畢業(yè)論文初稿正文.

1、緒 論近十多年來數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)同數(shù)字計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路等先進(jìn)技術(shù)一樣，有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，日新月異，已經(jīng)形成了一門具有強(qiáng)大生命力的技術(shù)科學(xué)。由于它本身具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以能有效地促進(jìn)各工程技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)改造和學(xué)科發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛深入，越來越受到人們的重視。 DSP概念最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)60年代，到70年代才由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)部分實(shí)時(shí)處理，當(dāng)時(shí)主要用于高尖端領(lǐng)域。由于DSP技術(shù)與大量運(yùn)算相關(guān)，每秒完成百萬條指令運(yùn)算就變?yōu)橐粋€(gè)新的單位MIPS(每秒百萬條指令)。80年代，有些公司陸續(xù)設(shè)計(jì)出適合于DSP處理技術(shù)的處理器，于是DSP開始成為一種高性能處理器的名稱。TI在1982年發(fā)布了第一顆D

2、SP芯片，名為TMS32010，這是一個(gè)處理速度達(dá)5個(gè)MIPS的處理。那時(shí)只有兩種處理器，一種是作為PC核心的CPU，另一種是微控制器MCU。這兩種處理器的在進(jìn)行大量運(yùn)算時(shí)都面臨技術(shù)瓶頸，業(yè)內(nèi)就在考慮“是不是需要一種高速的數(shù)字信號(hào)處理的器件”。那個(gè)時(shí)候，數(shù)字信號(hào)處理的理論已經(jīng)有了，像濾波器、編碼解碼等對(duì)于乘加結(jié)構(gòu)要求很高，如果用CPU來處理的話，指令非常多、效率比較低；而如果在處理器中就有這樣一個(gè)乘加結(jié)構(gòu)，數(shù)字濾波器就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的處理結(jié)果。 直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，是依靠直流工作電壓運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其通過換向器和電刷來實(shí)現(xiàn)外電路的直流電與電樞繞組中交流電之間的相互變換，是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的

3、電動(dòng)機(jī)。 由于直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)要素電樞電流和勵(lì)磁磁通相互間沒有耦合，直流電動(dòng)機(jī)易獲得良好的控制性能及快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且具有良好的調(diào)速特性和寬廣的調(diào)速范圍，在以往的變速傳動(dòng)領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。 直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。它具有良好的起、 制動(dòng)性能， 能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速因而在可控的電力拖動(dòng)領(lǐng)域 中得到了廣泛的應(yīng)用。用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的P WM調(diào)速是大勢(shì)所趨。 國外如西門子.松下等公司已經(jīng)走在了前沿文中提出了一種基于DSP芯片的數(shù)字控制系統(tǒng)。以替代傳統(tǒng)的 PID模擬控制,提高直流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。運(yùn)動(dòng)控制是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控

4、制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。按機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡分類，可分為 點(diǎn)位、直線、輪廓控制、同步運(yùn)動(dòng)等。這些動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)都是來 自動(dòng)力源電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)最有效的控制就是對(duì)電機(jī)的控制。傳統(tǒng)的模擬控制 器會(huì)受到外界環(huán)境的影響而不夠穩(wěn)定 ，且不便于系統(tǒng)升級(jí)，而數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍的調(diào)速、具有高度穩(wěn)定性和快速 的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可提高系統(tǒng)的整體性能，降低能耗，所以在面對(duì)十二五低碳經(jīng)濟(jì)的要求 ,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能和低能耗的控制是十分必要的。TMS320F28l2為TI公司推出的32位定點(diǎn) DSP ，是控制領(lǐng)域最先進(jìn)的處理器之一，具有其他芯片無法比擬的優(yōu)越性能，體積小、功能全 、

5、可靠性高、成本低 、可擴(kuò)展性強(qiáng) ，廣泛應(yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字化 控制等領(lǐng)域 。 本文提出了一種基于 F2812的數(shù)字化直流電動(dòng)機(jī)的控制方案。在參考了基于單片機(jī)的直流電機(jī)的控制的基礎(chǔ)上，運(yùn)用DSP來控制直流電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。本文介紹以TI公司的TMS320F2812為核心的低成本，高速率的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在建立了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合直流電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制框架和算法，論文完成了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件仿真，著重介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分的驅(qū)動(dòng)單元和保護(hù)單元。 1 總體設(shè)計(jì)方案1.1 直流電機(jī)的調(diào)速原理直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如下n=(U-IR)/K,其中U為點(diǎn)數(shù)端電壓，I為電樞電流

6、，R為電樞電路總電阻，為每極磁通量，K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。可以看出，轉(zhuǎn)速和U、I有關(guān)，并且可控量只有這兩個(gè)，我們可以通過調(diào)節(jié)這兩個(gè)量來改變轉(zhuǎn)速。我們知道，I可以通過改變電壓進(jìn)行改變，而我們常提到的PWM控制也就是用來調(diào)節(jié)電壓波形的常用方法，這里我們也就是用PWM控制來進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的。1.2 PWM調(diào)速原理 直流電機(jī)可以有三種調(diào)速方法：調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流、調(diào)節(jié)電樞端電壓和調(diào)節(jié)電樞回路總電阻。調(diào)節(jié)電樞回路的總電阻的方法比較簡單但是能耗較大，電機(jī)的機(jī)械特性軟，且在輕載時(shí)調(diào)速不明顯。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的方法在低速時(shí)受磁極飽和的限制，在高速時(shí)受換向火花和換向器強(qiáng)度的限制，同時(shí)由于勵(lì)磁線圈的電感較大，造成系統(tǒng)響應(yīng)慢

7、，目前絕大多數(shù)直流電機(jī)調(diào)速均采用調(diào)節(jié)電樞端電壓的方式。直流電機(jī)的電樞控制具有寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛使用的還是電樞控制，即改變電樞兩端電壓Ud的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高頻率通斷的開關(guān)型放大器的出現(xiàn)使通過改變脈沖的占空比來調(diào)節(jié)Ud成為可能，也就出現(xiàn)了脈寬調(diào)制型(PWM)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，通過調(diào)節(jié)占空比就可以調(diào)節(jié)直流電機(jī)電樞電壓。1.3 利用DSP控制為了實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，就需要通過三相全橋開關(guān)電路產(chǎn)生可變的直流電壓，這將通過脈寬調(diào)制原理（PWM）來實(shí)現(xiàn)。PWM信號(hào)時(shí)一系列周期固定、脈寬可變的脈沖電壓，這些脈沖信號(hào)的平均值大小取決于其占空比，這個(gè)固定周期成為PWN的

8、載波周期。將PWM脈沖信號(hào)加到三相全橋電路，其輸出電壓作用于一個(gè)慣性設(shè)備（如一個(gè)LC濾波器或電機(jī)），則控制作用只取決于平均電壓的大小（慣性設(shè)備類似于一個(gè)低通濾波器）,而此平均電壓正是由PWM信號(hào)的占空比來控制的。于是，不斷修改PWM的脈沖寬度即可控制平均電壓的大小，進(jìn)而不斷控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 產(chǎn)生PWM的方法有硬件法和軟件法。其中，軟件法是通過實(shí)時(shí)計(jì)算來生成PWM波，硬件電路通常簡單易行，可編程能力強(qiáng)，是性價(jià)比最高的PWM生成方法。但是軟件法中的實(shí)時(shí)計(jì)算需要建立數(shù)學(xué)模型，因此對(duì)控制器的要求比較高，而DSP的運(yùn)算功能強(qiáng)大，并且提供了專門的PWM電路，減少了CPU開銷，提高了運(yùn)算處理速度，是理想

9、的電機(jī)控制處理器。利用基于DSP芯片的數(shù)字控制系統(tǒng)，以替代傳統(tǒng)的PID模擬控制，提高直流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。DSP芯片內(nèi)部具有豐富的功能，強(qiáng)大的運(yùn)算能力，使得電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且可以采用不同的控制算法，通用性強(qiáng)，調(diào)試方便。 1.4 系統(tǒng)的控制方案 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于電樞端電壓。所以控制就可以控制 。利用開關(guān)管對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速，在一個(gè)周期中，若開關(guān)管觸發(fā)為高電平。其即導(dǎo)通。直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電源電壓。經(jīng)秒后觸發(fā)電壓變?yōu)榈碗娖剑?開關(guān)管截止，。電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓平均值。 占空比,且。電源電壓和 取決于的大小，改變值即可達(dá)到調(diào)速的目的。設(shè)計(jì)中采用了圖 1-1 所示的直流電機(jī)

10、 H型雙極性可逆PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， PWM由DSP控制。在一個(gè) PWM周期兩組開關(guān)管交替導(dǎo)通情況下,呈正負(fù)交替變化。 當(dāng),導(dǎo)通時(shí)， 截止, 電樞繞組承受從 A到 B的正向電壓； 反之電樞繞組承受B到A的反向電壓。一個(gè)PWM周期內(nèi)電機(jī)承受的電樞電壓平均值為： (1-1) 圖1-1 H型雙極性可逆PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 可見,雙極性驅(qū)動(dòng)時(shí),通過調(diào)節(jié)D即可實(shí)現(xiàn) PWM調(diào)速。當(dāng)D = 0時(shí)， 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速最大；當(dāng)D = 1時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速最大；當(dāng) D = 1/2時(shí),電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),但電樞繞組中仍然有電流流動(dòng),使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻振蕩,這種振蕩有利于克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦,提高動(dòng)態(tài)性能。2. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)

11、硬件設(shè)計(jì)框圖圖2-1所示。設(shè)計(jì)中選用的主控芯片 TMS320F2812是專為控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的一款DSP芯片, 具有最大150 MHz( 1.9 V內(nèi)核電壓) 的時(shí)鐘頻率，可以在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)任何內(nèi)存地址完成讀取、修改、寫入操作，使得效率及程序代碼達(dá)到最佳。系統(tǒng)工作時(shí)，用戶根據(jù)電位器給定的電壓信號(hào)先經(jīng)過比較電路判斷正負(fù)，然后分為兩路：一路與此時(shí)的速度反饋通過減法器相減，判斷正負(fù)后取絕對(duì)值，通過 DSP的A /D采樣得到給定轉(zhuǎn)速與速度反饋之間的“模擬差”；另一路直接進(jìn)入絕對(duì)值電路進(jìn)行A /D采樣，然后再與速度反饋的采樣值相減得二者之間的“ 數(shù)字差”。電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)，其外部速度給定和反饋都很小，達(dá)到毫秒

12、級(jí)，如果再相減，則最大量化誤差會(huì)增加一倍，所以在低速時(shí)宜選用“模擬差”。當(dāng)外部給定速度突變時(shí)，如果實(shí)際給定速度能夠按設(shè)定的斜率線性上升，就可以防止電動(dòng)機(jī)沖擊，由于“模擬差”無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，此時(shí)宜采用“數(shù)字差”。圖2-1 PWM系統(tǒng)硬件框圖 圖2-1中的電流反饋由安裝在電樞電壓線上的霍爾器件采樣，電阻將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再經(jīng)過絕對(duì)值電路后進(jìn)行A/D采樣，所得到的電流反饋值將用于電流環(huán)調(diào)節(jié)。用戶給定速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向后，DSP計(jì)算出PWM占空比，輸出PWM信號(hào)經(jīng)光耦合驅(qū)動(dòng)IGBT橋，電動(dòng)機(jī)將按照用戶要求的速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)。控制PWM占空比之前，需對(duì) A /D采樣所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)即比例積分調(diào)節(jié)，對(duì)偏

13、差瞬間作出快速反應(yīng)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化?？刂谱饔玫膹?qiáng)弱取決于比例系數(shù)，比例系數(shù)越大，控制越強(qiáng)，但過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性。積分調(diào)節(jié)的作用是消除靜態(tài)誤差。但它也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。模擬PI調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)原理圖圖2-2所示。該系統(tǒng)由模擬PI調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象組成。 圖2-2 模擬PI控制系統(tǒng)原理圖給定值 與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差，所以模擬控制器的控制規(guī)律是： （2-1）式中：為比例系數(shù)；為積分常數(shù)；為開始進(jìn)行PI控制時(shí)的原始初值。 對(duì)式(2-1) 作離散化處理可得數(shù)字調(diào)節(jié)器的算法： （2-2）式中：k為采樣序列號(hào)， k =0

14、，1 ，2 ，；為第k次采樣時(shí)刻輸出值；為第k次采樣時(shí)刻輸入偏差值。 進(jìn)一步簡化式（2-2）得： （2-3）通過有限次乘法和加法可快速計(jì)算出PI調(diào)節(jié)器的輸出。設(shè)計(jì)中使用的是速度與電流雙環(huán)調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)給定速度和反饋速度之差按一定規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，并利用運(yùn)算結(jié)果對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。電流調(diào)節(jié)器有兩個(gè)作用：一是在啟動(dòng)和大范圍加減速時(shí)起調(diào)節(jié)電流和限速的作用；二是增強(qiáng)系統(tǒng)抗電源擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)的能力。2.1 控制部分硬件設(shè)計(jì)控制板部分以TMS320F2812為核心，加上一部分外圍電路及接口構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)的主要功能是控制指令的接收和執(zhí)行，速度信號(hào)的接收和計(jì)算處理，電流采樣信號(hào)接收和轉(zhuǎn)換，速度閉環(huán)和電流

15、閉環(huán)控制算法的執(zhí)行等。TMS320F2812的引腳圖圖2-3所示。圖2-3 TMS320F2812引腳圖對(duì)電機(jī)的控制主要使用F2812片上的兩個(gè)電機(jī)控制專用外設(shè)EVA和EVB。利用通用定時(shí)器T1配合PWM發(fā)生器來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)功率器件所需的四路PWM信號(hào)，通過GPIO接口將電機(jī)霍爾傳感器信號(hào)輸入捕獲單元，從而獲取電流的大小，進(jìn)而控制電機(jī)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。兩個(gè)12位AD 模塊對(duì)相電流信號(hào)Iphase和輸入的速度調(diào)節(jié)電壓信號(hào)Vref進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，分別作為電流環(huán)的反饋信號(hào)和速度環(huán)的參考信號(hào)。通過片上的通用輸入輸出接口（GPIO），實(shí)現(xiàn)與功率驅(qū)動(dòng)部分的連接，輸出正反轉(zhuǎn)信號(hào)，緊急制動(dòng)信號(hào)等，同時(shí)接收輸入的

16、保護(hù)信號(hào)，故障信號(hào)等。通過片上的SCI模塊實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信，接收上位機(jī)的控制指令?？刂撇糠钟布Y(jié)構(gòu)如圖2-4所示。圖2-4 控制板電路框圖2.1.1 供電電源電路 TMS320F2812需要兩路供電電源：內(nèi)核1.8V和外圍設(shè)備3.3V。其供電芯片采用TI公司的電源管理芯片TPS767D318PWP。TPS767D318PWP采用PMOS結(jié)構(gòu)，輸出電壓跌落小且與輸出電流成正比，靜態(tài)電流小且與負(fù)載無關(guān)。 TPS767D318PWP還具有內(nèi)部電流限制和熱保護(hù)的特點(diǎn)，輸出電流限制約為1A。內(nèi)部比較器可以對(duì)穩(wěn)壓器的輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控。以檢測(cè)穩(wěn)定輸出電壓的欠壓狀況。 TPS767D318PWP電源電平轉(zhuǎn)換

17、電路如圖5所示,TPS767D318PWP的通道1輸出1.8V供給DSP內(nèi)核，通道2輸出3.3V供給DSP外圍設(shè)備。2.1.2 事件管理器產(chǎn)生PWM輸出 三個(gè)比較單元的任一個(gè)都可以與通用(GP)定時(shí)器1（對(duì)于EVA模塊）或通用定時(shí)器3（對(duì)于EVB模塊）、死區(qū)單元以及時(shí)間管理器模塊中的輸出邏輯一起，產(chǎn)生一對(duì)可編程死區(qū)和輸出極性可控的PWM輸出。對(duì)應(yīng)于每個(gè)EV模塊中的三個(gè)全比較單元，一共六個(gè)這樣的專用PWM輸出引腳，這六個(gè)專用的輸出引腳可以非常方便的用來控制電機(jī)。由于比較動(dòng)作控制寄存器（ACTRx)的控制作用，PWM的輸出動(dòng)作具有很強(qiáng)的靈活性。圖2-5 TPS767D318PWP電源電平轉(zhuǎn)換電路2

18、.2 功率驅(qū)動(dòng)部分硬件設(shè)計(jì) 功率驅(qū)動(dòng)部分的硬件電路，主要由前置驅(qū)動(dòng)芯片和四個(gè)功率MOSEFET管組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制部分傳送過來的換相信息的處理和PWM信號(hào)的隔離放大，控制功率MOSFET管的導(dǎo)通和關(guān)斷，以此來控制電機(jī)的工作狀態(tài)和速度。除此之外，還有電源電路，電流檢測(cè)電路，過流保護(hù)和緊急制動(dòng)電路等輔助電路，以及與電機(jī)和控制板的接口電路。2.2.1 IR2131芯片的介紹 前置驅(qū)動(dòng)芯片采用的是IR公司的MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片IR2131，具有集成度高、可靠性好、速度快、過流欠壓保護(hù)、調(diào)試方便等特點(diǎn)。IR2131 內(nèi)部設(shè)計(jì)有過流、過壓及欠壓保護(hù)。IR2131 是國際整流器公司最新推出的高壓集成驅(qū)動(dòng)器,

19、可作為交直流調(diào)速、UPS電源、電子鎮(zhèn)流器以及永磁無刷電機(jī)調(diào)速電路中主功率元件的驅(qū)動(dòng)電路。 IR2131可直接驅(qū)動(dòng)中小容量的功率場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET)、絕緣柵晶體管 (IGBT)和場(chǎng)效應(yīng)控制晶閘管(MCT)等。IR2131具有六路輸入信號(hào)和六路輸出信號(hào), 其中六路輸出信號(hào)中的三路具有電平轉(zhuǎn)換功能, 因而它既能驅(qū)動(dòng)橋式電路中低壓側(cè)的功率器件, 又能驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)的功率元件。也就是說,該驅(qū)動(dòng)器可共地運(yùn)行,且只需一路控制電源, 而常規(guī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常包括光電隔離器件或者脈沖變壓器, 同時(shí)還必須向驅(qū)動(dòng)電路提供相應(yīng)的隔離電源。IR2131的工作結(jié)溫范圍為-55+150，工作頻率從幾十赫茲到上百千赫茲，其獨(dú)特

20、的設(shè)計(jì)使它可用來驅(qū)動(dòng)工作在母線電壓不高于600V的電路中的功率MOS器件。其可輸出的最大正向峰值驅(qū)動(dòng)電流為250mA,而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500mA。它的內(nèi)部設(shè)計(jì)有過電流、過電壓及欠電壓保護(hù)，封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)，使用戶可方便的用來保護(hù)被驅(qū)動(dòng)的功率MOS管。加之，內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用，使它可用于高壓系統(tǒng)，它還可以對(duì)同一橋臂上下兩功率MOS器件的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生2us的互鎖延時(shí)時(shí)間。它自身工作電源的電壓范圍較寬，為320V，在它的內(nèi)部還設(shè)有與被驅(qū)動(dòng)的功率器件所通過的電流呈線性關(guān)系的電流放大器，電路設(shè)計(jì)還保證了內(nèi)部的三個(gè)通道中的高壓側(cè)啟動(dòng)器與低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器可單獨(dú)使用，是用戶即可用其內(nèi)部的三個(gè)高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器

21、，亦可只用其內(nèi)部的三個(gè)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器，并且輸入信號(hào)與TTL及CMOS電平兼容。2.2.2 引腳介紹 IR2131是一標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式28引腳集成電路。其引腳排列見圖2-6所示，圖2-6 IR2131引腳圖各引腳的名稱、功能、用法及推薦工作條件如下 （1）輸入端 引腳28（)、引腳24（）、引腳20（）為懸浮電源連接端。該三端得作用表現(xiàn)為在集成于IR2131內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)變流器中三個(gè)高壓側(cè)功率管的驅(qū)動(dòng)提供電源，實(shí)用中，分別與三個(gè)陽極都接IR2131工作電源（引腳1）的高反壓快恢復(fù)二極管中的一個(gè)的陰極相連，且該三個(gè)引腳分別通過一自舉電容接對(duì)應(yīng)的引腳26（)、引腳22（）或引腳18（）。 引腳2（HIN1

22、）、引腳3（HIN2）、引腳4（HIN3）為驅(qū)動(dòng)變流器中三個(gè)高壓側(cè)功率管的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端，實(shí)用中，與六路脈沖形成電路中輸出的三個(gè)高壓側(cè)功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連接。 引腳5（LIN1）、引腳6(LIN2）、引腳7（LIN3）為驅(qū)動(dòng)變流器中三個(gè)低壓側(cè)功率管的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端，實(shí)際應(yīng)用中，接六路脈沖形成電路中輸出的三個(gè)低壓側(cè)功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 引腳9（)為過電流信號(hào)檢測(cè)輸入端。該端的作用是可通過輸入電流信號(hào)來完成過電流或直通短路保護(hù)，實(shí)用中，接電流檢測(cè)環(huán)節(jié)（分流器或互感器）的輸出。引腳11（CA-）、引腳13（)為電流放大器信號(hào)檢測(cè)輸入端。該兩端可用來完成電流信號(hào)輸入，引腳11（CA-）為反相端，而引腳13（

23、）為同相端，應(yīng)用中分別接電流檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出的負(fù)端及正端。（2）輸出端： 引腳27（HO1）、引腳26（),引腳23（HO2）、引腳22（)、引腳19（HO3）、引腳18（）、引腳16（LO1）、引腳15（LO2）、引腳14（LO3）、引腳13（）為六路驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到變流器中六個(gè)對(duì)應(yīng)的功率管的柵射極（或柵源極、柵陰極、陰極）；LO1、LO2、LO3分別接與HO1、HO2、HO3相對(duì)應(yīng)的變流器中低壓側(cè)三個(gè)功率MOS功率器件的柵極，同時(shí)接低壓側(cè)三個(gè)功率MOS管的射極（或源極、陰極）。引腳8（)為過電流、直通短路及過電壓、欠電壓保護(hù)輸出端，該端提供一個(gè)過電流、直通或過電壓、欠電壓保護(hù)的指示信號(hào)，應(yīng)用中，接

24、指示用發(fā)光二極管或用戶系統(tǒng)封鎖端。引腳10（CAO）為IR2131內(nèi)部電流放大器的輸出端，該端可提供正比于負(fù)載電流的電壓信號(hào)，使用戶可用來與引腳11（CA-）端構(gòu)成調(diào)節(jié)器，應(yīng)用中，該端輸出信號(hào)可接用戶系統(tǒng)進(jìn)行顯示，亦可構(gòu)成調(diào)節(jié)器后接用戶系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)流控制等功能。（3）電源端：引腳1（)、引腳12（)分別為電源連接端，該兩端的作用是為IR2131提供一工作電源，當(dāng)IR2131選正電源工作時(shí)，引腳1接正電源，而引腳12接電源地。IR2131在制作中因工藝原因，它的引腳中還有三個(gè)空引腳，即為引腳17、21、25。 功率驅(qū)動(dòng)部分電路框圖如圖2-7所示。 圖2-7 功率驅(qū)動(dòng)部分電路框圖 電機(jī)控制器驅(qū)

25、動(dòng)電路采用IR2131(見圖2-5)。IR2131IR2132是一種采用高壓、高速功率MOSFlET和IGBT的驅(qū)動(dòng)器。IR2131可同時(shí)控制4個(gè)功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷。通過輸出端口H01，H02分別控制H型驅(qū)動(dòng)電路中上半橋VT1、VT3的導(dǎo)通和關(guān)斷，通過輸出端口L0l、L02分別控制H型驅(qū)動(dòng)電路中下半橋VT2、VT4的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)。IR2131的驅(qū)動(dòng)電路如圖2-8所示。圖2-8 IR2131的驅(qū)動(dòng)電路 C1自舉電容，為上橋臂功率管驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)能量，開關(guān)頻率大于5kHz 時(shí), 容值應(yīng)不小于0.1U, 選低漏電流的瓷片電容；D1為自舉二極管，其作用是防止上橋臂導(dǎo)通時(shí)的直流電壓

26、母線電壓加到IR2131的電源上而使器件損壞，因此D1應(yīng)有足夠的反向耐壓，為了滿足主電路功率管開關(guān)頻率的要求，D1還應(yīng)選超快速恢復(fù)型二極管。R1和R2是IGB的柵極限流電阻, 一般可采用十幾到幾十歐。對(duì)IGBT的動(dòng)態(tài)特性將產(chǎn)生極大的影響，不同電流容量的IGBT器件的柵極限流電阻有不同的取值 ,功率越大的管子?xùn)艠O電阻應(yīng)越小。功率驅(qū)動(dòng)電路采用24V供電，TMS320F2812控制芯片通過一個(gè)H橋即可對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。四路PWM信號(hào)由TMS320F2812控制器輸出，用于驅(qū)動(dòng)H橋式變換器。H橋式變換器如圖2-9所示，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)DC/DC變換器，在直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，該變換器可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的四象

27、限運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定對(duì)應(yīng)的一對(duì)功率開關(guān)處于工作狀態(tài)。在一個(gè) PWM周期兩組開關(guān)管交替導(dǎo)通情況下,呈正負(fù)交替變化。其工作波形如圖2-10所示。當(dāng),導(dǎo)通時(shí)， 截止,電樞繞組承受從 A到 B的正向電壓；反之電樞繞組承受從B到A的反向電壓。一個(gè)PWM周期內(nèi)電機(jī)承受的電樞電壓平均值為： (2-4) 圖2-9 H型雙極性可逆PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 圖2-10 H型雙極性PWM驅(qū)動(dòng)電路輸入/輸出波形 可見,雙極性驅(qū)動(dòng)時(shí),通過調(diào)節(jié)D即可實(shí)現(xiàn) PWM調(diào)速。當(dāng)D = 0時(shí)， 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速最大；當(dāng)D = 1時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速最大；當(dāng) D = 1/2時(shí),電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn),但電樞繞組中仍然有電流流動(dòng),使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻振

28、蕩,這種振蕩有利于克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦,提高動(dòng)態(tài)性能。其工作原理如下： 1）零電位時(shí)，正負(fù)脈寬相等，平均電壓為零。在期間，和導(dǎo)通，和截止，電樞電流沿回路由流向，電機(jī)在電源電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中為反電動(dòng)勢(shì)，有,虛線部分為電機(jī)等效模型。其電流流向如圖2-11所示。 圖2-11 H型PWM驅(qū)動(dòng)示意圖（期間） 在期間，和截止，在電樞電感作用下，電樞電流沿回路 維持從A流向B，在此期間受和導(dǎo)通的限制，和不會(huì)導(dǎo)通，電機(jī)仍以原轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)在時(shí)刻，正向電流衰減到零，則在期間，和在電源電壓和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的作用下導(dǎo)通，電樞電流沿回路經(jīng)和從B流向A，電機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)，有，與上面不同的是流過電機(jī)的電流方向相反。其

29、電流流向如圖2-12所示。 圖2-12 H型PWM驅(qū)動(dòng)示意圖（期間） 在期間，因電流不能立即換向，和截止，和續(xù)流，電樞電流沿回路經(jīng)和由B流向A，電機(jī)仍處于制動(dòng)狀態(tài)；若在時(shí)刻，電樞電流衰減到零，那么在期間，和重新導(dǎo)通，電流由A到B，開始一個(gè)新周期。 2）非零位時(shí)，假定正脈沖寬度大于負(fù)脈沖寬度，則平均電壓大于零時(shí)，則只有和導(dǎo)通，和續(xù)流，電流永遠(yuǎn)流向一個(gè)方向，電機(jī)向固定方向運(yùn)轉(zhuǎn)。 3）制動(dòng)過程。當(dāng)PWM脈寬突然發(fā)生變化，例如電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，PWM脈沖正脈沖減小，則平均電壓瞬時(shí)減小，導(dǎo)致反電勢(shì),減弱原來的電流，故稱為制動(dòng)。2.3 死區(qū)的設(shè)置 由于MOSFET的開關(guān)、和、的控制信號(hào)是反向的，即這兩組開關(guān)不能

30、同時(shí)為閉合和斷開，只能是相反的。否則同時(shí)閉合或關(guān)斷對(duì)MOSFET和電機(jī)都會(huì)造成不良影響，有時(shí)甚至造成MOSFET的發(fā)熱、損壞。而、和、的控制信號(hào)并不能保證在如圖（波形圖）所示時(shí)刻反向，例如，數(shù)字信號(hào)是 有一定的閾值范圍的，低于某電平的即認(rèn)為是高0，高于某電平即認(rèn)為是1，但若、和、的兩路控制信號(hào)變化的斜率不一樣，就容易造成兩路信號(hào)變化的斜率不一樣，就容易造成兩路信號(hào)同向的現(xiàn)象。為了避免MOSFET同側(cè)開關(guān)管（也可稱橋臂）同向，需要在兩路信號(hào)之間加一個(gè)死區(qū)信號(hào)，即在兩路信號(hào)的跳變出加一段延時(shí)，如圖2-13所示。正式這段延時(shí)，可以避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，保護(hù)MOSFET和電機(jī)。死區(qū)很容易實(shí)現(xiàn)，在TMS32

31、0F2812的死去單元DBTCONA或DBTCONB中設(shè)置即可。圖2-13 死區(qū)2.4 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件連接圖2-14 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件連接2.5 電流采樣電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中采用電流閉環(huán)控制，就需要得到準(zhǔn)確的電流信息。通常情況下，選擇用霍爾電流傳感器來檢測(cè)電機(jī)線圈中的電流大小，霍爾電流傳感器是利用霍爾效應(yīng)制作的一種霍爾元件。我們知道：當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，把這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差，如圖2-15所示。圖2-15 霍爾效應(yīng)原理圖 當(dāng)電流I從左至右通過一個(gè)放在磁場(chǎng)B中的金屬導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的上下表面之

32、間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差,其大小可以表示為： （2-5） （2-6）式中：K為乘積靈敏度，由半導(dǎo)體的材料性質(zhì)決定；d為半導(dǎo)體材料的厚度?？梢?，霍爾電勢(shì)差與通過導(dǎo)體的電流以及磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積成正比，與元件的厚度成反比。K的值越大，靈敏度就越高；反之，則靈敏度就越低。 如果上述公式（2-5）中的電流I為常數(shù)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B與被測(cè)電流成正比，即為霍爾電流傳感器；如果電流I為常數(shù)，磁感應(yīng)強(qiáng)度與被測(cè)電壓成正比，即為霍爾電壓傳感器。但此時(shí)的霍爾傳感器電壓都非常小，一般只有幾十毫伏，還需要經(jīng)過一些運(yùn)算放大電路的處理才能輸出較強(qiáng)的信號(hào)。閉環(huán)電流霍爾傳感器如圖2-16所示，其工作原理是：當(dāng)電流流過一根較長的直導(dǎo)線時(shí)

33、，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流的大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚焦，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線性關(guān)系，因此，可以用測(cè)得的輸出信號(hào)直接反映導(dǎo)線中電流的大小。真實(shí)的霍爾傳感器外觀如圖2-17所示。圖2-16 電流檢測(cè)原理圖2-17 霍爾傳感器 電流反饋通道由霍爾元件、運(yùn)算放大器和AD轉(zhuǎn)換器組成。電流反饋采用變比為1：1 000的磁平衡式霍爾元件，該元件的輸出為電流信號(hào)，并且信號(hào)較弱，必須經(jīng)過精密電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過放大處理，得到電流的雙極性信號(hào)。因?yàn)镈SP中AD轉(zhuǎn)換單元的輸入范圍是033 V(單極性)，需要設(shè)計(jì)將雙極性信

34、號(hào)變?yōu)閱螛O性的電路，再送到AD轉(zhuǎn)換器。圖2-18給出電路原理圖。圖2-18 電流檢測(cè)原理圖2.6 轉(zhuǎn)速測(cè)量在數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中，需要準(zhǔn)確得到位置和速度信息，以構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，而一般需要測(cè)量位置和速度信息的傳感器完成。可以說，要獲得高精度的控制系統(tǒng)，速度、位移的測(cè)量精度起著決定性的作用。位移或速度傳感器按輸出信號(hào)形式不同可分為模擬和數(shù)字兩種檢測(cè)方法。模擬測(cè)速一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)，其輸出電壓不僅表示了轉(zhuǎn)速的大小，還包含了轉(zhuǎn)速的方向，在調(diào)速系統(tǒng)中（尤其是在可逆系統(tǒng)中），轉(zhuǎn)速的方向是必不可少的。當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓通過A/D轉(zhuǎn)換輸入到微機(jī)時(shí)，由于多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換電路只是單極性的，因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖?/p>

35、換，將雙極性的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到以偏移碼表示的數(shù)字量送入微機(jī)。但偏移碼不能直接參與運(yùn)算，必須用軟件將偏移碼變換為原碼或者補(bǔ)碼，然后進(jìn)行閉環(huán)控制。模擬測(cè)速的方法的精度不夠高，在低速時(shí)更為嚴(yán)重。對(duì)于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼測(cè)速，即數(shù)字測(cè)速。這里運(yùn)用了目前普遍采用的數(shù)字傳感器。數(shù)字位移和速度傳感器包括光電編碼器、光柵尺、磁編碼器等，而光電編碼器是在數(shù)字伺服系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的傳感器之一。采用光電編碼器作為速度檢測(cè)元件 ，它可輸出三路脈沖信號(hào)A，B 和Z。其中，A 和B 是兩個(gè)頻率變化且正交 （即相位差為9 0 °）的脈沖，當(dāng)它由電機(jī)軸

36、上的光電編碼器產(chǎn)生時(shí) ，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可通過檢測(cè)兩個(gè)脈沖序列中的哪一列先到來確定，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由脈沖數(shù)和脈沖頻率來決定。這樣把光電編碼器輸出的數(shù)字脈沖送人DSP 的正交編碼單元（QEP）進(jìn)行處理即可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。由于光電編碼器輸出的是5 V數(shù)字電平信號(hào)，而DSP只能接受3.3 V電平信號(hào)，因此在該系統(tǒng)中采用八位總線收發(fā)器SN74LVC245 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。該芯片的最大特點(diǎn)是采用3.3 V電壓供電，而輸人可被3.3 V或 5 V器件驅(qū)動(dòng)，最大輸出不超過電源電壓3.3 V。從而作為DSP與光電編碼器的接口電路。 2.7 系統(tǒng)保護(hù)電路在直流電機(jī)控制系統(tǒng)中，保護(hù)電路具有重要作用，可保護(hù)控制系統(tǒng)

37、的核心器件DSP免受高壓、過電流的沖擊，同時(shí)也保護(hù)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路免遭損壞。整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)電路主要由電路隔離、信號(hào)隔離和驅(qū)動(dòng)保護(hù)3部分組成。2.7.1 隔離電路信號(hào)隔離電路是把控制電路與驅(qū)動(dòng)電路之間的控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過光電隔離器進(jìn)行信號(hào)隔離，實(shí)現(xiàn)不同電壓之間的信號(hào)傳輸，如圖2-19所示。該隔離電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP的4路PWM輸出信號(hào)與IGBT的光電隔離，并實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和電平轉(zhuǎn)換功能。2-19 信號(hào)隔離電2.7.2 保護(hù)電路為保證系統(tǒng)中功率轉(zhuǎn)換電路及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路安全可靠工作，TMS320F2812還提供了PDPINT輸入信號(hào)，利用它可方便地實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的各種保護(hù)功能。各種故障信號(hào)由CD8128綜合后

38、，經(jīng)光電隔離輸入到PDPINT引腳。有任何故障狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)CD8128輸出低電平，PDPINT引腳也被拉為低電平。此時(shí)，DSP內(nèi)的定時(shí)器立即停止計(jì)數(shù)，所有PWM輸出引腳全部呈高阻狀態(tài)。同時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)，通知CPU有異常情況發(fā)生。整個(gè)過程不需程序干預(yù)，全部自動(dòng)完成，這對(duì)實(shí)現(xiàn)各種故障狀態(tài)的快速處理非常有用。如圖2-20所示。圖2-20 系統(tǒng)保護(hù)電路2.8 系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊系統(tǒng)采用SCI接口完成與上位機(jī)的通訊功能，采用RS一232通信，通過上位機(jī)給定位置量同時(shí)控制過程中電機(jī)的速度、電流、位置反饋量等參數(shù)，以實(shí)時(shí)發(fā)送上位機(jī)顯示。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由通信程序和控制算法構(gòu)成。通信程序主要

39、完成 DSP和上位機(jī)通信的功能，DSP接收P C機(jī)的命令，并且反饋信息。通信協(xié)議采用 R S -2 3 2標(biāo)準(zhǔn)為了保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)，系統(tǒng)采用速度和位置的雙閉環(huán)控制。速度環(huán)的輸入即為位置環(huán)的輸出，控制的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1所示 圖3-1 結(jié)構(gòu)示意圖3.1 PI控制算法控制算法采用工業(yè)控制普遍應(yīng)用的經(jīng)典數(shù)字PI調(diào)節(jié)算法。數(shù)字PID調(diào)節(jié)基本算法有位置式和增量式兩種算式，這兩種算式無本質(zhì)的差別。與位置式相比，增量式的優(yōu)點(diǎn)是積分飽和得到改善，使得系統(tǒng)的超調(diào)量減少，過渡過程時(shí)間短，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有所提高。本系統(tǒng)中不允許有大的超調(diào)量，所以采用增量式PI算法。以速度環(huán)為例，在PI算法的具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，計(jì)算，先

40、計(jì)算比例部分,如果結(jié)果超出了限制部分,即進(jìn)入飽和區(qū)，則偏差不必進(jìn)行積分部分的運(yùn)算，直接給出限定的最大或者最小值，其算法的流程如圖3-2所示。圖3-2 算法流程圖 3.2 程序設(shè)計(jì)總體程序的設(shè)計(jì)流程圖如圖3-2所示圖3-2 系統(tǒng)的流程圖PWM波的生成程序void time1_int(void) interrupt 1 time+; TH1 = 0xec; TL1 = 0x78; if(change = 0) PWM2 = 1; if(time = high) PWM1=0; else if(time = period) PWM1 = 1; time = 0; else PWM1 = 1; if(

41、time = high) PWM2=0; else if(time = period) PWM2 = 1; time = 0; 電機(jī)運(yùn)行模塊電機(jī)運(yùn)行控制模塊包括電機(jī)的方向控制和電機(jī)的速度控制，他們由Open，close，addspeed，subspeed，swap變來控制2812的EVA模塊產(chǎn)生不同的PWM信號(hào)送到IR2131 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。void motor_control() if(open = 1) PDPINTA = 1; if(close = 1) PDPINTA = 0; if(swap = 1) change = change; while(swap != 0) if(sub_s

42、peed = 1) high+; if(high = 30) PDPINTA=0; while(sub_speed != 0) if(add_speed = 1) high-; if(high = 5) high = 5; while(add_speed != 0) 4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 測(cè)試PWM波形的輸出，測(cè)出PWM波頻率為1KHz，與預(yù)計(jì)相符。通過電位器可在0100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)PWM占空比。其實(shí)兩路波是存在死區(qū)的，可避免兩路IGBT的同時(shí)導(dǎo)通。測(cè)出死區(qū)時(shí)間為12us,基本與預(yù)計(jì)的相符合。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PWM占空比可以很好實(shí)現(xiàn)電機(jī)高低速以及正反轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)。 直流 電動(dòng)機(jī)額定功率為4kW。 額定電壓3

43、80 V，額定電流11.5 A, 最大轉(zhuǎn)速為1500r/min。 靜態(tài)性能：由鍵盤輸入各種給定轉(zhuǎn)速，使負(fù)載電流從小道大變化。記錄電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)速度反饋的穩(wěn)定度，測(cè)速機(jī)反饋范圍為一20+20V。在給定轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)速機(jī)速度反饋電壓波動(dòng)小于0.O1V。 動(dòng)態(tài)性能：時(shí),觀察系統(tǒng)起動(dòng)及突加、突卸100額定負(fù)載時(shí)的過渡過程。結(jié)果表明,速度響應(yīng)時(shí)間很小,超調(diào)量小于l,電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為0.5r/min時(shí)仍然能夠穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)具有很好的低俗調(diào)節(jié)性能10。 結(jié)論經(jīng)過緊張、忙碌的兩個(gè)月的努力，我終于完成了本次設(shè)計(jì)活動(dòng)。本論文闡述了直流電機(jī)調(diào)速的特點(diǎn)，主要通過PWM波來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直流電動(dòng)機(jī)易獲得良好的控制性能及快速的

44、動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且具有良好的調(diào)速特性和寬廣的調(diào)速范圍，在以往的變速傳動(dòng)領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。電機(jī)調(diào)速一直以來是眾多人研究的問題，本文主要利用DSP（TMS320F812）來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制，基于DSP的系統(tǒng)的功耗低、控制精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制的功能豐富?？刂葡到y(tǒng)中運(yùn)用到了H型雙極性PWM波，IR2131的驅(qū)動(dòng)電路、電流傳感器為核心的檢測(cè)電路以及系統(tǒng)的保護(hù)電路。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：TMS320F2812芯片內(nèi)部集成了諸多功能，加上強(qiáng)大的運(yùn)算能力，使得采用該芯片的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所需外圍器件少。其中的關(guān)鍵算法由軟件實(shí)現(xiàn)，可編程性好，可在不同的應(yīng)用場(chǎng)合采用不同的控制算法，且無需改變外圍電路，因而具有很好的靈活性，易于控制系統(tǒng)升級(jí)及滿足一些特殊 場(chǎng)合要。試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制可靠，能保持快速響應(yīng)和無靜差以及較小超調(diào)等優(yōu)良性能，尤其是低速條件下調(diào)速性能良好。 應(yīng)用DSP的C語言，進(jìn)行了軟件系統(tǒng)程序的編寫與調(diào)試；由于本人的水平和時(shí)間的限制，只做了部分程序如PWM產(chǎn)生程序及控制電機(jī)轉(zhuǎn)速程序，電路保護(hù)程序等還有待更深的進(jìn)行，電路的整體調(diào)試也還有待加深。 我感覺通過這次設(shè)計(jì)活動(dòng)，我的最大收獲是了解了一種設(shè)計(jì)思想，認(rèn)識(shí)了一個(gè)新的設(shè)計(jì)世界，這種設(shè)計(jì)思想要求設(shè)計(jì)者對(duì)自己的設(shè)計(jì)目的要有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)怎樣實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)要有把握，同時(shí)他的最大意義在于將它運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)中后，它能