基于TI2812 DSP的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)(共30頁)

1、PAGE PAGE III三 江 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(shj)（論文）題 目 基于(jy)TI2812 DSP的無刷直流電動(dòng)機(jī) 控制軟件設(shè)計(jì)(shj) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 院 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè)學(xué) 號(hào) B05071006 學(xué)生姓名 邢小強(qiáng) 指導(dǎo)教師 熊 田 忠 起訖日期 2009年2月23日至2009年5月25日 設(shè)計(jì)地點(diǎn) L422 PAGE - 32 -摘 要 無刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠(kko)、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，還具備交流電機(jī)運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。本文在對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用綜述的基礎(chǔ)(

2、jch)上，介紹了采用DSP芯片對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行換向與轉(zhuǎn)速控制的微機(jī)控制系統(tǒng)。文中給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，分析了無刷直流電機(jī)的工作原理、控制電路、驅(qū)動(dòng)(q dn)電路，提出了軟件控制無刷電機(jī)的策略。闡述了軟件框架的基本結(jié)構(gòu)以及各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)方法。文中還對(duì)DSP芯片 （TMS320F2812）進(jìn)行了一些介紹。最后運(yùn)用實(shí)際的硬件平臺(tái)以及上位機(jī)軟件（LabVIEW）對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，證明了該系統(tǒng)工作良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。關(guān)鍵詞：無刷直流電動(dòng)機(jī)，DSP芯片，軟件控制AbstractBrushless DC motor with a DC motor is simple in stru

3、cture, reliable operation, easy maintenance, such as a series of advantages, also has high efficiency AC motor run, no excitation loss and good speed, and many other advantages, has been widely used in various industrial control field.This article in the brushless DC motor speed control system overv

4、iew of the development and application on the basis of the paper introduces the DSP chip on the exchange of brushless DC motor and speed control to the Microcomputer Control System. In this paper, the overall design of the system program, analysis of the brushless DC motor working principle, control

5、 circuit, driver circuit, a software strategy for brushless motor control. Framework set out the basic structure of software modules, as well as the specific design methods. The article also DSP Core (TMS320F2812) to introduce a number.Finally, the use of the actual hardware platform, as well as PC

6、software (LabVIEW) for brushless DC motor control, show that the system is good, reaching the target.Keywords: brushless DC motor, DSP chips, Control Software目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc230949533 第一章 緒論(xln) PAGEREF _Toc230949533 h - 1 - HYPERLINK l _Toc230949534 1.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的發(fā)展現(xiàn)狀 PA

7、GEREF _Toc230949534 h - 1 - HYPERLINK l _Toc230949535 1.2 DSP與無刷直流電動(dòng)機(jī)的聯(lián)系 PAGEREF _Toc230949535 h - 2 - HYPERLINK l _Toc230949536 1.3 本文研究的內(nèi)容 PAGEREF _Toc230949536 h - 3 - HYPERLINK l _Toc230949537 第二章 無刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 PAGEREF _Toc230949537 h - 4 - HYPERLINK l _Toc230949538 2.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc230

8、949538 h - 4 - HYPERLINK l _Toc230949539 2.2無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 PAGEREF _Toc230949539 h - 4 - HYPERLINK l _Toc230949540 第三章 電機(jī)控制中的DSP的特點(diǎn)和選擇 PAGEREF _Toc230949540 h - 7 - HYPERLINK l _Toc230949541 3.1 TMS320F2812的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc230949541 h - 7 - HYPERLINK l _Toc230949542 3.2電機(jī)控制中的DSP的特點(diǎn) PAGEREF _Toc23094954

9、2 h - 8 - HYPERLINK l _Toc230949543 3.3 DSP軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn) PAGEREF _Toc230949543 h - 10 - HYPERLINK l _Toc230949544 3.3.1 DSP開發(fā)環(huán)境CCS2000 PAGEREF _Toc230949544 h - 10 - HYPERLINK l _Toc230949545 3.3.2 C語言與匯編語言的分析比較 PAGEREF _Toc230949545 h - 10 - HYPERLINK l _Toc230949546 第四章 電機(jī)控制中的DSP軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc23094954

10、6 h - 12 - HYPERLINK l _Toc230949547 4.1 各模塊的程序及說明 PAGEREF _Toc230949547 h - 12 - HYPERLINK l _Toc230949548 4.1.1系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化模塊 PAGEREF _Toc230949548 h - 12 - HYPERLINK l _Toc230949549 4.1.2 事件管理器EV的初始化模塊 PAGEREF _Toc230949549 h - 13 - HYPERLINK l _Toc230949550 4.1.3 串行通訊SCI的初始化模塊 PAGEREF _Toc230949550

11、h - 15 - HYPERLINK l _Toc230949551 4.1.4 輸入捕捉(CAP)中斷 PAGEREF _Toc230949551 h - 16 - HYPERLINK l _Toc230949552 4.1.5定時(shí)器T1 PAGEREF _Toc230949552 h - 19 - HYPERLINK l _Toc230949553 4.1.6 DSP與上位串口通信協(xié)議 PAGEREF _Toc230949553 h - 20 - HYPERLINK l _Toc230949554 4.2 DSP程序的總體框架 PAGEREF _Toc230949554 h - 21 -

12、HYPERLINK l _Toc230949555 第五章 結(jié)論及展望 PAGEREF _Toc230949555 h - 22 - HYPERLINK l _Toc230949556 5.1 結(jié)論 PAGEREF _Toc230949556 h - 22 - HYPERLINK l _Toc230949557 5.2 展望 PAGEREF _Toc230949557 h - 22 - HYPERLINK l _Toc230949558 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc230949558 h - 23 - HYPERLINK l _Toc230949559 致謝 PAGEREF _Toc23

13、0949559 h - 24 -第一章 緒論(xln)1.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀直流電動(dòng)機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、寬的調(diào)速范圍、大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、簡(jiǎn)單的控制電路等，長期以來一直廣泛地應(yīng)用在各種驅(qū)動(dòng)裝置和伺服系統(tǒng)中。但是直流電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器卻成為阻礙它發(fā)展的障礙。機(jī)械電刷和換向器因強(qiáng)迫性接觸，造成其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、變化的接觸電阻、火花、噪音等一系列問題(wnt)，影響了直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速精度和性能。因此，長期以來人們一直在研究一種不用電刷和換向器的直流電動(dòng)機(jī)。隨著電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體技術(shù)和高性能的磁材料制造技術(shù)的飛速發(fā)展，這種想法已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)利用電

14、子換向器取代了機(jī)械電刷和機(jī)械換向器，因此使這種電動(dòng)機(jī)不僅保留了直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而且又具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，使它一經(jīng)出現(xiàn)就以極快的速度得到發(fā)展和普及。無刷直流電動(dòng)機(jī)用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，保留了有刷直流電動(dòng)機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速特性。同時(shí)又克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列缺點(diǎn)，具有高能量密度，高轉(zhuǎn)矩慣性化，高效率等特點(diǎn)。2 0世紀(jì)8 0年代以后，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代電機(jī)控制理論的發(fā)展，使得交流調(diào)速系統(tǒng)也逐步具備了寬調(diào)速范圍、高調(diào)速精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及四象限運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，其取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為必然的發(fā)展

15、趨勢(shì)。交流調(diào)速系統(tǒng)一般說來由同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)兩大部分組成。但是近年來，永磁同步電動(dòng)機(jī)因其突出的優(yōu)點(diǎn)而在中、小功率電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。其中具有梯形波反電動(dòng)勢(shì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，常被稱為無刷直流電動(dòng)機(jī)(即方波電動(dòng)機(jī));而具有正弦波反電動(dòng)勢(shì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)，則被稱為正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的定子電流為方波驅(qū)動(dòng)，它相對(duì)正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的正弦波驅(qū)動(dòng)來講，在相同的條件下逆變器獲取方波要比獲取正弦波容易得多，再加上其控制方發(fā)法也比正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單，而且我國稀土儲(chǔ)量世界第一，生產(chǎn)大容量的無刷直流電動(dòng)機(jī)已成為可能。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是隨著永磁

16、電動(dòng)機(jī)和電力電子技術(shù)的發(fā)展而不斷完善發(fā)展的，它主要具有以下的優(yōu)點(diǎn):a.永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)(dngj)出力大、重量輕、體積小、效率高并且轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，目前它已成為高性能驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合的理想伺服電動(dòng)機(jī)。b.與直流調(diào)速系統(tǒng)比較：無刷直流電動(dòng)機(jī)無電刷和機(jī)械換向器、工作可靠、無電火花產(chǎn)生(chnshng)，同時(shí)它又具有類似于普通直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理與普通直流電動(dòng)機(jī)的相同，因此由它們組成的調(diào)速系統(tǒng)也較為類似，在無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中可以借鑒普通直流調(diào)速系統(tǒng)的成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。c.與異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)比較:其控制方法簡(jiǎn)單，功率變換器不必為電機(jī)提供(tgng)無功功率，并且電機(jī)轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁、

17、效率高、低速性能好。d.與一般變頻調(diào)速的同步電動(dòng)機(jī)比較：它不存在失步問題，并且提高了動(dòng)態(tài)性能，而與采用矢量控制的同步電動(dòng)機(jī)相比，其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于工程化。綜上所述，無刷直流電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，也具備普通直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速方便、動(dòng)態(tài)性能快等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了普通直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向所引起的電火花干擾，維護(hù)難等諸多缺點(diǎn)，它綜合了直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，是新一代電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向之一。1.2 DSP與無刷直流電動(dòng)機(jī)的聯(lián)系無刷直流電機(jī)與電力電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等密切相關(guān)，其中的一個(gè)關(guān)鍵問題是要解決電子換向控制器的設(shè)計(jì)

18、和實(shí)現(xiàn)。電子換向控制器的發(fā)展經(jīng)歷了模擬控制電路、模擬數(shù)字混合控制電路、專用集成控制電路、微處理器控制電路、數(shù)字信號(hào)處理器控制電路等階段。從發(fā)展趨勢(shì)來看，以數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心的控制電路將代表無刷直流電機(jī)電子換向控制器的發(fā)展方向。隨著控制算法的日趨復(fù)雜，需要處理的數(shù)據(jù)量大大增加，加之實(shí)時(shí)性和精度要求的不斷提高，微處理器的處理速度己不能滿足要求，人們自然而然地想到了具有快速運(yùn)算能力的數(shù)字信號(hào)處理器。近年來，各種集成化單片DSP的性能得到很大的改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，越來越好，價(jià)格卻大幅度降低，從而使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價(jià)格也能為廣大用戶接受。而各大DSP生產(chǎn)廠商紛紛推出自己的

19、內(nèi)嵌式DSP電機(jī)控制專用集成電路，使得DSP與無刷直流電機(jī)的結(jié)合成為一種必然趨勢(shì)。近年來，無刷直流電機(jī)的研究工作者正熱衷于研究取消位置傳感器，而實(shí)現(xiàn)無位置傳感器控制將是無刷直流電機(jī)研究的發(fā)展趨勢(shì)，并且無位置傳感器控制的實(shí)現(xiàn)常常和DSP聯(lián)系在一起。由TI公司(n s)所推出的TMS320F2812是專為電機(jī)控制應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)的單片DSP控制器，它不僅具有強(qiáng)大高速的運(yùn)算處理能力，而且在片內(nèi)集成了豐富的電機(jī)控制外圍部件(事件管理器、PWM產(chǎn)生電路、ADC轉(zhuǎn)換模塊等)，這為實(shí)現(xiàn)(shxin)無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制提供了極大的便利。針對(duì)目前人們?cè)谘芯吭O(shè)計(jì)無刷直流電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，大多仍習(xí)慣采用機(jī)械位置

20、傳感器的情況，本文主要研究無位置傳感器的無刷直流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)。利用無刷直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)各相繞組本身存在的反電動(dòng)勢(shì)作為轉(zhuǎn)子位置的反饋信號(hào)代替機(jī)械位置傳感器的作用，在轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)硬件電路的基礎(chǔ)上，借助TMS320F2812 DSP芯片的可編程助能，實(shí)現(xiàn)了無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制，克服了機(jī)械位置傳感器的存在(cnzi)給無刷直流電機(jī)所帶來的諸多不利影響。通過TMS320F2812 DSP芯片的采用，達(dá)到了“硬件軟化”的目的，簡(jiǎn)化了整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅降低了成本，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。1.3 本文研究的內(nèi)容本課題以無刷直流電動(dòng)機(jī)為被控對(duì)象，以TMS320F2812定點(diǎn)D

21、SP芯片為處理器，結(jié)合上位軟件，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、速度的控制，并實(shí)時(shí)的顯示無刷直流電動(dòng)機(jī)的速度。本課題研究的主要內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：DSP對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的霍爾捕獲、換向、及速度采樣的軟件設(shè)計(jì)DSP和上位機(jī)通信協(xié)議的軟件設(shè)計(jì)第二章 無刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作(gngzu)原理2.1無刷直流電動(dòng)機(jī)(dngj)的結(jié)構(gòu)無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成的、具有一定磁極對(duì)數(shù)的永磁體。與永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)非常類似，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分為兩種：第一種是將瓦片狀的永磁體貼在轉(zhuǎn)子外表上，稱為凸極式；另一種是將永磁體內(nèi)嵌到轉(zhuǎn)子鐵心中，稱為嵌入式。但與永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有所區(qū)別，為了能產(chǎn)生梯形(

22、txng)波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼的形狀呈弧形(瓦片形)，磁極下定轉(zhuǎn)子氣隙均勻，氣隙磁場(chǎng)呈梯形分布。定子上有電樞，這一點(diǎn)與永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)正好相反，永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞裝在轉(zhuǎn)子上，而永磁體裝在定子上。無刷直流電動(dòng)機(jī)的定子電樞繞組采用整距集中式繞組。繞組的相數(shù)有二、三、四、五相，但應(yīng)用最多的是三相和四相。各相繞組分別與外部的電子開關(guān)電路相連，開關(guān)電路中的開關(guān)管受位置傳感器的信號(hào)控制。無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作離不開電子開關(guān)電路，因此由電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)電路三部分組成了無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。其原理框圖如圖2-1所示。圖中，直流電源通過開關(guān)電路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電，

23、位置傳感器隨時(shí)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，從而自動(dòng)地控制了哪些繞組通電，哪些繞組斷電，實(shí)現(xiàn)了電子換向。圖2-1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖2.2無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作(gngzu)原理普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，而定子產(chǎn)生固定不動(dòng)的磁場(chǎng)。為了使直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，需要通過換向器和電刷不斷地改變電樞繞組中電流(dinli)的方向，使兩個(gè)磁場(chǎng)的方向始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不斷旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)為了去掉電刷，將電樞放到定子上去，而轉(zhuǎn)子做成永磁體，這樣的結(jié)構(gòu)正好與普通直流電動(dòng)機(jī)相反。然而即使這樣改變還不夠，因?yàn)槎ㄗ由系碾姌型ㄈ胫绷麟娨院?，只能產(chǎn)

24、生不變的磁場(chǎng)(cchng)，電動(dòng)機(jī)依然轉(zhuǎn)不起來。為了使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，必須使定子電樞各相繞組不斷的換相通電，這樣才能使定子磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)子的位置不斷的變化，使定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)始終保持90左右的空間角，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。為了詳細(xì)說明無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理，下面以三相無刷直流電動(dòng)機(jī)為例，來分析它的轉(zhuǎn)動(dòng)過程。圖2-2 無刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖 圖1-2所示是三相直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖。采用霍爾位置傳感器，MOSFET電子開關(guān)電路為全橋式驅(qū)動(dòng)。要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，首先DSP必須根據(jù)霍爾傳感器感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)MOSFET功率管的順序，如圖1-2中AH

25、、BH、CH(這些稱為上臂功率管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率管)，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆 向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到霍爾感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，DSP又再開啟下一組功率管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到DSP決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率管(或只開下臂功率管)；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率管開啟順序相反。 基本上功率(gngl)晶體管的開法可舉例如下： AH、BL一組AH、CL一組BH、CL一組BH、AL一組CH、AL一組CH、BL一組 但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的

26、響應(yīng)時(shí)間，所以功率管在關(guān)與開的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全(wnqun)關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。 無刷直流電動(dòng)機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，每種電動(dòng)機(jī)可分為半橋驅(qū)動(dòng)和全橋驅(qū)動(dòng)，全橋驅(qū)動(dòng)又可分為星形和角形連接以及不同的通電(tng din)方式。因此，不同的選擇會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的性能并且成本也不相同。以下對(duì)此作一個(gè)對(duì)比。a.繞組利用率不像普通直流電動(dòng)機(jī)那樣，無刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組是斷續(xù)通電的。適當(dāng)?shù)靥岣呃@組通電利用率將可以使同時(shí)通電半導(dǎo)體數(shù)增加，使電阻下降，提高效率。從這個(gè)角度來看，三相比四相好，四相比五相好，全橋比半橋好。b.

27、轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比普通的直流電動(dòng)機(jī)的大。因此希望盡量減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)越小。全橋驅(qū)動(dòng)比半橋驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)小。c.電路成本相數(shù)越多，驅(qū)動(dòng)電路所使用的開關(guān)管越多，成本越高。全橋驅(qū)動(dòng)所使用的開關(guān)管多一倍，因此成本要高。多相電動(dòng)機(jī)的成本也高。綜合上述分析，目前以三相星形全橋驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用最多。第三章 電機(jī)控制中的DSP的特點(diǎn)和選擇3.1 TMS320F2812的簡(jiǎn)介(jin ji) TMS320F281X系列DSP（數(shù)字(shz)信號(hào)處理器）是TI公司最新推出的數(shù)字信號(hào)處理器。而TMS320F2812是這一系列產(chǎn)品(chnpn)中最具代表性的產(chǎn)品。與本系統(tǒng)其他芯

28、片相比,TMS320F2812片上資源最豐富,并有1MB的外設(shè)尋址空間。 TMS320F2812可達(dá)到每秒執(zhí)行1.5億次指令的速度（150MIPS）,具有單周期32位*32位的乘和累加操作（MAC）功能。F2812片內(nèi)集成了128K*16位的FLASH存儲(chǔ)器、1 6通道模擬輸入高速12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D),多個(gè)功能豐富的通用計(jì)時(shí)器,多路可編程脈寬調(diào)制(PWM)輸出,可編程脈寬調(diào)制死區(qū),多路信號(hào)輸入捕捉(CAP),光電編碼盤接口(QEP),以及業(yè)界通用的異步串行接口(SCI),串行(同步)外設(shè)接口(SPI)和(CAN)總線接口。這些豐富的片上資源使得TMS320F2812在工業(yè)控制中尤其是在

29、電機(jī)控制應(yīng)用中比傳統(tǒng)的單片機(jī)有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)。也正是這一點(diǎn), TMS320F2812正在被越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)控制和電機(jī)控制的不同領(lǐng)域。 TMS320F2812 DSP的結(jié)構(gòu)如圖 3-1它采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)支持分離的程序總線和數(shù)據(jù)總路線。這樣的總線結(jié)構(gòu)使取指令、執(zhí)行指令、數(shù)據(jù)傳送和外設(shè)控制可以并行進(jìn)行,因此可以極大地提高工作速度。這保證了指令系統(tǒng)中的大多數(shù)指令可以實(shí)現(xiàn)單指令操作,即一條指令可以實(shí)現(xiàn)多種操作。由上圖可見,F2812 DSP可分成三部分:DSP內(nèi)核、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備。DSP內(nèi)核是DSP的核心,它擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)運(yùn)算、信號(hào)處理的任務(wù)。它包括了累加器、中央算術(shù)邏輯單元CALU、

30、狀態(tài)寄存器ST0和ST1、輔助寄存器、乘法器、移位器、臨時(shí)寄存器T和乘法寄存器P。存儲(chǔ)器包括(boku)了128K字的Flash程序(chngx)存儲(chǔ)大、1K 字的OPT型只讀存儲(chǔ)器、兩個(gè)(lin )4K字的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器（SARAM）(L0和L1)、一塊8K字SARAM(H0)、兩塊1K字SARAM(M0和M1) 。外圍設(shè)備指的是DSP芯片中集成的除內(nèi)核以外的功能模塊,習(xí)慣上稱之為外設(shè)。它包括事件管理器、CAN接口、ADC轉(zhuǎn)換器、SPI和SCI串行接口、McBSP(多通道緩沖串口)。圖 3-1 TMS320F2812 DSP的結(jié)構(gòu)圖3.2電機(jī)(dinj)控制中的DSP的特點(diǎn)1.由于采用了高性

31、能的靜態(tài)(jngti)CMOS制造技術(shù),因此(ync)該DSP具有低功耗和高速度的特點(diǎn),內(nèi)核工作電壓1.8V,外設(shè)工作電壓為3.3V,有4種低功耗工作方式,單指令周期最短為6.67ns(1500MHZ),最高運(yùn)算速度可達(dá)150MIPS,八級(jí)指令流水線,低功耗有利于電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合;而高速度非常適用于電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制。2.兩個(gè)專用于電動(dòng)機(jī)控制的事件管理器(EV),每一個(gè)都包括:4個(gè)1 6位通用定時(shí)器,12個(gè)16位脈寬調(diào)制(PWM)輸出通道,1個(gè)能夠快速封鎖輸出的外部引腳PDPINTX(其狀態(tài)可從COMMONX寄存器獲得),可防止上下橋臂直通的可編程死區(qū)功能,6個(gè)捕捉單元,2個(gè)QEP(正交編碼器

32、脈沖電路)。3.可編程看門狗定時(shí)器,保證程序運(yùn)行安全。4.有串行接口SPI和SCI模塊。5.有基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器(PLL)。6.有1149.1-1990IEEE標(biāo)準(zhǔn)的JTAG仿真接口。根據(jù)以上分析，本次設(shè)計(jì)采用芯片TMS320F2812，如圖3-2所示圖3-2 TMS320F2812芯片(xn pin)圖3.3 DSP軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)(tdin)3.3.1 DSP開發(fā)(kif)環(huán)境CCS2000 CCS2000是TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境。提供了環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具，可以幫助用戶在一個(gè)軟件環(huán)境下完成編輯、編譯鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作。與TI提供的早期軟件開發(fā)工具

33、相比，利用CCS2000能夠加快軟件開發(fā)進(jìn)程，提高工作效率。 安裝(nzhung)完CCS2000后將USB仿真器插入PC機(jī)的USB插槽中，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)后識(shí)別SEED-XDSUSB2.0硬件，識(shí)別后安裝(nzhung)USB仿真器驅(qū)動(dòng) CCS2000的調(diào)試(dio sh)界面如圖3-3：圖3-3 CCS2000的調(diào)試界3.3.2 C語言與匯編語言的分析比較 DSP編程必然要面臨的一個(gè)問題就是選擇使用何種編程方法。選擇的結(jié)果通常都是在匯編語言與高級(jí)語言如C或C+之間選擇其中一種。CC的好處包括模塊化、可移植性以及可復(fù)用性。此外，不僅大多數(shù)的嵌入式程序設(shè)計(jì)員使用過這種高級(jí)語言，而且己經(jīng)存在大量的代碼

34、基礎(chǔ)，可以通過一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法將這些代碼從原來的微控制器或DSP移植到新的DSP平臺(tái)中。而匯編語言是針對(duì)特定體系結(jié)構(gòu)的，因此代碼重用僅限于同一系列的處理器。而采用高級(jí)語言開發(fā)可以不必知道處理器平臺(tái)。使用匯編語言編程困難的原因，還在于它過分專注于DSP寄存器組、運(yùn)算單元與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)交流。而在CC+高級(jí)語言中，這一過程通常是通過調(diào)用變量、函數(shù)以及子程序的方法在一個(gè)更加抽象的層面來完成的，因此使得編程更為簡(jiǎn)單。對(duì)速度或存儲(chǔ)器要求特別高的子程序，可以考慮使用匯編語言，以提高(t go)程序在DSP上的運(yùn)行效率。盡管高級(jí)語言編譯器在程序優(yōu)化轉(zhuǎn)換方面做的很好，但在對(duì)DSP數(shù)據(jù)流與運(yùn)算進(jìn)行直接、仔細(xì)

35、的控制時(shí)仍然存在不足之處。這也往往將高級(jí)語言與匯編語言結(jié)合使用的原因。高級(jí)語言在程序控制以及基本的數(shù)據(jù)處理方面有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，而匯編語言則在高效的數(shù)學(xué)運(yùn)算與速度最為關(guān)鍵的中斷服務(wù)過程方面體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)?？紤]到C的方便、簡(jiǎn)單，匯編語言的高性能，將高級(jí)語言與匯編語言結(jié)合起來是最佳辦法。對(duì)于CCS2000的C語言編程除了要遵守編譯器的規(guī)定，還有些(yuxi)注意：裝載程序前注意要先清空程序RAM；C編譯器本身有入口函數(shù)，功能是建立C環(huán)境；除了特殊情況，一般要找到并調(diào)用庫函數(shù)。當(dāng)RAM空間或運(yùn)算時(shí)間不夠時(shí)，才考慮混合編程，主要是注意函數(shù)與中斷程序前后按要求保護(hù)。 第四章 電機(jī)(dinj)控制中的DS

36、P軟件設(shè)計(jì)通過(tnggu)驅(qū)動(dòng)板控制無刷直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，DSP本身的軟件設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化、外圍設(shè)備(wi wi sh bi)的配置、控制程序的設(shè)計(jì)以及程序(chngx)整體架構(gòu)的編排。個(gè)模塊如下：4.1 各模塊的程序及說明4.1.1系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化模塊void InitSysCtrl(void) Uint16 i; EALLOW; SysCtrlRegs.PLLCR = 0 xA; /設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘為150MHz for(i= 0; i8; if(dir=1) switch(capstastus)/ir2136 的hin和lin是反向的 case 1: EvaRegs.ACTR.a

37、ll = 0 x7fd;break;/h3 fall/50/1 case 2: EvaRegs.ACTR.all = 0 xfd7;break;/h1 fall/21/7 case 3: EvaRegs.ACTR.all = 0 x7df;break;/h2 rise/52/3 case 4: EvaRegs.ACTR.all = 0 xd7f;break;/h2 fall/43/4 case 5: EvaRegs.ACTR.all = 0 xf7d;break;/h1 rise/30/0 case 6: EvaRegs.ACTR.all = 0 xdf7;break;/h3 rise/41/

38、6 else switch(capstastus)/ir2136 的hin和lin是反向(fn xin)的 case 1: EvaRegs.ACTR.all = 0 xdf7;break;/h1 rise case 2: EvaRegs.ACTR.all = 0 xf7d;break;/h3 fall case 3: EvaRegs.ACTR.all = 0 xd7f;break;/h2 rise case 4: EvaRegs.ACTR.all = 0 x7df;break;/h1 fall case 5: EvaRegs.ACTR.all = 0 xfd7;break;/h3 rise c

39、ase 6: EvaRegs.ACTR.all = 0 x7fd;break;/h2 fall /*/ GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.CAP1Q1_GPIOA8 = 1;/重新(chngxn)設(shè)定cap13為gpio GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.CAP2Q2_GPIOA9 = 1; GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.CAP3QI1_GPIOA10 = 1; EvaRegs.EVAIFRC.all = 7 ; / 清捕捉(bzhu)中斷 EvaRegs.CAPFIFO.all = 0 x01500; / 清空(qn kn)捕捉堆棧 PieCtrl.P

40、IEACK.bit.ACK3 = 1;/cap1中斷(zhngdun)向cpu申請(qǐng)中斷輸入捕捉中斷完成對(duì)霍爾信號(hào)（圖4-1）的捕捉，完成 PWM波（圖4-2）的配置從而改變六個(gè)MOSFET的導(dǎo)通順序，達(dá)到無刷直流電機(jī)換向的作用。圖4-1 霍爾信號(hào)圖4-2 PWM波形(b xn)4.1.5定時(shí)器T1interrupt void t1pint_isr(void) NO_pwm_v_M1+; if(NO_pwm_v_M1 = 2000) NO_pwm_v_M1 = 0; Send_Flag1 = 0; T4cntj = EvbRegs.T4CNT; if(j = 0) speed_M1 = (T4c

41、ntj - T4cnt1)*10; /完成(wn chng)對(duì)速度的計(jì)算 j = 1; else speed_M1 = (T4cntj - T4cnt0)*10; j = 0; EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1PINT = 1;/清除(qngch)中斷標(biāo)志 EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1PINT = 1;/中斷允許 PieCtrl.PIEACK.bit.ACK2 = 1;/向cpu申請(qǐng)中斷定時(shí)(dn sh)T1為50us中斷(zhngdun)一次，完成對(duì)T4計(jì)數(shù)器寄存器值的讀取，從而獲得無刷直流電動(dòng)機(jī)的速度值。另外在和上位機(jī)進(jìn)行通信的過程中，為了避免上位機(jī)不能及時(shí)的讀

42、取到DSP發(fā)過去的數(shù)據(jù)，通過T1定時(shí)器完成對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的控制，200ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。4.1.6 DSP與上位(shn wi)串口通信協(xié)議 為了上位機(jī)能正確的識(shí)別出DSP所發(fā)數(shù)據(jù)的含義，比如速度值和故障值的區(qū)別。還有DSP能識(shí)別上位機(jī)所發(fā)數(shù)據(jù)得具體含義。 協(xié)議的規(guī)定如下： 1-電機(jī)開關(guān)：11開。22關(guān)。33正轉(zhuǎn)。44反轉(zhuǎn)。2-速度調(diào)節(jié)3-角度調(diào)節(jié)4-11軟件準(zhǔn)備好5-串口校驗(yàn)（返回發(fā)送值）9-數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)9為開頭的數(shù)據(jù)加入到以后的數(shù)的后面，當(dāng)遇到2開頭時(shí)添加后結(jié)束。取速度的協(xié)議程序例子如下 if(SciaTx_Ready() = 1)&(Send_Flag1 8;/速度(sd)值的高八位 SciaRegs.SCITXBUF = Sci_VarTxk; k = 0; 4.2 DSP程序的總體(zngt)框架NO主程序系統(tǒng)初始化（系統(tǒng)時(shí)鐘、SCI、EVA、中斷）開中斷是否能接受數(shù)據(jù)？YES接收采樣的速度值是否能發(fā)送數(shù)據(jù)？NO發(fā)送PWM值YES輸入捕捉中斷更新PWM值設(shè)定GAP13為GPIO且為輸入讀取霍爾位置信號(hào)換相計(jì)算速度值第五章 結(jié)論(jiln)及展望(zhnwng)5.1 結(jié)論(jiln)通過對(duì)基于DSP的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)，本文得出以下結(jié)論：DSP能夠很好地應(yīng)用于無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了較寬的速度調(diào)節(jié)范圍對(duì)。對(duì)速度的測(cè)量由于采用DSP的正交編碼器，能更好的反應(yīng)速