基于DSP的伺服电机的调速系统的控制设计

论文摘要

电动机自动控制系统广泛用于机械、钢铁、矿山、冶金、化工、石油、纺织、军工等行业,这些行业中绝大部分生产机械采用电动机作原动机,而直流伺服电机因为其优越的调速性能,被广泛采用。对国民经济具有十分重要的现实意义。随着电力电子技术、微处理器技术发展以及永磁材料技术进步,直流电动机调速及其伺服系统正在向一体化电动机以及控制数字化的方向发展。而脉宽调制(PWM)技术以及相应的功率开关电路技术则是控制数字化的基础。对伺服电动机和DSP(Digital Signal Processing数字信号处理器)国内外发展的现状和前景,本论文就此作了以下几个方面的工作:首先,详细分析了直流伺服电动机与DSP的发展现状和前景,并认为进行DSP对直流伺服电动机的调速研究具有很好的现实意义。接着本文比较深入地介绍了直流电动机的主要特点和工作原理,而且介绍了本系统中要用到的直流伺服电机和电源;随后介绍了TMSLFDSP2407的调试环境、TMSLFDSP2407的中断、事件管理器模块、数字输入/输出模块。其次,依据TMS320LF2407A DSP芯片特点,分析了控制系统的原理,其中,位置闭环控制系统采用比较中断来实现。在所搭建的实验平台上,用软件对直流伺服电动机的全数字双闭环的调速控制进行了编程,并进行了硬件的调速系统设计(其中的软件设计主要包括:主程序设计、定时中断子程序和位置采样子程序、读编码器脉冲/计算转角增量和转速以及速度PI调节等;硬件设计则主要包括:整个直流伺服电动机调速系统的方案设计、电源及驱动电路设计和测量反馈单元设计);再其次,根据前面所介绍的理论铺垫、硬件设计和软件设计进行实验,检验并实现了最初目的,同时,结合理论与实验结果进行了一些分析,通过临界震荡法和过渡函数法得出PI参数,并在此基础上通过实验进一步调试PI参数,从而分析其中的优劣。在本文最后,总结了通过本次控制设计所学到的知识,并展望了未来的工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现况
• 1.2.1 伺服系统的国内外发展现状和前景
• 1.2.2 DSP的国内外发展现状
• 1.2.3 DSP与直流伺服电机的发展
• 1.3 本文的主要内容
• 第2章 直流伺服电机的原理及选型
• 2.1 直流电机的分类
• 2.2 直流伺服电动机的结构及工作原理
• 2.2.1 定子
• 2.2.2 转子
• 2.2.3 直流电机工作原理
• 2.3 直流伺服电机的选型
• 2.4 本章小结
• 第3章 TMS320LF2407A芯片及子板
• 3.1 TMS320LF2407A芯片
• 3.2 TMS320LF2407A嵌入式HS2407试验板
• 3.2.1 HS2407特点
• 3.2.2 HS2407接口说明
• 3.2.3 HS2407技术指标
• 3.3 调试环境简介
• 3.3.1 书写三种类型的文件
• 3.3.2 新建一个工程并调试
• 3.4 DSP的中断
• 3.4.1 中断优先级
• 3.4.2 中断向量
• 3.5 事件管理器模块
• 3.5.1 通用定时器（GP）
• 3.5.2 比较单元
• 3.5.3 与PWM有关的比较电路
• 3.5.4 正交编码脉冲电路
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的控制设计
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统的原理
• 4.2.1 位置闭环原理
• 4.2.2 速度闭环原理
• 4.3 硬件系统的原理
• 4.3.1 硬件的结构
• 4.3.2 H桥驱动电路
• 4.4 程序的实现与调试
• 4.5 本章小结
• 第5章 直流电机PI参数的整定
• 5.1 PID控制及其调节过程
• 5.1.1 基本概念
• 5.1.2 PID控制
• 5.2 PID参数的整定方法
• 5.2.1 动态特性参数法
• 5.3 直流电机PI调节器的参数整定
• 5.3.1 用临界振荡法计算和调试参数
• 5.3.2 过渡函数法计算比例积分参数
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 主程序
• 攻硕期间取得的研究成果