编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 基于DSP电机控制方法研究 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：高级工程师 ） 2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于DSP的控制伺服电机 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械94 学 号： 0923163 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日摘要随着DSP技术的发展，DSP的应用范围越来越广，并且伴随着数字化的发展，对电机的控制的精度要求越来越高，DSP数字化处理能力也得到了质的飞跃。所以学会应用DSP时非常重要的。本文详细讨论了无刷直流伺服电机，并推述星形接法的数学模型，并设计了数字控制无刷直流伺服电机总体方案，本文采用PID控制方法来控制电机，详细介绍了PID控制算法。对DSP种类进行了简单的介绍，并选择以TMS320F2812为基准构建硬件平台，设计了DSP供电电源设计，驱动电路的设计，PWM光电耦合隔离电路的设计，电流的采样电路的设计，对DSP进行保护电路的保护电路的设计等。在CCS环境下，对程序进行编辑，编写PID控制算法程序，对系统的初始化，编码器模块初始化，捕捉模块的初始化，SCI模块的初始化，以及对数字滤波进行编程。关键词：DSP；CCS；PWM；无刷直流伺服电机IIIAbstractWith the development of DSP technology, DSP application scope is more and more wide. With the development of digital control is higher and higher, The ability of digital handle has own a qualitative leap.So learn to apply DSP is very important.This paper discusses the brushless DC servo motor in detail .The paper describes the mathematical model of the star connection. I designed the general planning of digital control the brushless DC servo motor, this paper adopts the PID control method to control the motor and introduces the PID control in detail.First the article introduces the DSP types simply and select the hardware platform what is based on TMS320F2812 .I designed the DSP power supply. I designed the drive circuit and the PWM photoelectric coupling isolation circuit.I also designed the sampling circuit and the current of protection .At last I designed the protection circuit.In the CCS environment, I edited the program and written in PID control algorithm.I also completed the initialization of system,the initialization of encoder module , the initialization of capture module ,the initialization of SCI module , and programming of the digital filter.Keywords: DSP; CCS; PWM; brushless DC servo motorI目 录摘要IIIAbstractIV目 录V1 绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.2 国内外的发展概况11.3 本课题应达到的要求22 电机的选择及其结构32.1 步进电机32.3 选择电机52.4 本章小结53 无刷直流电机的工作原理及数学模型63.1 无刷直流电动机的结构63.2 无刷直流伺服电动机的位置检测装置63.2.1 霍尔传感器73.2.2 定子绕组连接方式7 3.2.3 开关管控制方法93.3 无刷直流电机的暂态数学模型103.4 本章小结114 控制方案的总体设计124.1 控制方案的框图简介124.2 无刷直流伺服电动机实现控制的方法12 4.2.1 数字PID控制算法134.2.2 数字控制器设计的方法144.2.3 工程设计调节器的步骤144.3 PWM信号产生技术144.4 编码器154.5 电机相电流检测技术174.6 本章小结175 DSP的选择及相应的硬件设计185.1 DSP芯片TMS320F2812的特点185.2 控制硬件的设计195.3 DSP外围电路的设计195.3.1 电源的设计195.3.2 DSP的晶体振荡器接口电路205.3.3 时钟电路的设计205.3.4 JTAG电路的设计215.3.5 异步串行接口（SCI）硬件的设计215.3.6 CAN总线接口硬件设计225.4 功率驱动逆变电路的设计225.4.1 IR2130芯片具有以下一些特点225.4.2 IR2130结构原理图235.5 电机驱动的设计245.5.1 自举电容的选择和计算255.5.2 PWM驱动信号隔离电路255.6 霍尔传感器信号电路275.7 正交编码脉冲信号电路285.8 控制器保护电路设计285.9 本章小结306 控制系统的设计316.1 控制系统设计的基本原则316.2 软件的设计316.3 DSP集成开发环境CCS316.4 主程序的设计326.4.1 系统初始化模块376.4.2 事件管理器模块386.4.3 捕捉模块（cap）396.4.4 QEP正交编码器脉冲电路406.4.5 ADC模数转换模块416.4.6 SCI模块426.4.7 PID算法流程图如所示446.4.8 电流采样数字滤波456.5 本章小结467 结论与展望477.1 结论477.2不足之处及未来展望47致 谢48参考文献49I基于DSP电机控制方法研究1 绪论1.1 本课题的研究内容和意义随着科学技术的不断进步，现代机电系统的运动状态越来越复杂，系统控制的要求也越来越高。电动机控制越来越多的应用电动机控制技术，电动机计算机控制具有数值运算，逻辑判断及信号处理功能。DSP有为实现某一具体特定功能设计的不可编程DSP，如FFT变换器；还有可以通过实现编程实现不同的信号处理功能，具有通用性和灵活性的可编程DSP。可编程DSP作为面向信号处理任务和计算型任务器件，既可以单独应用，又可以和其他的处理器或多个DSP一起，构成多处理器系统，使用灵活，适应性强。DSP系统设计结构简单。DSP控制电机有以下优点：灵活性好，实时性好，存储能力强，逻辑运算能力强，精度高，稳定性好，可靠性高，具有自诊断能力，抗干扰性强，功能多。DSP控制无刷直流伺服电动机。随着电子技术的发展，微型处理器的发展，其运算速度及信息量的处理及可靠性和稳定性有了很大的提高，单片机以数字控制能力强为特点，但只能处理简单的系统。DSP以运算速度快为显著特点。如今电机控制对控制器要求有强大的I/O控制功能，又要求控制器有高效的数字信号处理能力以实现实时控制的目的。如今DSP价格不断降低且开发工具不断的简化，易于开发者使用。使得如今在实现控制高要求的同时，其使用成本也不断降低。1.2 国内外的发展概况DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到了突飞猛进的发展，目前经历了三个发展阶段。第一阶段，DSP的产生阶段（20世纪）。DSP芯片出现之前，数字信号的处理是依靠通用微处理器（MPU）来完成。由于通用微处理器的处理速度较低，难以满足实时高速处理的要求。由于具有内部单周期的乘法器，使得芯片的运算速度与数据处理能力及运算精度受到了很大的限制。TI公司的第一代DSP芯片TNS32010，它通过改进哈佛结构，允许程序存储空间与数据存储空间之间的数据相互传输，大大提高了运算速度和编程的灵活性。第二阶段，DSP的成熟阶段（20世纪90年代），这个时期，国际上许多著名集成电路公司都相继推出了自己的产品。如TI公司的TMS320C20，30，40系列,AT&T公司的DSP32等。DSP成熟阶段的DSP器件在硬件结构上相比于DSP雏形阶段更加适合对数字信号处理，新加了进行硬件乘法功能，硬件傅里叶变换功能和单指令滤波处理功能，单指令的周期是80-100ns。如TI公司的TMS320C20，它是该公司推出的第二代DSP处理器，采用了CMOS的制造工艺，使得DSP的的运算能力和速度，以及他的储存能力都得到成倍的提高，为未来语音的处理和图像的硬件处理技术发展奠定了基础。第三阶段，DSP完善阶段（21世纪后）。DSP不仅信号处理能力不断的到加强和完善，而且系统开发的更加实用，容易被用户所应用、DSP程序的编辑更加的灵活，调试也越来越方便、应用DSP所需要的成本相比从前不断下降。随着技术的发展使得各种通用外设集成到片上，从而大大的提高了数字信号处理能力。目前，DSP芯片已经广泛应用到自动控制、图像处理、网络设备和仪器仪表等领域中，为数字信号处理打下了高效而可靠的硬件基础。目前，我国的DSP产品主要来自于海外。1983年TI公司的第一代产品TMS32010最先进入中国市场，以后TI公司通过提供DSP培训课程，使该公司DSP产品的市场份额不断扩大。现在TI公司的DSP产品约占国内市场的90%。相对于国外应用开发的情况，我国还存在着相当大的差距。近年来，在国内一