基于DSP的直流伺服电机调速系统的控制设计与仿真(3)

ＤＳＰ发展到今天，大致可按照三种不同的分类方式来归类：

第一，根据ＤＳＰ芯片的工作时钟和指令类型分类分为静态ＤＳＰ芯片（指在某时钟频率范围内的任何时钟频率上，ＤＳＰ芯片都能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降）与～致性ＤＳＰ芯片（指两种或两种以上的ＤＳＰ芯片，它们的指令集和相应的机器代码及管脚结构相互兼容）。

第二，按数据格式分为定点ＤＳＰ芯片（数据以定点格式工作）与浮点ＤＳＰ芯

片（数据以浮点格式工作，不同浮点ＤＳＰ芯片所采用的浮点格式不完全一样）。

第三，按用途分为通用ＤＳＰ芯片与专用ＤＳＰ芯片。本文以１ｒＩ公司推出的

电机控制专用ＤＳＰ芯片为控制核心进行研究。

１．２．３ＤＳＰ与直流伺服电机的发展

直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机．它不仅

具有传统的良好的起动、制动、运行效率高、良好的线性调速特性、简单的控制性能、高质高效平滑运转等优点，可以很方便地在宽范围内实现无级调速（故多采用在对电动机地调速性能要求较高的生产设备中）。经过长期的发展，又具有交流伺服电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点．所以，尽管近年来不断受到其他电动机（如交流变频电动机、步进电动机等）的挑战，但道目前为止，就其性能来说仍然无其他电动机能比。在欧美等国家，大型成套生成装置和成套生产线仍然多用直流调速。

随着永磁材料和工艺的不断发展，直流电动机的励磁部分将逐渐用永磁代

替代替，并且，这种直流电动机体积小、结构简单、省电，所以在中小功率范围内得到了广泛的应用。

２０世纪８０年代，数字信号处理器（ＤＳＰ）的出现，特别是专用ＤＳＰ的出现，

在信号处理领域引起了巨大的革命，它以处理能力强、内置较大的存储器、芯片功耗低及配置资源灵活等特点使直流伺服电机的控制方式发生了很大的变化；到２０世纪９０年代，ＤＳＰ的成本不断的下降，加速了ＤＳＰ的普及。另外，随着电力电子技术的发展，新型电力电子功率器件不断出现更是加速了这一过程。采用全控型开关功率元件进行ＰＷＭ控制方式已成为绝对主流，这种控制方式也已作为直流电动机数字控制的基础。此外，由于ＤＳＰ可以自己产生死区的ＰＷＭ输出，所以可以使得外围硬件更少。

所以，用ＤＳＰ来控制直流伺服电机具有很强的实用价值和应用前景。

１．３本文的主要内容

本文在分析了国内外直流伺服电机和ＤＳＰ的发展现状之后，通过大量的实

验，探讨了ＤＳＰ对伺服系统的控制方案ｍ１，并且用直流伺服电机作为实际的控制对象。介绍了整个控制系统的组成、控制器的设计、试验过程，并得到了实

武汉理工大学硕士学位论文

验结果，同时也对结果作出了相关的分析，最后探讨了一下模糊控制原理及模糊ＰＩ控制。本文分为６章：

第ｌ章绪论。介绍了课题的研究背景和意义，同时介绍了伺服系统的发展现状及控制方法，本文是基于ＤＳＰ开发的伺服系统，因此介绍了ＤＳＰ的国内外发展现况和一些主要特点；

第２章直流伺服电机的原理及选型。要利用ＤＳＰ开发直流伺服电机，必须要先了解有关于ＤＳＰ的基础知识、直流伺服电机的工作原理及内部结构、控制理论的原理算法。另外进行了课题研究中各个部件的的选型；

第３章芯片及实验板的介绍。首先，针对ｎ公司的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ，详细介绍了该芯片的特点、Ａ／Ｄ转换器与事件管理模块（Ｅｖ）两个单元。其次，介绍了ＩＣＥＴＥＫ－ＬＦ２４０７．Ａ试验板；

第４章控制系统的设计Ｉ犯”。这一章为本次论文的核心章节。本章介绍了用于开发ＤＳＰ的ＣＣＳ软件。其次介绍了ＰＷＭ波的控制原理、Ｈ型双极性可逆ＰＷＭ驱动系统，最后介绍直流电机双闭环控制的实现。设计中又包括设计硬件设计、软件设计等。

第５章模糊控制与仿真。模糊控制：由于一般ＰＩＤ虽然能够满足一般工业控制的要求，但依然存在不少不能很好解决的问题，所以本章探讨了模糊控制理论‘３”６１和模糊ＰＩ控制器原理。仿真：本部分在前面的基础上首先介绍了Ｍｍｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ［”“１的仿真功能，并进行了模糊控制系统的仿真。

第６章总结与展望。本章回顾了整个控制过程，分析了ＤＳＰ对伺服系统控制的可行性及优越性。并对实验过程中的不足和不完善之处进行了实际分析，提出对这些问题的解决方法的一些想法，并对进一步的研究作了初步的规划。

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第２章直流伺服电机的原理及选型

ＤＳＰ对直流伺服电机的控制涉及到了许多方面的知识，这些知识是本文所研究课题中不可缺少的必要组成部分。根据所要研究对象，结合需要参数，选取合适的具体对象型号，并了解对象特点，这个工作是繁琐的，但也是必需的。因此，这一章主要围绕本文所研究的控制对象——直流伺服电机调速系统——而展开，在进行具体选型之前，首先概略地从直流电机的分类、它的主要特点以及结构和工作原理谈起。然后根据本文要求，具体地描述了直流伺服电机调速系统各个部件的选型以及具体参数，并给出了必要的工作原理。这些都为后面章节打下坚实基础。

２．１直流电机的分类

首先从更大视野介绍一下直流电动机的分类，先从整体有个宏观了解对后面的系统选型不无裨益。直流电机一般可以分为以下几种

１．小惯量直流电机

电机的转子为减少转动惯量，转予做得细长。因为转子的转动惯量与转子直径平方成正比，同时电磁扭矩又与转子切割磁力线的有效长度成正比，所以这样做可以有效地提高伺服电机的驱动能力和可控制性能。

这种电机特点是：

’转动惯量小，约为普通电机的１／１０。

反应快，有良好的换向性能。

速度均匀性好，尤其低速时，更具优势。

扭矩大，最大扭矩约为额定值的１０倍。

２．直流印刷电机

这种电机的转子由多层同轴的玻璃胶布板圆盘形转子构成，每层圆盘印刷有铜箔绕组。由于这样可以有效地提高绕组的作用力矩，且转子质量轻，因而可以得到较大的扭矩。

其特点是：

电机结构简单，成本低。

电机绕组全部和空气接触，散热好，因而过载能力强。

既轻又具有小的电磁惯性，因此具有好的换向性能和调速性能。

３．杯形转子直流电机

这种电机的转子做成空心杯，从而有效地减少了转动惯量，提高了可控性。４．宽调速直流电机

这种电机有意保留较大的转子惯性，靠提高扭矩来提高响应速度。因此功率可以做得很大，适用于大负载和要求有特殊配重的场合。

直流伺服系统常用的伺服电机有小惯量直流伺服电机和大惯量宽调速直流伺服电机。前者快速性好，结构简单；后者是有刷结构，转速有限，且结构复杂，价格高，常用于有特殊要求的场合。

２．２直流伺服电机的主要特点

直流伺服电机主要有以下几个特点：

１．可以方便地实现在宽范围内的无级调速，故多采用在对电动机的调速性能要求较高的场合；

２．功率因子高；

３．启动转矩大，启动电流小：直流伺服电动机的机械特性和调节特性其它直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽。

４．电动机输出功率高；

５．调速精度高，调速范围广，过载能力强：制动特性良好：气隙磁通密度高，动态性能好。．

６．转子转 …… 此处隐藏：2272字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……