DSP应用技术论文要点.pdf
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1、京江学院 JINGJIANG COLLEGE OF J I A N G S U U N I V E R S I T Y 2016-2017 学年第 1 学期 DSP应用技术 论文题目 :基于 DSP 的电机控制方法研究 专业班级 :J 电气 1303 学生姓名 :男神 学生学号 :41311270 完成日期 :2016 年 11 月 2 日 电气信息工程学院 目 录 摘 要 1 概述 1 直流电动机的拉制原理. 2 系统硬件设计. 4 系统软件设计. 5 矢量控制的基本原理. 6 矢量控制在三相永磁同步伺服电机中的应用. 6 硬件部分 . 7 软件部分 . 7 试验结果 . 9 试验结论 .
2、9 参考文献 . 9 平时作业 . 10 - 1 - 摘 要 介绍 DSP的发展和在对电机控制方面的优势和电动机在控制领域的应用。着 重说明了如何利用DSP 来实现对直流电机 , 交流异步电机等的控制。因DSP具有 灵活的指令集 ; 内在的操作灵活性 ; 高速的运算能力 ; 改进的并行结构 ; 有效的成 本, 使得 TMS320 系列成为很多处理应用的理想选择“ 通过简单的介绍其控制电路 的功能来详细说明了电动机专用DSP的应用。通过对电动机专用DSP的应用的分 析来引出直流电动机的DSP控制, 在此章中详细的描述了直流电动机的控制原理 和直流电动机的DSP控制方法 , 包括硬件和软件上的配置
3、等。描述了交流异步电 动机的 DSP控制。首先介绍了交流异步感应电动机变频调速原理, 通过其原理引 出 SPWM 的控制技术,然后用DSP系统来实现 SPWM 波的生成 , 从而起到利用 DSP 来控制交流异步电动机的转速控制。然后描述了永磁同步伺服电机控制。通过介 绍矢量控制的基本原理来研究基于DSP的永磁同步伺服电机的控制包括硬件和 软件部分。 关键词 : 电动机;控制原理; DSP控制 概述 电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域和 人们的日常生活。无论是在工农业生产,交通运输,国防,航空航天,医疗卫生,商务 和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电
4、子产品(如电冰箱,空调,DVD 等)中,都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示,在所有动力资源中,百分之九 十以上来自电动机。同样,我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与 人的生活息息相关,密不可分。电气时代,电动机的调速控制一般采用模拟法,对电动 机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序 控制。这类控制可通过继电器,可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂 控制,是指对电动机的转速,转角,转矩,电压,电流,功率等物理量进行控制。 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。长期以来,直流 电机一直占据着调速控制和位置控
5、制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性、简 单的控制性能、高质高效平滑运转的特性,尽管近年来不断受到其他电动机的挑战,但 到目前为止,就其性能来说仍然无其他电动机能比。 在直流调速控制系统中,可以采用各种控制器,DSP 是其中的一种选择。由于DSP 具 有高速运算性能, 因此可以实现诸如模糊控制等复杂的控制算法。另外它可以产生有死 区的 PWM 输出,所以可以使外围硬件最少。 - 2 - 基于 DSP的电机控制方法研究 直流电动机的拉制原理 根据他励直流电动机的等效电路, 可以得出直流电动机的数学模型。电压 平 衡 方 程 如 下 : )/( UdtdIIIRE aaaaaa( 1 ) ,
6、其 中 感 应 电 动 势 为: ne KEa (2)中n从以上两式可得电动机的转速n的表达式: kdtdIIIRU eaaaaa n/)/((3) 直流电动机的电磁转矩为:I a KTTM (4) 转矩平衡方程式:)/(dtdJTLTM(5) 由上式可得 , 直流电动机的转速控制方法可分为两类: 对励磁磁通中进行控 制的励磁控制法是在电动机的电枢电压保持不变时, 通过调整励磁电流来改变励 磁瓷通 , 从而实现调速的。这种调速法的调速范围小 , 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 , 所以这种控制方式用的很少。 电枢电
7、压控制法是在保持励磁磁通不变的情况下, 通过调整电枢电压来实现 调速的。在调速时保持电枢电流不变, 即保持电动机的输出转矩不变, 可以得到具 体的恒转矩特性的大的调速范围, 因此大多数应用场合都使用电枢电压控制法。 励磁控制法和对电枢电压Ua进行控制的电枢电压控制法。 励磁控制法是在电动机的电枢电压保持不变时, 通过调整励磁电流来改变励 磁瓷通 , 从而实现调速的。这种调速法的调速范围小 , 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 , 所以这种控制方式用的很少。电枢电压控制法是在保持励磁磁通不变的 情况下 , 通过调整电枢
8、电压来实现调速的。 在调速时保持电枢电流不变, 即保持电 动机的输出转矩不变, 可以得到具体的恒转矩特性的大的调速范围, 因此大多数 应用场合都使用电枢电压控制法。 - 3 - 图 1 他励直流电动机的等效电路 对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和 驱动中 , 对半导体器件的使用上可分为两种方式: 线性放大驱动方式和开关驱动 方式。 线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是 : 控制原理简单、输出波动小、线性好、对邻近电路干扰小。但是功率器件在线性 区工作时会将大部分电功率用于产生热量, 效率和散热问题严重, 因此这种方式 只用于数瓦以下的
9、微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱 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。 图中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 2PWM 调速控制的原理图和输入输出电压波形 - 4 - 在PWM 调速时 , 占空比 Q是一个重要参数 “ 以下三种方法都可以改变占空比的 值: 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也随之改变。 调宽调频法 : 这种方法是保持论不变 , 只改变 tl, 这样使周期 T也随之改变。 定频 调宽法 :
10、 这种方法是保持周期T 不变, 而同时改变 t1 和 t2 。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期, 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 , 因此这两种方法用的很少。 目前在直流电机的 控制中主要是使用定频率调宽法。 TMS320LF2407A 电动机专用 DSP集成了 PWM 控制信号发生器 , 它可以通过调 整事件管理器的定时器控制寄春存器来设定PWM 工作方式和频率 , 通过调整比较 值来调整PWM 的占空比 , 通过调整死区控制寄存器来设定死区时间, 通过专用的 PWM 输出口输出占空比可调的带有死区PWM 控制信号 , 从而省去了其他控制器所 用的外围
11、 PWM 波发生电路和时间延时电路。 电动机专用 DSP的高速运算功能可以 实现直流电动机的实时控制, 通过软件实现名副其实的全数字控制。从而省去了 外围的 PID 调节电路和比较电路。 系统硬件设计 控制部分 控制部分的核心器件是TMS32OF2812, 制作时使用了一块工CETEK 一 2812 一 B板(带 2812的 DSP开发板 ), 除带 DSP外, 还有一颗电源管理芯片 , 将外接别转为 3.3V 为系统供电。 2812 从电机处采集转速、电流反馈信号和位置反馈信号,DSP 综合这三个信号输出对外的控制信号。从驱动部分反馈的过流信号是一个0、1 信号,DSP在工作时始终监视这一信
12、号, 一但监视到 1, 即表示电机过载 , 则立即给 出一个让电机停止转动的信号, 以免损坏电机和调速器。 DSP 输出的转速控制信号是一个数字量, 用 D/A将此数字 , 量转换成电压量给 MC33035用以调速。系统中选用了12 位的串行D/A(TLV5616), 后加一级放大 (LM358), 使输出电压可根据不同电机的要求进行放大。MS320F2812 与 PC间的通 信是通过 485 总线完成的。 在工业控制中 ,485 总线应用非常普遍 , 传输距离远而 且性能稳定 , 所以本系统选择 485 总线进行传输。 驱动部分 驱动部分的控制核心是MC33035, 驱动器是 IRZ183和
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