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1、xx大学学士学位论文基于DSP电机控制技术的研究摘要电机在各种电气传动和位置伺服系统中占有及其重要的位置，电机控制的目标主要是速度控制和位置控制。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、材料技术的飞速发展，电机控制的研究也越来越重要，高性能电机控制系统也在不断地更新。尤其是将DSP技术运用到电机控制之后硬件的统一性与软件的灵活性可以有机结合，电机的数字化及集成化控制成了电机控制的发展方向。本课题以曾经在实际工程项目中使用到的步进电机为例，在实现这种电机的DSP控制的基础上，建立电机控制机平台，设计电机控制系统。论文首先分析了电机控制的发展现状，指出电机控制的一般问题及DSP控制系统的特点。阐述了
2、步进电机的基本构成、工作原理、控制系统的构成及其基本控制策略，给出了基于DSP的电机控制系统设计方案, 然后在前期的工作及所取得的阶段性成果的基础上，以TI公司的DSP TMS320C55为核心设计了硬件系统，并编写了系统软件。硬件包括计算机，ICETEK仿真器、ICETEK-VC5509-A系统板相关连线及电源，在设计上实现了系统的硬件电路小型化及模块化。软件采用C语言编程方式，根据系统设计的硬件电路及采用的控制策略，编写了相应的控制系统软件关键词DSP；电机控制系统；脉宽调制Research on Motor Control Technology Based on DSPAbstractM
3、otors play an extremely important role in multifarious electric drive and position servo systemsThe aims of motor control are mainly speed and position controlWith the fast development of power electronics，micro-electronics and materials ，the research of motor control recently becomes more and more
4、important and the motor control system with high performance is updated ceaselesslyMotor control is on the way of digital and intergration especially when the DSP technologies which can combine the oneness of hardware with the flexibleness of software are applied to itThis thesis takes a stepper mot
5、or which have been used before in some projects for example realizes DSP solutions for the motors First of all，the thesis analyses the development and actuality of motor control system, indicates the commen existing problem，and introduces the characteristics of DSP solution for motorsSecondly，the ba
6、sic elements and the operating principle of the stepper motor model is analyzedThe structure of control system and its control strategies are also resaerched in this thesis, at the same time， the design scheme of the syetem based on DSP is expounded. Thirdly，on the basis of the present outcome，the h
7、ardware and software of syetem based on TMS320C5 produced by TI Company are designedIn the hardware of system， Computer、ICETEK simulater、ICETEK-VC-5509-A syetem circuit、power line andpowersupply circuit are realizedIn the soft ware of the system，the software are written in C according to hardware ci
8、rcuit structure abd con trol strategies of the systemKeywordsDSP;Motor control system;Pulse-Width Modulation不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 电机控制系统的发展现状11.2.1 电机控制系统的发展11.2.2 电机控制系统的类型21.2.3 电机DSP控制的一般问题31.3 设计电机DSP控制系统的必要性及可行性41.4 论文的主要内容5第2章 步进电机的DSP控制62.1 步进电机结构及原理62.1.1
9、步进电机的发展62.1.2 步进电机的特点62.1.3 步进电机的分类82.1.4 步进电机的结构82.1.5 步进电机的步进原理92.1.6 步进电机的工作方式102.2 步进电机的DSP控制142.2.1 电机的DSP控制方法142.3 步进电机的位置控制152.4 步进电机的速度控制162.5 本章小结17第3章 电机控制系统的硬件设计183.1 开发环境183.2 硬件设备183.3 脉宽调制PWM193.4 PWM调速原理223.5 控制原理223.5.1 控制系统硬件设计原理图223.6 EMIF接口233.7 操作步骤233.8 本章小结24第4章 电机控制系统的软件设计254.
10、1 CSS介绍254.1.1 CCS简介254.1.2 CCS的组成254.1.3 CCS的主要功能264.2 操作过程274.2.1 开发环境274.2.2 调试工具274.2.3 CCS的开发流程274.3 C语言为基础的DSP控制电机程序284.4 程序流程图294.5 C语言程序304.6 本章小结31结论32致谢33参考文献34附录A35附录B42附录C47千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景在各种传统系统和伺服控制系统中，我们经常会
11、使用到各种各样的驱动电机，由此也产生了各种电机控制系统。不难发现，一部分电机的控制系统在硬件结构上有很多相似之处，只是在具体控制方法和策略的软件实现上有所不同。如在三项无刷直流电机、永磁同步电机及三相感应电机甚至式直流电机的控制中，它们的基本功率逆变电路、母线电压及电流的检测、模数转换等都可以利用相同的硬件电路，而在针对不同的电机进行控制时则可以在软件中通过调用不同的模块程序来实现；同时，即使在同一个工程项目中使用的电机可能有几个火几种，如果单独来设计控制器，则不仅会使工作量加大，控制系统也变得更复杂，可靠性也会降低。基于此，我们有必要构建一个电机控制级平台，使其可以同时实现对几种或几种电机控
12、制，也可以以此平台为基础，为电机的控制系统及其控制策略的深入研究奠定基础。1.2 电机控制系统的发展现状1.2.1 电机控制系统的发展电机控制系统的发展从主传动机电能转换角度来讲，有机械控制系统（如齿轮箱变速）、机械和电气联合控制系统（如感应电机电磁离合器调速）发展到全电气控制系统（基于电力电子电源变换器的电机控制系统）；从控制电路来讲，有模拟电路、数字和模拟混合电路发展全数字电路控制系统；从控制策略角度来讲。从最初的抵消有级控制发展到现在的高性能智能型控制系统。近用于电机控制系统的各种电源变换器就有AD、DC可控整流器、DC、AC逆变桥，DC、DC斩波器、AC、AC循环变换器和矩阵变化器等1
13、。就电机控制的目标来讲，主要有速度控制和位置控制两大类。电机的速度控制系统也可称为电机调速系统，它广泛地应用于机械、冶金、化工、纺织、矿山和交通等工业部门。电机的位置控制系统或位置伺服系统也称为电机的运动控制 (MotorControl)系统。电机的运动控制系统是通过电机伺服驱动装置将给定的位置指令变成期望的机构运动，一般系统功率不大，但有定位精度要求，并具有频繁启动和制动的特点，在雷达、导航、数控机床、机器人、磁盘驱动器和自动洗衣机等领域得到广泛应用。随着电力电子技术、微电子技术和稀土永磁材料的飞速发展，高性能电机控制系统技术不断地更新，成本不断降低，新型电机不断出现，交流电机驱动系统正不断
14、地取代直流电机控制。提高电机控制系统性能地研究工作主要有以下几个方面：1新型功率控制器件和PWM技术的应用可控型功率器件的不断进步为电机控制系统的完善提供了硬件保证，如大功率晶体管(GTR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、绝缘栅可换向晶体管(IGCT)等的实用化，使得高频、高压、大功率PWM控制技术成为可能。电机控制的基本手段是如何控制PWM波形使得功率控制器件输出的电压和电流波形能满足电机高性能运行的要求。现代电机控制系统都是依靠电力电子器件构成变流装置的，即采用以强电为动力、以弱点控制强电，强弱电结合这一关键技术。 典型的功率控制器有直流斩波器、交直交电流型或电压型变换器、交交循环变换器
15、和矩阵变换器等。直流斩波器主要优点是可以将直流电压升高或降低，它广泛应用于开关电源。交直交电流型变换器的优点在于可实现自然换相，并且容量可以做的很大，但是平波电抗器比较笨重，当电源存在干扰时会造成换相失败。对于绝大多数中小型电机来说，主要是采用交直交电压型变换器。目前己经有许多采用MOSFET和IGBT器件做成的变频器产品，开关频率可达20kHz，实现无噪声驱动。值得注意的是，国外正在加紧研制新型变频器，如矩阵变换器，高功率因数可控补偿变换器，中性点嵌位、级联式和飞跨电容式多电平变换器，电机控制系统将得到新的发展。2. 矢量变换控制技术与现代控制理论的应用矢量变换控制主要研究感应电机的动态控制过程，不但控制电流和磁通等变量的幅值，同时也控制这些变量的相位。并利用现代线性系统控制中状态重构和估计的概念，巧妙地实现了感应电机磁通和转矩在等效两相正交绕组状态下的重构和解藕控制，从而促进了感应电机矢量控制系统的实用化。矢量变换控制方法己经从最初的感应电机推广到了同步电机的控制，并出现了基于矢量变换的各种控制技术。3. 微机、微处理器和数字信号处理器(DSP)的应用随着电子技术的发展，微机和数字控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，以单片机为核心的全数字化控制系统
