基于双DSP和FPGA的无刷直流电机伺服控制系统的设计

论文摘要

本论文研究的主要目的是尝试设计一高性能的控制平台以适应多电机控制的需求,同时也为验证控制算法及进一步提高电流环采样频率提供实验平台。本文以无刷直流电机(BLDC)为控制对象,以数字信号处理器芯片TMS320F2812、TMS320C6416和FPGA为核心控制单元,采用位置、速度及电流三闭环的控制策略,进行了无刷直流电机伺服控制系统的软、硬件设计,并对设计中的一些关键环节进行了理论研究和实践探索。在系统的硬件设计中,FPGA处于各电路信号交汇的中枢,通过HDL编程可以随时改变或重新配置各信号,方便更改设计及升级,这是充分利用了FPGA的在线编程及动态重构的灵活能力。硬件设计还包括双DSP通信设计、电源设计、ADC/DAC设计及其它外围电路设计。在系统的软件设计中,主要完成了位置、速度、电流三闭环PID控制策略,采用C语言编写程序,整个控制软件由主程序、保持子程序、在线烧写子程序和中断服务子程序所组成。主程序完成了DSP系统初始化;保持子程序主要完成引导、跟踪和保持;在线烧写子程序完成远程在线更新程序;中断服务子程序完成三环控制算法并输出PWM脉冲。论文最后完成了工程样品的研制与实验,并给出了部分实验结果,验证了该方案的可行性,同时也为下一步工作提出了建议,这些对后续的研究具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 伺服控制系统的现状及发展趋势
• 1.2 系统背景简介
• 1.3 无刷直流电机简介
• 1.4 主要工作
• 第二章 伺服控制系统的总体方案设计
• 2.1 伺服控制系统的工作原理
• 2.2 伺服控制系统的构成
• 2.2.1 电机转子磁极位置检测
• 2.2.2 驱动电路设计
• 2.2.3 位置反馈设计
• 2.2.4 速度反馈设计
• 2.2.5 电流反馈设计
• 第三章 调节器设计
• 3.1 电流调节器设计
• 3.2 速度调节器设计
• 3.3 位置调节器设计
• 第四章 控制系统硬件电路实现
• 4.1 数据处理卡构架简介
• 4.2 主要芯片简介
• 4.2.1 DSP 芯片的主要特点
• 4.2.2 TMS320F2812 简介
• 4.2.3 TMS320C6416 简介
• 4.2.4 XC3S1000-4FG456C 简介
• 4.3 硬件电路的实现
• 4.3.1 TMS320F2812 设计
• 4.3.2 TMS320c6416 设计
• 4.3.3 电源及电源管理设计
• 4.3.4 时钟电路设计
• 4.3.5 ADC 电路设计
• 4.3.6 DAC 电路设计
• 4.3.7 复位电路设计
• 4.3.8 JTAG 电路设计
• 4.3.9 电平匹配设计
• 4.3.10 电源隔离设计
• 4.3.11 FPGA 电路设计
• 第五章 控制系统软件设计
• 5.1 软件开发的基础知识
• 5.1.1 通用目标文件格式（COFF）
• 5.1.2 浮点数的定点表示
• 5.2 系统软件总体方案
• 5.2.1 系统主程序设计
• 5.2.2 保持子程序设计
• 5.2.3 中断服务子程序
• 5.2.4 远程在线烧写子程序
• 第六章 实验与结论
• 6.1 处理板调试结果
• 6.1.1 双口RAM 和DSP 通信
• 6.1.2 差分信号收发
• 6.1.3 片外DAC
• 6.1.4 片外ADC
• 6.1.5 片上ADC
• 6.2 伺服系统实验数据
• 6.2.1 反馈位置
• 6.2.2 速度反馈
• 6.2.3 电流反馈
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献