基于DSP的直流电动机数字控制系统设计--毕业设计

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日目录华中科技大学文华学院毕业设计（论文）1摘要.....................................................3Abstract.................................................4前言.....................................................41课题完成内容...........................................61.1完成内容..........................................61.2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.............................72.1.2PWM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..................................143DSP控制器介绍........................................153.1DSP发展.........................................153.2TMS320LF2407介绍.................................163.2.1TMS320LF2407发展............................163.2.1TMS320LF2407特点............................163.2.2TMS320LF2407开发环境........................184硬件设计..............................................194.1整体控制方案设计.................................19华中科技大学文华学院毕业设计（论文）24.2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......................................224.4JTAG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...................................265.2.1PWM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.....................................295.3.1CCS简介.....................................295.3.2CCS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华中科技大学文华学院毕业设计（论文）3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DSPbasedDCmotordigitalcontrolsystemdesign华中科技大学文华学院毕业设计（论文）4AbstractInindustrialproductionatpresentmostofthebrushlessDCmotor，inordertoensuretheaccuracyandconvenienceformotorcontrol，withtheadvancesinmoderntechnology,westarttostudythedigitalcontroltechnology.ThisarticleisbasedonDSPDCmotorspeedcontrolsystemdesignresearch.Accordingtothesystemofthespeedregulatingprinciple,selectionofTMS320LF2407chipfortheprogramcontrolchip,accordingtotheprincipleofspeedregulationonthecomparativestudy,decidedtousethetypeHcircuitforDCmotorspeedcontrol,andadoptedthePWMspeedcontrolmodeofspeedregulation.TheDCmotorworkingprinciplewasstudied,andthedesignofthedigitalcontrolschemeinTMS320LF2407asthecore,onthebasisoftheexternalcircuitisdesigned,builtandsimulationplatform.Wedesignedapowercircuit,motordrivecircuitdesignaswellasthemotorspeeddetectingcircuitandothernecessaryworkcircuit,andusesClanguagetowritethecontrolprogram,thelastintheCCSsoftwaresimulationanddebugging.ThedesignforthesmoothconductaccuratebrushlessDCmotorstartandstop,accelerationdecelerationcontrolforthepurpose,aimedatthecompletesetdesignofBrushlessDCmotorandtheprincipleofDSPcontroldesignprinciplewastolearn,nottheactualphysicalproduction,designedfortheorystudy,masterthewholedesignprocess.InthispapertheDCmotor,theworkingprincipleofDSPandthedesignprocesswereintroduced,andalistofreferencescited,inthefinaldesignoftheproblemsandunderstandingaresummarized.Keywords:DCMotor;DSP;SpeedRegulation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华中科技大学文华学院毕业设计（论文）5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：DigitalSingalProcessor)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、