直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)《DSP原理及應(yīng)用》題目：直流電機(jī)限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：2015年5月19日摘要直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，便利，調(diào)速范圍廣，過載實(shí)力大，能承受常見的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)常見的無級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿意生產(chǎn)過程中自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求。電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采納微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限制，是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方向之一。采納微機(jī)限制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)簡潔、牢靠性高、操作維護(hù)便利，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平，靜動(dòng)態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿意工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求。本篇論文介紹了基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWN調(diào)速的基本方法，直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)學(xué)問以及PWM調(diào)速的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。重點(diǎn)介紹了基于TMS320LF2407單片機(jī)的用軟件產(chǎn)生PWM信號(hào)以及信號(hào)占空比調(diào)整的方法。對(duì)于直流電機(jī)速度限制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)供應(yīng)了一種有效的途徑。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)最小系統(tǒng)

；PWM

；直流電機(jī)調(diào)速，TMS320LF2407;前言電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，

其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，國防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量運(yùn)用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料顯示，在

全部動(dòng)力資源中，百分之九十以上來自電動(dòng)機(jī)。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)與人的生活休戚相關(guān)，密不行分。電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速限制一般采納模擬法，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡潔限制應(yīng)用比較多。簡潔限制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)限制和依次限制。然而近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過載實(shí)力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得非常重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速限制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心—單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的限制、自動(dòng)化、智能化等方面，特殊是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速限制系統(tǒng)中。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾實(shí)力強(qiáng)，牢靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，限制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。所以選用單片機(jī)作為限制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的牢靠性和可行性.目錄一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)二、硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、結(jié)語一、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1

系統(tǒng)方案

依據(jù)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行分析得到：本次課程設(shè)計(jì)以TMS320LF2407單片機(jī)為核心，以3個(gè)彈跳按鈕作為輸入端，達(dá)到限制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。在設(shè)計(jì)中，采納PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行限制。1.2

系統(tǒng)構(gòu)成

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸入模塊TMS320LF2407單片機(jī)該直流電機(jī)限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在總體上大致可分為以下4個(gè)部分組成：輸入模塊，TMS320LF2407單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)模塊，直流電機(jī)。

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊輸入模塊TMS320LF2407單片機(jī)圖1系統(tǒng)原理圖1.3直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)壓調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)是最早實(shí)現(xiàn)便利調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入限制領(lǐng)域，新型的功率電子器件的不斷出現(xiàn)，運(yùn)用全控型開關(guān)功率器件進(jìn)行脈寬（PWM）的限制方式已成為主流.直流電動(dòng)機(jī)的限制方式發(fā)生了很大改變。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式如下：式中，U0為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻。為每極磁通量，K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制方法可分為兩類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行限制的勵(lì)磁限制法和對(duì)電樞電壓進(jìn)行限制的電樞限制法。目前多數(shù)場合采納電樞限制法。直流電動(dòng)機(jī)多采納開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式，即使功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈沖調(diào)制PWM來限制電機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。1.4方案選擇方案一：采納電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)智能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)起來很困難。

方案二：采納繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行限制，通過開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡潔，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡潔損壞、壽命較短、牢靠性不高。方案三：選用大功率的三極管作為驅(qū)動(dòng)電路，具有驅(qū)動(dòng)實(shí)力強(qiáng)，外圍電路簡潔等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮各方面因素，選擇方案三作為本次論文的電路設(shè)計(jì)。二、硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1芯片介紹74HC00是4路雙輸入與非門，可用于組成與門、非門等。TMS320LF2407是TI公司主推的一種高性能、低價(jià)格DSP處理器，其處理速度達(dá)到30MIPS，片內(nèi)處理集成RAM、Flash及定時(shí)器外，還集成了A/D轉(zhuǎn)換器、PWM限制器及CAN總線限制器等模塊，特殊適合于電機(jī)、電源變換等實(shí)時(shí)要求高的限制系統(tǒng)。但是通常設(shè)計(jì)DSP程序的方法是，在DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS中用C語言設(shè)計(jì)，須要花費(fèi)大量的時(shí)間用來編寫和輸入程序代碼。在Matlab中用圖形化的方式設(shè)計(jì)DSP的程序，能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。2.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)直流電機(jī)限制電路原理如圖2所示。圖中PWM輸入對(duì)應(yīng)2407DSP的DSP的PWM11/IOPE5，DSP將在此引腳給PWM信號(hào)用于限制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖中的IOPE4將在此引腳給出高電平或低電平用于限制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向。從DSP輸出的PWM信號(hào)先經(jīng)過兩個(gè)與門在與各個(gè)開關(guān)管的柵極相連。當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求正轉(zhuǎn)時(shí)，IOPE4給出高電平信號(hào)，該信號(hào)分成3路。第一路接與門Y1的輸入，使與門Y1的輸出由PWM確定，所以開關(guān)管T1柵極受PWM限制。其次路干脆與開關(guān)T3的柵極相連，使T3導(dǎo)通。第三路經(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T4截止。從非門F1輸出的另一路與開關(guān)管T2的柵極相連，其低電平信號(hào)也使T2截止。此時(shí)電樞繞組承受正向電壓。同樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求反轉(zhuǎn)時(shí)，IOPE4給出低電平信號(hào)，經(jīng)過兩個(gè)與門和1個(gè)非門組成的邏輯電路后，使開關(guān)管T4受PWM信號(hào)限制，T2導(dǎo)通，T1、T3全部截止。此時(shí)電樞繞組承受反向電壓。圖2PWM調(diào)速直流電機(jī)原理圖三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1流程圖：依據(jù)設(shè)計(jì)要求可以設(shè)計(jì)出以下流程圖：圖3程序流程圖3.2主體程序如下：#include“f2407_c.h”#defineT1MS0x1387voidgpt3_init(void);voidinterruptgptimer3();voidDelay(unsignedintnTime);unsignedintdatacnt.data[2]{0xfa,0x9c4};main(){asm(“setcINTM”);WDCR=0x6f;SCSR1=0x83fe;MCRC|=0x0020;MCRC&=0xfeff;CMPR6=0xfa0;COMCONB|=0xa600;COMCONB&=0xa7ff;gpt3_int();IMR=2;IFR=0xffff;WSGR&=0xfef3;PEDATDIR|=0x1000;PEDATDIR&=0xffef;asm(“CLRCINTM”);Delay(128);cnt=1;datacnt=0;for(;;){;}}viodinterruptgptimer3(void){switch(PIVR){case0x2f;{EVBIFRA=0x80;cnt++;if(cnt>10000){cnt=0;datacnt++;if(datacnt>1)datacnt=0;CMPR6=data[datacnt];}Break;}}asm(“CLRCINTM”);}voidgpt3_int(void){EVBIMRA=0x80;EVBIFRA=0xffff;GPTCONB=0x0000;T3PR=T1MS;T3CNT=0;}voidDelay(unsignedinnDelay){inti,j,k;for(i=0;i<nDelay;i++)for(j=0;j<16;j++)k++;}Vo