad_up10,ad_down10;float offset=1;/ /设置补偿float exp=-1.2;/ /定义期望int ad_value;float real; /当前实际电压unsigned long ad_up_ave,ad_down_ave;float ek1 = 0; /偏差ek-1float kp = -2.2; /定义比例系数float ki = 0; /定义积分常数float kd = -0.03; /定义微分常数float t = 0.001; /定义周期float sum = 0;float delta = 0;float uk = 0; /ukfloat abso(float ek)if ( ek = 65535)i = 65535;else if ( i = 0)i = 0;return i;void dac_send(unsigned char passage, unsigned int dat)unsigned char i, mode;unsigned int j;switch(passage)/0x20：通道a0x22: 通道b0x24：通道c0x26：通道d.设置软件自动更新case 0:mode = 0x20;break;case 1:mode = 0x22;break;case 2:mode = 0x24;break;case 3:mode = 0x26;break;default :break;for(i=0;i8;i+)/da8534_din(mode&0x80);j = mode&0x80;if (j=0)gpiodataregs.gpadat.bit.gpio16 = 0;/ioport_set_pin_level(pio_pb8_idx,ioport_pin_level_low); /data=0elsegpiodataregs.gpadat.bit.gpio16 = 1;/ioport_set_pin_level(pio_pb8_idx,ioport_pin_level_high); /data=1delay_us(2);gpiodataregs.gpadat.bit.gpio18 = 1;/ioport_set_pin_level(pio_pb10_idx,ioport_pin_level_high); /clk=1delay_us(2);mode = 1;delay_us(2);gpiodataregs.gpadat.bit.gpio18 = 0;/ioport_set_pin_level(pio_pb10_idx,ioport_pin_level_low); /clk=0delay_us(2);for(i=0;i16;i+)/da8534_din(dat&0x8000);j = dat&0x8000;if (j=0)gpiodataregs.gpadat.bit.gpio16 = 0;/ioport_set_pin_level(pio_pb8_idx,ioport_pin_level_low); /data=0elsegpiodataregs.gpadat.bit.gpio16 = 1;/ioport_set_pin_level(pio_pb8_idx,ioport_pin_level_high); /data=1delay_us(2);gpiodataregs.gpadat.bit.gpio18 = 1;/ioport_set_pin_level(pio_pb10_idx,ioport_pin_level_high); /clk=1delay_us(2);dat = 1;delay_us(2);gpiodataregs.gpadat.bit.gpio18 = 0;/ioport_set_pin_level(pio_pb10_idx,ioport_pin_level_low); /clk=0delay_us(2);gpiodataregs.gpadat.bit.gpio19 = 1;/ioport_set_pin_level(pio_pb11_idx,ioport_pin_level_high); /cs=1void quick(unsigned long *a,int i,int j)int m,n,temp;int k;m=i;n=j;k=a(i+j)/2;do while(amk&mk&ni) n-;if(m=n) temp=am;am=an;an=temp;m+;n-;while(m=n);if(mi) quick(a,i,n);_interrupt void cpu_timer0_isr(void)unsigned long i;float ek=0;float output; /变化unsigned long da_value;cputimer0.interruptcount+;gpiodataregs.gpadat.bit.gpio12 = 1; /turn on ledad_up_ave=0;ad_down_ave=0;for (i=0;i10;i+) /ad sample 10 times /convert, wait for completion, and store results/start conversions immediately via software, adcaadcaregs.adcsocfrc1.all = 0x0003; /soc0 and soc1/start conversions immediately via software, adcb/wait for adca to complete, then acknowledge flagwhile(adcaregs.adcintflg.bit.adcint1 = 0);adcaregs.adcintflgclr.bit.adcint1 = 1;ad_upi = adcaresultregs.adcresult0;ad_downi = adcaresultregs.adcresult1;quick(ad_up,0,9); /sortquick(ad_down,0,9);ad_up0=0; /delete maximun & minimunad_up9=0;ad_down0=0;ad_down9=0;for (i=0;i10;i+)ad_up_ave+=ad_upi;ad_down_ave+=ad_downi;ad_value = (int)(float)(ad_down_ave)-(ad_up_ave)/8.0);real = ad_value/1000.0 ; /calculate real as suspension position of the plantek = exp - real; /ek is suspension position erroroutput = pid(ek)+offset;da_value = (unsigned long)(output*65535/5.0); /convert output to da_value for dac moduleda_value = saturation(da_value); /output saturationdac_send(0,da_value); /using da to send da_value to dac modulegpiodataregs.gpadat.bit.gpio12 = 0; /turn off led/ acknowledge this interrupt to receive more interrupts from group 1piectrlregs.pieack.all = pieack_group1;/variables to store conversion resultsuint16 adcaresult0;uint16 adcaresult1;uint16 sdata = 0x0000; / send datauint16 rdata; / received datavoid main(void)/ step 1. initialize system control:/ pll, watchdog, enable peripheral clocks/ this example function is found in the f2837xs_sysctrl.c file. initsysctrl();/ step 2. initialize gpio:/ this example function is found in the f2837xs_gpio.c file and/ illustrates how to set the gpio to its default state. initgpio();/ initspiagpio();/ step 3. clear all interrupts and initialize pie vector table:/ disable cpu interrupts dint;/ initialize the pie control registers to their default state./ the default state is all pie interrupts disabled and flags/ are cleared. initpiectrl();/ disable cpu interrupts and clear all cpu interrupt flags: ier = 0x0000; ifr = 0x0000;/ initialize the pie vector table with pointers to the shell interrupt/ service routines (isr). initpievecttable(); / interrupts that are used in this example are re-mapped to / isr functions found within this file.eallow; / this is needed to write to eallow protected registerspievecttable.timer0_int = &cpu_timer0_isr;edis; / this is needed to disable write to eallow protected registers / step 4. initialize the device peripheral. this function can be / found in f2837xs_cputimers.cinitcputimers(); / for this example, only initialize the cpu timers configcputimer(&cputimer0, 200, 500); cputimer0regs.tcr.all = 0x4000; / use write-only instruction to set tss bit / step 5. user specific code, enable interrupts: / enable tint0 in the pie: group 1 interrupt 7 piectrlregs.pieier1.bit.intx7 = 1; /configure the adcs and power them upconfigureadc(); /setup the adcs for software conversionssetupadcsoftware();ier |= m_int1; / enable global interrupts and higher priority real-time debug events: eint; / enable global interrupt intm ertm; / enable global realtime interrupt dbgm/ step 6. idle loop. just sit and loop forever (optional): while(1) /write adc configurations and power up the adc for both adc a and adc bvoid configureadc(void)eallow;/write configurationsadcaregs.adcctl2.bit.prescale = 6; /set adcclk divider to /4/adcbregs.adcctl2.bit.prescale = 6; /set adcclk divider to /4 adcsetmode(adc_adca, adc_resolution_12bit, adc_signalmode_single); /adcsetmode(adc_adcb, adc_resolution_12bit, adc_signalmode_single);/set pulse positions to lateadcaregs.adcctl1.bit.intpulsepos = 1;/adcbregs.adcctl1.bit.intpulsepos = 1;/power up the adcsadcaregs.adcctl1.bit.adcpwdnz = 1;/adcbregs.