《毕业论文（设计）-基于MSP430的直流电机PWM调速双闭环控制系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文（设计）-基于MSP430的直流电机PWM调速双闭环控制系统的设计（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、直流电机传统的调速方法调节精度低、能源利用率低、调速不稳定、可控性 较差；而脉宽调制（PWM）直流调速技术，具有调速精度高、响应速度快、调速范 围宽和损耗低等特点，不仅实现了对电机速度的实时调节，而且还体现了节约能 源，经济实用的特点。本文介绍了TI公司的一种超低功耗16位单片机MSP430F2619。基于MSP430F2619 设计一直流电机双闭环PWM调速系统，由测速发电机检测直流电机转速构成速度反 馈，利用整流桥构成电流反馈。MSP430F2619完成转速、电流双闭环PI控制器的数 字控制，且单片机的定时器生成PWM波，经功率驱动芯片放大后控制直流电机的电 枢电压进行平滑调速。从而实现了
2、控制系统简单、调速性能可靠。关键词：MSP430,直流电机，PWM调速，双闭环控制器ABSTRACTThe traditional method of DC motor speed regulation accuracy is low, low energy efficiency, speed instability, poor control;The use of pulse width modulation (PWM) DC conversion technology, with speed and high precision, fast response, wide speed ran
3、ge and low loss characteristics, not only to achieve real-time adjustment of motor speed, but also embodies the energy conservation.This paper introduces an ultra-low power TI 16-bit microcontroller MSP430F2619. Design of a DC motor based on MSP430F2619 double loop PWM speed control system, the dete
4、ction of DC motor speed tachometer generator speed feedback form, constitutes use of rectifier bridge current feedback. MSP430F2619 of speed and current dual-loop PI controller of the digital control. MSP430F2619 MCU timer generated PWM waves, amplified by power driver chip controls the DC motor arm
5、ature voltage for smooth speed control. In order to achieve a simple control system, speed and reliable performance.Key words： MSP430, DC, PWM speed control, dual-loop controller摘要IABSTRACTII1 绪论11.1直流电机调速技术的发展11.2 PWM调速技术11.3 双闭环控制系统简介21.4 论文研究的内容及章节安排22 MSP430系列单片机概述与直流电动机调速方式简介52. 1MSP430系列单片机简介5
6、2.2 MSP430的原理及性能特点52.3 直流电机的主要结构62.4直流电动机的调速方式73直流电机双闭环调速控制系统设计93. 1系统组成原理图93.2外围电路介绍103.3转速、电流双闭环直流调速系统133.3.1电流、转速双闭环控制器设计143. 3. 2调速系统控制单元的确定和调整154系统软件设计174.1数字PI调节器的设计174.1.1数字PI调节器的控制算法174.1.2数字PI调节器的控制程序184. 2A/D转换控制程序的设计204. 2. 1 ADC12转换器的性能及特点204.2.2 ADC12转换器的控制程序215 总结25参考文献26致谢错误！未定义书签。1绪论
7、三十多年来，随着电力电子技术的不断进步，直流电机调速控制经历了重大的 变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流 发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，随 着计算机技术与现代控制理论的发展，控制电路向高集成化、小型化、高可靠性 及低成本方向发展。在全控型电力电子器件问世后，基于脉宽调制的高频开关控 制的直流脉宽调速系统（PWM调速系统）的应用，不仅使直流调速系统的性能指标 大幅提高，应用范围不断扩大，而且使直流调速技术不断发展，走向成熟化、完 善化、系列化、标准化。近几年来，随着单片机成本的降低，以单片机为控制核 心的PWM调速系统越来
8、越多，其特点是通过程序产生控制脉冲，电路简单；开关 频率高，电流连续，谐波少；低速性能好,稳速精度高，调速范围宽。而MSP430是 一种高性价比和高集成度的低功耗单片机，目前开始应用于直流电机调速控制中。1.1直流电机调速技术的发展直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电 枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但 缺点是效率低、机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一 些小功率且调速范围要求不大的场合。30年代末期，发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到 广泛应用。这种控制方法可获得较宽的调速范围、较小的
9、转速变化率和平滑的调 速性能。但此方法的主要缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。近年来，随着电力电子技术的迅速发展，由晶闸管变流器供电的直流电动机 调速系统已取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能远远超过了发电机-电 动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以及计算机技术的飞速发展，使直流 电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的提高。如今，电力电子技 术中大功率器件（IGBT等）的发展正在取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速 系统田。1.2 PWM调速技术直流电机调速系统中应用最广的一种调速方法是：改变电枢电压调速。而传 统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节
10、电阻值大小改变电枢 电压，达到调速的目的，这种方法效率低、平滑度差，且转速越慢，能耗越大， 因而经济效益低。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法。如：由交流电源 供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制(PWM)调压等。这些调压调速法 具有平滑度高、能耗少、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM的应用 更为广泛。脉宽调制(PWM)调压引4】的基本原理是：利用一个固定的频率来控制电源的接 通或断开，并通过改变一个周期内电源的接通和断开时间的长短，即用改变电机 电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来改变平均电压的大小，从而 控制电机的转速。在脉宽调速系统中，当电
11、机通电时,其速度增加；电机断电时,其速度降低。只 要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值， 从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为开关驱动装置。1.3双闭环控制系统简介速度与电流双闭环调速系统是20世纪60年代在国外出现的一种新型的调速 系统。70年代以来，在我国的冶金、机械、制造以及印染工业等领域得到日益广 泛的应用。直流调速系统中应用最普通的方案是转速、电流双闭环系统。转速负反 馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度。电流负反馈环为内环，其作用是实 现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。转速、电流 双闭环直流调速系统在突加给定下的跟
12、随性能、动态限流性能和抗扰动性能等， 都比单闭环调速系统要好。1.4论文研究的内容及章节安排本文采用TI公司生产的一种高性能16位单片机MSP430F2619,结合模拟的 电机速度及电枢电流检测器件设计的直流电机PWM调速双闭环控制系统。该系统 结构简单，调速性能可靠，易于维护，易于改变算法，性价比高。课题主要工作如下：1、根据毕业设计任务书的给定条件及要求，确定总体方案：采用PWM调速双闭环 控制系统。2、明确直流电机PWM调速双闭环控制系统设计方法及研究的基本思路。3、分析所需研究方法及处理结果。4、对设计进行总结。论文的章节安排第一章：绪论，介绍所需基本知识以及本课题研究的主要内容。第二
13、章：MSP430系列单片机概述与直流电动机调速方式简介。第三章：系统硬件设计。第四章：系统软件设计。第五章：总结。2 MSP430系列单片机概述与直流电动机调速方式简介2. 1 MSP430系列单片机简介MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)公司于1996年开始推向市场的一 种16位超低功耗单片机、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。其针对实际应用的需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模 块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。该系列单片机多应 用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。德州仪器公司在1996年到2000
14、年初，先后推出了 31x、32x、33x等几个系 列，这些系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。每一系列有只读 内存(ROM)型(C)、动态口令(0TP)型(P)、和可擦除可编程ROM (EPROM) 型(E)等芯片。EPROM型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。 这也表明了这几个系列的开发模式，艮L用户可以用EPROM型开发样机；用OTP 型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。2000年推出了 Ux/Uxl系列。这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功 能和1/0引脚数比较少，但是价格比较低廉。2001年TI公司又公布了 BOOTSTRAP LOADE
15、R技术，利用它可在烧断熔丝以后 只要几根线就可更改并运行内部的程序。这为系统软件的升级提供了又一方便的 手段。BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度。2002年底和2003年期间又陆续推出了 F15x和F16x系列产品，并且有两方面 的发展：一是将存储器RAM容量大大增加；二是增加了 I2C、DMA、DAC12和SVS 等外围模块。2. 2 MSP430的原理及性能特点TI公司的MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号处理器，其中包括一 系列器件，它们针对不同的应用而由不同的模块组成。这些微处理器被设计为可 用电池工作，而且可以使用很长时间。它们具有16位RISC结构，CPU中的16个 寄存器和常数发生器使MSP430微处理器能达到最高的代码效率；灵活的时钟源可 以使器件达到最低的功率消耗；数字控制的振荡器(DCO)可在小于6s的时间内把 器件从低功耗模式迅速唤醒，并激活到活跃的工作方式。MSP430系列单片机具有丰富的片内外设，有极其广阔的应用范围，它们分别是以下一些(如表2-1):表2-1外围模块的不同组合看门狗(WDT)定时器A(TimerA)定时器B(TimerB)比较器串 口 0、1 (USARTO、1)硬件乘法器液晶驱动器10位八2位ADC14 位 ADC(ADC14)端口 0 (P0)端 口 16 (PI 一 P6)基本定时器
