华中科技大学文华学院毕业设计（论文）华中科技大学文华学院毕业设计(论文)基于DSP的直流电动机数字控制系统设计 学 生 姓 名： 徐聪颖 学号： 080301011111 学 部 （系）： 机械与电气工程学部 专 业 年 级： 08级电气工程及其自动化 指 导 教 师： 杨风开 职称或学位： 高工 2012 年 5 月20日目 录摘要3Abstract4前言51 课题完成内容71.1 完成内容71.2 章节安排72 直流电机工作原理以及调速原理介绍72.1 调速方法72.1.1 直流电机调速系统72.1.2 PWM调速原理介绍82.2 测量装置介绍122.2.1 电动机转速测量122.2.2 电流的测量143 DSP控制器介绍153.1 DSP发展153.2 TMS320LF2407介绍163.2.1 TMS320LF2407发展163.2.1 TMS320LF2407特点163.2.2 TMS320LF2407开发环境184 硬件设计194.1 整体控制方案设计194.2 电源电路设计194.3驱动电路的设计204.3.1 驱动方案及器件选择204.3.1 驱动电路原理224.3转速测量电路224.4 JTAG接口电路设计234.5 电流检测电路设计245 程序设计255.1 主程序设计255.2 主要模块的设计265.2.1 PWM发生模块265.2.2 电机启动模块275.2.3 按键模块285.3 设计环境介绍295.3.1 CCS简介295.3.2 CCS系统配置29结束语30参考文献31致谢32基于DSP的直流电动机数字控制系统设计摘要目前工业生产中绝大多数采用无刷直流电机，为了保证电机控制的准确方便，随着现代技术的进步，我们开始研究数字控制技术。本文对基于DSP的直流电机调速控制系统进行了设计研究。根据系统的调速原理，选择TMS320LF2407 芯片为本方案的控制芯片，根据调速原理上的比较研究，决定利用H型电路进行对直流电机的调速控制，并采用了PWM调速方式进行调速。我们对直流电机的工作原理进行了研究，并设计了数字控制方案，在TMS320LF2407为核心的基础上设计了外围硬件电路、搭建了仿真平台。我们设计了电源电路、电机驱动电路设计以及电机测速电路等所必需工作电路，并采用C语言编写了整个控制程序，最后在CCS软件上进行仿真调试。本次设计为实现平稳准确的进行无刷直流电机的启动停止、加速减速控制为目的，旨在通过本次毕设设计增强对无刷直流电机的工作原理以及DSP控制的设计原理进行学习掌握，未进行实际的实物制作，旨在对理论方面进行学习，掌握整个设计的流程。在本文中对直流电机、DSP的工作原理以及本次设计的详细过程进行了介绍，并列出了所引用的参考文献，在最后对设计中遇到问题和感悟进行了汇总。关键词:直流电动机 DSP 调速DSP based DC motor digital control system designAbstractIn industrial production at present most of the brushless DC motor，in order to ensure the accuracy and convenience for motor control，with the advances in modern technology,we start to study the digital control technology.This article is based on DSP DC motor speed control system design research. According to the system of the speed regulating principle, selection of TMS320LF2407 chip for the program control chip, according to the principle of speed regulation on the comparative study, decided to use the type H circuit for DC motor speed control, and adopted the PWM speed control mode of speed regulation.The DC motor working principle was studied, and the design of the digital control scheme in TMS320LF2407 as the core, on the basis of the external circuit is designed, built and simulation platform. We designed a power circuit, motor drive circuit design as well as the motor speed detecting circuit and other necessary work circuit, and uses C language to write the control program, the last in the CCS software simulation and debugging.The design for the smooth conduct accurate brushless DC motor start and stop, acceleration deceleration control for the purpose, aimed at the complete set design of Brushless DC motor and the principle of DSP control design principle was to learn, not the actual physical production, designed for theory study, master the whole design process. In this paper the DC motor, the working principle of DSP and the design process were introduced, and a list of references cited, in the final design of the problems and understanding are summarized.Keywords:DC Motor;DSP;Speed Regulation前言自从直流电机进入工业生产以来，伴随着工业的进步，对直流电机的控制也逐步的趋向成熟，事实证明要想发展工业，加大对直流电机控制的研究是必不可少的。随着科技的进步，目前数字系统控制电机已经成为主流，其卓越的控制性能使其在直流电机控制领域占据着不可取代的地位。无刷直流电机既具备交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等特点，故在各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺、家电和航空航天等方而的应用日益普及。由于无刷直流电机不存在机械电刷，会带来电机的电子换向问题，在无刷电机控制中的一个关键问题是要解决电子换向控制器的设计和实现。随着科技的发展，电予换向控制器经历了模拟控制电路、模拟数字混合控制电路、专用集成控制电路、微处理器控制电路、数字信号处理器控制电路等阶段。传统的无刷直流电机控制器一般由模拟器件以硬接线的方式构成。模拟控制系统价格便宜，使用方便，在很长的一段时间里，它们是构成各类电机控制系统的主要手段。然而模拟元件的物理特性决定了它们具有一些本质上的缺陷，例如元器件的老化和温漂问题等，由于采用了硬接线， 系统升级困难。由于模拟控制系统的本质缺陷，使它很难满足现代电子系统的设计要求，应此，数字、控制系统应运而生。最初的数字控制系统都是以单片机为主控芯片，受单片机本身结构的限制，以其为核心所组成的单片机控制系统仍然需要较多的外围器件，系统中元器件的增加使得系统的可靠性、可维护性降低。在单片机控制系统发展的同时，一些厂家开发出了电动机控制专用芯片，电机专用芯片不具有用户可编程的特点，它以硬件方式对电机的各类传感器信号进行检测，根据外部输入命令输出相应的控制信号。这类芯片价格便宜，执行速度快，但是所能实现的控制功能简单，难以满足高性能控制场合的需要。从目前的发展趋势来看，以数字信号处理器(DSP：Digital Singal Processor)为核心的控制电路将代表无刷直流电机电子换向控制器的发展方向。针对电机控制所设计的DSP芯片运算速度远远高于单片机，而且片内集成了模拟数字转换器、数字IO以及专门用于电机控制的PWM脉冲发生器等，使得它们从硬件机制上可以较好地满足电机控制系统的要求。此外，DSP强大的事件管理器可以实时地执行一些高精度的复杂控制算法，减少传感器信号采样到控制命令输出之后的延迟，改善速度控制中的动态行为。可以看到，基于DSP控制器构成的电机控制系统具有传统单片机电机控制系统和专用芯片电机控制系统的优势，同时又克服了它们的各自缺点。而且，随着电子技术的不断发展，DSP芯片的成本在不断下降，目前TI的C2000系列芯片的价格和普通的单片机已经不相上下。1 因为控制技术的进步使得电动机控制在近些年内发生了巨大的变化。计算机、DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。我们必须把研究数字化、智能化的控制技术作为我们的研究方向。电动机的数字控制系统的发展趋势主要表现为：(1)性能上高速、高精、高效化。速度、精度和效率是工业制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的数字伺服系统，同时采取了改善电机动态、静态特性等有效措施，电机的高速高精高效化已大大提高。(2)控制实时智能化。早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。(3)系统集成化、模块化、网络化。采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度；硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化；电机联网可进行远程控制和无人化操作；利用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式结构。31 课题完成内容1.1 完成内容本课题主要完成以下几个内容的工作