DSP直流调速控制系统的研究

硬件电路 DSP的外围电路一般包括： （1）电源模块 （2）复位电路 （3）时钟模块 （4）JTAG接口电路 (5) 键盘显示 （6） LED显示
3
硬件电路
DSP的其它外围电路
（5）保护电路（过压、过电流、过温度） （6）声光报警电路
VCC
5V
1
1
1
1
1
4
3
2
1
0
9
8
7
6
5
4
3
2
1
N
N
2IN
2IN
C 7
2
2
p
F
Y
3
0
2
M
X
X1/XCLKIN
C
2
2
6
p
F
2
DSP
JTAG
G
G
G
G
G
P
D
N
N
N
N
N
D
D
D
D
D
电
路
TCK_RST
EMU1
EMU0
TRST
TDO TMS
TCK
TDI
TCK
TDO
TDI
TMS
TRST
EMU1
EMU0
1
R10
0
K
1
R11
0
K
1
R12
0
K
1
R13
0
K
VCC
3.3V
TCK
TDO
TDI
复位电路
当电源接通时，电源通过电阻向电容充电，待电容的电压达到一定的 数值时，DSP的复位端输出可靠的复位信号使DSP系统复位。电容 的充电时间的长短取决于充电参数（电阻和电容值）的大小，电阻和 电容参数的选取取决于用户的要求。当需要DSP系统复位时，按下按 钮，则电容通过开关放电，电容两端的电压迅速下降，输出低电平信 号，再一次使DSP系统复位。
反向电动运行时电压、电流波形图
Uab(i) +Us
0 ton
T
t
id
E Ud -Us
3
集成驱动电路：
硬件电路
优点：抗干扰能力强、速度快、保护功能完善
EXB841：厚膜矩形扁片状，单列直插式结构
3
EXB841的功能框图 ：
硬件电路
EXB841的管脚说明：
1—连接用于反向偏置电源的滤波 电容 2—电源（+20V） 3—驱动输出 4—用于连接外部电容，以防止过 流保护电路误动作（绝大部分 场合不需要电容。） 5—过流保护输出 6—集电极电压监视 9—电源（ov） 14—驱动信号输入（-） 15—驱动信号输入（+）
VDDIO
VDDIO
VDDIO
VDD3VL
VDDIO
VDDIO
V
V
V
V
V
V
V
V
V
3 2
VSS
D
D
D
D
D
D
D
D
D
3 8
D
D
D
D
D
D
D
D
D
VCC3.3V
VSS
5 2
1 C
VSS
VDDAIO0 7
TCK_RST
5 8
1 4
VSS
V D
D A
1 0.33uF
G
G
G
G
G
P
7 0
1 5
C
N VSS
N
N
N
N
D C VSSA1 1 2
3
硬件电路
系统的执行元件——直流电动机
在现在的高科技时代，交流调速系统发展十分 迅速，控制理论也已成熟,使得直流调速渐渐退出 了我们的视野,但直流调速系统有着高精度、响应 快、低速平稳性等绝对的优势，是交流调速系统 无法替代的。
3
硬件电路
系统的执行元件——直流电动机
电枢端电压与转速的关系：
式中 n——电枢的转速，r/min； U——电枢端电压； I ——电枢电流； R——电枢总电阻； K—电机参数；Ф—每极磁通量。
2
D
D
D
D
D
7 8
1 7
5
2 6
2
TCK_RST
VSS
ADCLO
p
p
8 6
F 1
2
F
VSS
EMU1 9 9
EMU0
TRST
7 7
3
TCK
TDO TMS
VSS
XCLKIN
0
TDI 1 0 5
M
Y
VSS
2
DSP的外围电路图
1 1 3 7 6 VSS X 2 1 2 0 VSS 0.33uF TCK 1 2 9 TDO TDI TMS 1 EMU1 1 1 0 6 6 3 1 VSS ADCREFM C 1 4 2 1 3 VSS C 0 1 5 3 1 1 5 u VSS ADCREFP f R10 1 0 TMS320F2812 C K 4 1 3 7 0.33uF EMU0 1 2 C R11 AVSSREFBG 2
M -
电压检测 泵升限制 显 示 故障 保护
电流检测
温度检测
电压检测
I/O
故障 综合
键 盘 上 位 机 通 信 接 口 其 它 外 设
中央 处理器
(TMS320LF2407A DSP)
A/D
+V
数字测速
PWM 生成
驱动电路
转速检测
脉冲整形
FBS
图2.7 DSP控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
DSP控制双闭环直流PWM调速硬件结构
1
选题背景 硬件电路 DSP直流调速系统的组成
目录
软件设计
1

选题背景
随着直流电动机的结构和控制方式的变化,计算 机现已进入控制领域，伴随新型电力电子功率元件 的不段出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽 调制（简称PWM）已经成为主流控制方式。同时， 随着数字信号处理器（DSP）的出现，为直流调速 提供了新的手段和方法 。 与单片机相比，DSP更适于用作直流调速系统。 与传统的直流调速系统相比 ，提高了系 统的性能和可靠性 。
CAP3_QEP1
1 7
4 TCKINB T3PWM PWM10 ADINA0 PWM11 PWM12 T4PWM
R
1
R
2
R
3
R
4
7
0
4
7
0
4
7
0
4
7
LED1
LED2
LED3
0
4
3.3V
LED4
保护电路（过压、过电流、过温度）
如图
声光报警电路
在一个设计合理的电路中，报警电路是不可缺少的，在这次设计中， 我使用了声光报警电路。当系统正常工作时，报警系统处于正常状态， 此时亮绿灯，当检查有故障时，报警系统开始工作，此时红灯亮，并 响起蜂鸣器，以提示人们系统出现故障。
U IR n= K
3
硬件电路
在PWM直流调速系统中，电源电压Ud的大小是不变的，电枢端电压 的大小取决于开关管的开通和关断（占空比）时间的比，改变开通和关 断时间的比值就可以改变电枢端电压的平均值，从而改变电动机的转速。 电枢端电压计算公式
t1 t1 U0 = U d = U d atU d t1+t2 T
dspdsp直流调速系统的组成直流调速系统的组成??dsp控制双闭环直流pwm调速硬件结构m?如图电流检测温度检测电压检测vbrb驱动电路脉冲整形fbsv转速检测速系统硬件结构图图27dsp控制双闭环直流pwm调电压检测r0r1r2k2k1c0故障综合故障保护泵升限制io通信接口数字测速显示键盘上位机其它外设adpwm生成中央处理器tms320lf2407adsp硬件电路硬件电路在现在的高科技时代交流调速系统发展十分在现在的高科技时代交流调速系统发展十分迅速控制理论也已成熟迅速控制理论也已成熟使得直流调速渐渐退出迅速控制理论也已成熟迅速控制理论也已成熟使得直流调速渐渐退出了我们的视野了我们的视野但直流调速系统有着高精度响应但直流调速系统有着高精度响应快低速平稳性等绝对的优势是交流调速系统快低速平稳性等绝对的优势是交流调速系统无法替代的
VCC 3.3V
R
S
1
1
0
8
K
RESET
R
9
5
0
0
K
10μF
C15
XRS
时钟模块
，设计时钟电路有两种方法：一是利用内部的振荡电路和一个 无源晶振；二是使用外部有源晶振。使用第一种方法，电路简单且成 本较低，然而精度也较低。TMS320F2812片内振荡器的输出频率只 能工作在20-35Mhz间，通常选用精度较高的石英晶体；相对而言， 外部有源晶振精度高，但价格也较高，有源晶振的频率可在4150Mhz之间选择。在对数据处理速度要求不高的DSP应用系统中， 第一种方法就可以满足系统要求。
1
1
1
感 1 6 5 4 4 8 5 3 4 1 5 8 4 4 8 6 6
3 5
4
2
1
0
7
5
3
2
信
9
0
1
9
0
4 9 4 5 4
1
2
4
2
1
9
4
1 4
3
8
2
0
5
6
7
3
器
号
1 9
VSS
ADINA7
XRS
XINT2
XINT1
XF_XPLLDIS
XWE
XR/W
XHOLD
XHOLDA
XZCS01
XRD
TESTSET
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
R18
2
K
1
0
C29
4 R VCC+5 J 6 XRS 4 9 3 2 1 R 88.7K R
VCC+5
5.1K VCC+3.3V
K
R17 4.7K
3 L
C34
3
1 5 P 0 1 9 3.3mH 0 R
U
4
3
4 U 3.3mH K 2 2 RESET S L 0
P
1
C27
R14
3 电流检测模块
硬件电路
在直流电机电路反馈回路中加一个霍尔电流 传感器，测出小电流信号。然后将霍耳元件输出 的小电流信号首先变换为电压信号，再经放大滤 波后进入DSP内部的A／D通道进行反馈控制，将 其作为电流反馈值，组成一个内部闭环，联通外 部闭环形成电流和转速双闭环。
3
电流检测电路
硬件电路
3
5.1K
C28 2 C
2 6
1 D12 F 0.33uF C11 VCC+3.3V
R
p
2 1 8 C15 0
0 0 K
0 u
P f
2
C
2 6
p
F 2
R
R
C12
2
6
5 p
R F
来 +3.3 7 来
自
自
5.1K
1
+1.8
过
1
0
来 0 K
温
流
K
自
度
信
过
传
号 1 VCC 1 1 1 1 1 1 1 1
压
1
1
N
2IN
2IN
ห้องสมุดไป่ตู้
2EN
2GND
N
N
1IN
1IN
1EN
1GND
2
1
C
C
C
C
TPS73HD318
3
C32
VCC+5
10uF/50v
C31
2SENSE IRESET
2RESET
1SENSE
2OUT
2OUT
1OUT
1OUT
3 N N N N N N
3
4
C
C
C
C
C
C
C30
P
C35
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
5
6
系统总电路
1 4 6
1 3
EMU1
AVDDREFBG
1
1 6
0
ADCREST
K
1 3 5
TRET
R12
1
0
K
1 2
6
1 6
2
TMS
V D
D 1
D
D10
9
1 3
1
1 6
3
TDI
VSS1
1
0 R13
K
1 2
7
VCC+3.3
TDO
绿
4 0
绿
SPSIMA
R22
色
1 3
6
4 1
色
LED
TCK
SPSOMA LED
TMS
TRST
EMU1
EMU0
路系统越来越强调系统的可调试性，因此调试测试接口的设计也越来 越受到重视。对于TMS320F2812系统来说，在开发时就需要设计一 个JTAG接口来为芯片下载、调试和测试程序。
实际应用的DSP系统运行时，调试与测试接口并不是必须的，但现代 电力
JTAG接口电路
DSP
3
硬件电路
转速检测模块 本系统采用光电编码器作为测速反馈元件， 用于测量电机的转速，作为闭环控制的反馈量。 光电编码器是一种回转式数字测量元件，通常装 在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴 的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形 式。它一般实时测量执行部件的速度信号，并变 换成速度控制单元所要求的信号形式，将运动部 件现实速度反馈到速度控制单元，以实施闭环控 制。


2
DSP直流调速系统的组成
整个系统包括四大模块，即DSP微处理器模 块、主电路模块 、电流与转速检测模块和外围 电路模块。
2
DSP直流调速系统的组成
如图所示为DSP直流调速系统结构图：
计算机
TMS320F2812
控制电路
电机
负载
编码器
如图
K2 K1 R1 + R2 Vb Rb C0 R0 +
3
硬件电路
PWM控制策略
在大功率高压变频器技术中，PWM控制 技术是其核心技术之一，一个良好的PWM控 制策略是产品性能的保证，在我的设计中，我 将采用双极性可逆PWM功放。
3
H桥电路
硬件电路
3
硬件电路
正向电动运行时电压、电流波形图
Uab(i) +Us Ud E
id
0 ton
T
t
-Us
3
硬件电路
键盘显示
使用独立按键，其编程简单，每个按键都占有一个GPIO引脚。使用 时定义GPIO为输入方式，由于每个GPIO引脚都接有上拉电阻，所以 当没有按键按下时，读取GPIO状态为高电平；当有按键按下且读取 GPIO状态时，该按键对应的GPIO为低电平。通过判断GPIO引脚电 平的状态确定按键是否被按下。