實(shí)驗(yàn)三 直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)三 直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)（v61版）實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)，ICETEK-VC5509A-S60（6.1）實(shí)驗(yàn)箱（或 ICETEK 仿真器+ICETEK - VC5509-A 系統(tǒng)板+相關(guān)連線及電源）。實(shí)驗(yàn)原理TMS320VC5509DSP 的 McBSP 引腳：通過設(shè)置McBSP的工作方式和狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)將它們當(dāng)成通用I/O引腳使用。直流電機(jī)控制：直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。近年來，直流電動(dòng) 機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電 子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（Puls Width Modulat

2、ion，簡(jiǎn)稱PWM）控制方式已成為絕對(duì)主流。PWM調(diào)壓調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為:U - IR n =其中，U為電樞端電壓；I為電樞電流；R為電樞電路總電阻；中為每極磁通量；K 為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。所以直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法和對(duì) 電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法。其中勵(lì)磁控制法在低速時(shí)受磁極飽和的限制，在高速時(shí) 受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種 控制方法用得很少?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞控制法。絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開 關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來

3、控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。上圖是利用開關(guān)管對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形。 圖中，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端 有電壓Us。t1秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為0。t2 秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。這樣，對(duì)應(yīng)著輸入的電 平高低，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖中所示。電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓 平均值Uo為：U = 甲S + 0 =二U =a U式中a為占空比，a =t1/TO t + t T s s占空比a表示了在一個(gè)周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。

4、a的變化范圍 為0Wa W1。由此式可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞的端電壓的平均值Uo取 決于占空比a的大小，改變a值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就 是PWM調(diào)速原理。PWM調(diào)速方法在PWM調(diào)速時(shí)，占空比a是一個(gè)重要參數(shù)。以下3種方法都可以改變占空比的值：定寬調(diào)頻法：這種方法是保持t1不變，只改變t2,這樣使周期T（或頻率）也隨之改 變。調(diào)寬調(diào)頻法：這種方法是保持t2不變，只改變t1，這樣使周期T（或頻率）也隨之改 變。定頻調(diào)寬法：這種方法是使周期T（或頻率）保持不變，而改變t1和t2。前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng) 的

5、固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起震蕩，因此這兩種方法用得很少。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中， 主要使用定頻調(diào)寬法。3. ICETEK-CTR直流電機(jī)模塊：原理圖ICETEK-CTR即顯示/控制模塊上直流電機(jī)部分的原理圖見下圖。圖中PWM輸入對(duì)應(yīng)ICETEK- VC5509-A板上P4外擴(kuò)插座第26引腳的S22信號(hào)，DSP將在此引腳上給出PWM信號(hào)用來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；圖中的DIR輸入對(duì)應(yīng)ICETEK - VC5509-A板上P4外擴(kuò)插座第29引腳的S14信號(hào)，DSP將在此引腳上給出高 電平或低電平來控制直流電機(jī)的方向。從DSP輸出的PWM信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào)先經(jīng)過2個(gè) 與門和1個(gè)非門再與各個(gè)開關(guān)管的柵極相連

6、。控制原理當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求正轉(zhuǎn)時(shí)，S14給出高電平信號(hào)，該信號(hào)分成3路：第1路接與門Y1的 輸入端，使與門Y1的輸出由PWM決定，所以開關(guān)管V1柵極受PWM控制；第2路直 接與開關(guān)管V4的柵極相連，使V4導(dǎo)通；第3路經(jīng)非門F1連接到與門Y2的輸入端，使 與門Y2輸出為0，這樣使開關(guān)管V3截止；從非門F1輸出的另一路與開關(guān)管V2的柵極 相連，其低電平信號(hào)也使V2截止。同樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求反轉(zhuǎn)時(shí)，S14給出低電平信號(hào)，經(jīng)過2個(gè)與門和1個(gè)非門組成的 邏輯電路后，使開關(guān)管V3受PWM信號(hào)控制，V2導(dǎo)通，V1、V4全部截止。程序編制：程序中采用定時(shí)器中斷產(chǎn)生固定頻率的PWM波，100次中斷為一個(gè)周期，在每個(gè)中

7、 斷中根據(jù)當(dāng)前占空比判斷應(yīng)輸出波形的高低電平。主程序用輪詢方式讀入鍵盤輸入，得到轉(zhuǎn)速和方向控制命令。在改變電機(jī)方向時(shí)為減少電壓和電流的波動(dòng)采用先減速再反轉(zhuǎn)的控制順序。實(shí)驗(yàn)程序流程圖：實(shí)驗(yàn)步驟1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備： 連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備：請(qǐng)參看本書第三部分、第一章、二。將ICETEK-CTR板的供電電源開關(guān)撥動(dòng)到“開”的位置。開關(guān)位置請(qǐng)參見第二部分、 第一章、三、“擴(kuò)展模塊電源開關(guān)及其指示燈”。設(shè)置Code Composer Studio 3.3在硬件仿真(Emulator)方式下運(yùn)行: 請(qǐng)參看本書第三部分、第一章、四、2。啟動(dòng) Code Composer Studio 3.3：請(qǐng)參看本書第三部分、第一章、五、2。選擇菜單 DebugReset CPU。打開工程文件：工程目錄：C:ICETEKVC5509AeVC5509AeLab0406-DCMotorv61DCMotor.pjt。瀏覽main.c文件的內(nèi)容，理解各語句作用。編譯并下載程序。運(yùn)行并觀察程序運(yùn)行結(jié)果。開始運(yùn)行程序后，電機(jī)以中等速度轉(zhuǎn)動(dòng)（占空比=60，轉(zhuǎn)速=2）。在小鍵盤上按數(shù)字15 鍵將分別控制電機(jī)從低速到高速轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)速=15）。在小鍵盤上按7或8鍵切換電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。如果程序退出或中斷時(shí)電機(jī)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將控制ICETEK-CTR模塊的電源開關(guān)關(guān) 閉再開啟