电机控制系统核心芯片的比较
昂科发布软件更新Linko凌鸥创芯的32位内核面向电机控制应用的处理器LKS32MC081C8T烧录
昂科发布软件更新支持Linko凌鸥创芯的LKS32MC08X系列32位内核面向电机控制应用的专用处理器LKS32MC081C8T的烧录芯片烧录行业领导者-昂科技术近日发布最新的烧录软件更新及新增支持的芯片型号列表，其中昂科发布软件更新支持Linko凌鸥创芯的LKS32MC08X系列32位内核面向电机控制应用的专用处理器LKS32MC081C8T的烧录已经被昂科的通用烧录平台AP8000所支持。
LKS32MC08X系列MCU是32位内核的面向电机控制应用的专用处理器，集成了常用电机控制系统所需要的所有模块。
性能•96MHz 32位Cortex-M0内核•集成自主指令集电机控制专用DSP•超低功耗休眠模式，低功耗休眠电流10uA•工业级工作温度范围•超强抗静电和群脉冲能力工作范围•2.2V~5.5V电源供电，内部集成1个LDO，为数字部分电路供电•工作温度: -40~105℃，LKS32MC085工作温度: -40~125℃时钟•内置4MHz高精度RC时钟，-40~105℃范围内精度在±1%之内•内置低速32KHz低速时钟，供低功耗模式使用•可外挂4MHz外部晶振•内部PLL可提供最高96MHz时钟外设模块•两路UART•一路SPI，支持主从模式•一路IIC，支持主从模式•一路CAN(部分型号不带CAN)•2个通用16位Timer，支持捕捉和边沿对齐PWM 功能•2个通用32位Timer，支持捕捉和边沿对齐PWM功能；支持正交编码输入，CW/CCW 输入，脉冲+符号输入•电机控制专用PWM模块，支持8路PWM输出，独立死区控制•Hall信号专用接口，支持测速、去抖功能•硬件看门狗•最多4组16bit GPIO。
P0.0/P0.1/P1.0/P1.1 4个GPIO可以作为系统的唤醒源。
P0.15 ~ P0.0共16个GPIO可以用作外部中断源输入。
模拟模块•集成1路12bit SAR ADC，同步双采样，3Msps采样及转换速率，最多支持13通道•集成4路运算放大器，可设置为差分PGA模式•集成两路比较器，可设置滞回模式•集成12bit DAC数模转换器•内置±2℃温度传感器•内置1.2V 0.5%精度电压基准源•内置1路低功耗LDO和电源监测电路•集成高精度、低温飘高频RC时钟•集成晶体起振电路性能优势•高可靠性、高集成度、最终产品体积小、节约BOM 成本•内部集成4路高速运放和两路比较器，可满足单电阻/双电阻/三电阻电流采样拓扑架构的不同需求；•内部高速运放集成高压保护电路，可以允许高电压共模信号直接输入芯片，可以用最简单的电路拓扑实现MOSFET电阻直接电流采样模式；•应用专利技术使ADC和高速运放达到最佳配合，可处理更宽的电流动态范围，同时兼顾高速小电流和低速大电流的采样精度；•整体控制电路简洁高效，抗干扰能力强，稳定可靠•单电源2.2V~5.5V供电，确保了系统供电的通用性适用于有感BLDC/无感BLDC/有感FOC/无感FOC及步进电机、永磁同步、异步电机等控制系统。
半桥电路和全桥驱动芯片
半桥电路和全桥驱动芯片1. 引言1.1 简介半桥电路和全桥驱动芯片是电子领域中常用的电路和芯片，用于驱动各种电力设备和电机。
半桥电路通过控制半导体器件的通断来实现对电机的控制，常用于单向转动的电机驱动；全桥驱动芯片则可以实现对双向转动电机的精细控制，具有更高的效率和精度。
半桥电路和全桥驱动芯片在工业、汽车、航空航天等各个领域都有着广泛的应用。
在汽车领域，半桥电路可以用于控制汽车的电动窗户、天窗等设备；全桥驱动芯片则可以用于控制电动汽车的电机，提高汽车的性能和节能效果。
这两种驱动方案的出现，提高了电机控制的精度和效率，为各种电力设备的应用提供了更多的选择。
在未来，随着电动化趋势的加速和自动化技术的不断发展，半桥电路和全桥驱动芯片的应用领域将会更加广泛，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
1.2 应用领域半桥电路和全桥驱动芯片广泛应用于各种电力电子系统中。
它们在电机驱动、电动汽车、充电桩、UPS等领域中起到至关重要的作用。
在电机驱动系统中，半桥电路和全桥驱动芯片可以提供高效的电机控制，实现电机的快速启动和精确控制。
在电动汽车和充电桩中，半桥电路和全桥驱动芯片可以实现电池充电和电机驱动功能，提高系统的整体效率和性能。
在UPS系统中，半桥电路和全桥驱动芯片可以提供可靠的电力转换功能，确保电力系统的稳定运行。
半桥电路和全桥驱动芯片在各种电力电子系统中都有着广泛的应用前景，将会在未来的发展中发挥越来越重要的作用。
1.3 意义半桥电路和全桥驱动芯片作为电子领域中非常重要的组件，在现代电路设计中发挥着至关重要的作用。
它们在各种电子设备中都有广泛的应用，例如电动汽车驱动系统、直流电机控制系统、变频空调控制系统等。
在这些应用领域中，半桥电路和全桥驱动芯片能够有效地控制电流和电压，实现电子设备的高效工作。
半桥电路和全桥驱动芯片的意义在于它们能够提高电子设备的性能和可靠性。
通过合理设计和选择适合的驱动方案，可以有效地提高设备的工作效率，降低能耗，延长设备的使用寿命，同时减少故障率，提高设备的稳定性和可靠性。
步进电机驱动芯片选型指南
以下是中国步进电机网对步进电机驱动系统所做的较为完整的表述：1、系统常识：步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。
步进电机驱动系统的性能，不但取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。
对步进电机驱动器的研究几乎是与步进电机的研究同步进行的。
2、系统概述：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。
当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
3、系统控制：步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动器）。
控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
4、用途：步进电机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的发展（步进电机驱动器性能提高），步进电机的需求量与日俱增。
步进电机在运行中精度没有积累误差的特点，使其广泛应用于各种自动化控制系统，特别是开环控制系统。
5、步进电机按结构分类：步进电机也叫脉冲电机，包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）等。
（1）反应式步进电机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。
其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。
一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出（消耗功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到六分之一度）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行（指脉冲频率很低时）震荡时间较长；启动和运行频率较高。
（2）永磁式步进电机：通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。
一体化驱动系统控制总成
一体化驱动系统控制总成陈茜兵【摘要】电机控制系统是电动汽车控制中核心动力单元,是整个电动汽车的心脏,其性能直接影响到动力系统功率传输、稳定性和车辆舒适性及安全性,主要参数有功率、驱动输出电流、温度及效率和功率密度等。
我们通过对电机控制系统总成(不含减速器)深入分析和研究,发现这套系统其实是很复杂的,牵涉到很多深入的知识,涉及电控、力学、结构、热场、电磁场及NVH等方面,根据我们对电驱动系统总成的研究分析,结合实际开发经验做出一些优化,满足当下对成本控制的降本提效理念,提出一体机方案架构开发方案。
【期刊名称】《汽车制造业》【年(卷),期】2018(000)022【总页数】3页(P22-24)【关键词】电驱动系统;汽车控制;总成;一体化;电机控制系统;电动汽车;功率传输;动力单元【作者】陈茜兵【作者单位】[1]安徽鸿创新能源动力有限公司;【正文语种】中文【中图分类】U469.72电机控制系统是电动汽车控制中核心动力单元，是整个电动汽车的心脏，其性能直接影响到动力系统功率传输、稳定性和车辆舒适性及安全性，主要参数有功率、驱动输出电流、温度及效率和功率密度等。
我们通过对电机控制系统总成（不含减速器）深入分析和研究，发现这套系统其实是很复杂的，牵涉到很多深入的知识，涉及电控、力学、结构、热场、电磁场及NVH等方面，根据我们对电驱动系统总成的研究分析，结合实际开发经验做出一些优化，满足当下对成本控制的降本提效理念，提出一体机方案架构开发方案。
从目前市场上车辆主机厂的角度来看，单一电机或控制器已经很难适合或匹配整车需求及维护，同时分类布置管理，对整车总布置也不利于空间布局统一。
另外，这对供应链培养及开发，尤其是非平台化的车辆平台也是非常不利的。
伴随着这些年新能源汽车市场竞争及技术储备积累，单一电机或控制器单独供应或配套已难寻踪迹。
从另一角度，目前我们对电机及其控制系统及附属系统已有一定技术支撑再提升的能力，进行特定的一体化的开发设计，对相关资源进行整合，进行一体机的技术验证符合行业未来方向。
伺服电机控制系统毕业论文设计
调速应用领域最初用得最多的是直流电机，随着交流调速技术特别是电力电子技术和控制技术的发展，交流变频技术获得了广泛应用，变频器和交流电动机迅速渗透到原来直流调速系统的绝大多数应用领域。近几年来，由于直流伺服电动机体积小、重量小和高效节能等一系列优点，中小功率的交流变频系统正逐步被直流伺服电动机系统所取代，特别是在纺织机械、印刷机械等原来应用变频系统较多的领域，而在一些直接由电池供电的直流电机应用领域，则更多的由直流伺服电动机所取代。
This article mainly discusses the designations of three-phase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM special-purpose control chip 80C196MC, assistanceswith the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electricalmachinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocity-feedback control according to the Hall signal.
基于单片机的直流电机控制系统
摘要本设计首先介绍了AT89S52单片机，L298驱动电路及直流电机的基本原理与功能；其次,设计直流电机实现转向、速度的控制方案；再次，在这些器件功能与特点的基础上，拟出设计思路，构建系统的总体框架，并利用LED数码管对测试结果进行显示；最后利用Proteus软件绘出电路图，同时写出设计系统的运行流程和相关程序。
整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值；启动系统后，从单片机的I/O口输出控制脉冲，经过L298驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制直流电机的脉冲信号。
本系统采用了低成本的AT89S52单片机芯片作为控制芯片，以按键做为输入达到对直流电机的启停、速度和方向的精确控制。
直流电机的驱动采用的是达林顿集成管L298，并且采用LED的进行显示。
在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
总之，本次设计出了操作简单、显示直观的直流电机控制系统。
关键字： AT89S52单片机；L298驱动芯片；直流电机。
AbstractThe design first introduced the AT89S52 single-chip microcomputer, L298 drive circuit and dc motor of the basic principle and function; Second, the design of dc motor to realize, the speed control scheme; and Again, in these devices based on the characteristics of the function and, draw up the design idea, construction of the whole system framework, and use of LED digital tube the results shows; Finally, using the Proteus software draw circuit diagram, at the same time, write design the operation of the system process and procedures. The whole system by writing to the single chip microcomputer program allocation good control of the word and the corresponding storage unit of the memory address assignment; Reboot your system, from single chip I/O mouth output control pulse, after L298 driving circuit pulse processing, the output can directly control dc motor of the pulse signal. This system USES a low cost AT89S52 single-chip microcomputer chip as control chip, with button as input to the keyboard to dc motor of the rev. Stop, speed and direction of the accurate control. Dc motor driver uses is the integration of L298 tube, and using the LED displayed. In the design, adopted PWM technology of motor control, through to the occupies emptiescompared to achieve the purpose of accurate calculation speed. All in all, this design out the operation is simple, direct display of dc motor control system.Key word:AT89S52 single-chip microcomputer; L298 driving chip; DC motor.目录1 绪论 (1)1.1 直流电机调速系统的发展 (1)1.2 开发背景 (2)1.3 选题的目的及意义 (3)1.4 研究方法 (4)2 系统方案设计 (5)2.1 概述 (5)2.2 总体设计任务 (5)2.3 系统总体设计方案论证 (6)2.4 系统总体设计方框图 (7)2.5 直流电机调速概述 (8)2.5.1 直流电机简介 (8)2.5.2 直流电机调速原理 (9)2.5.3 直流调速系统实现方式论证 (9)3 电机调速驱动设计 (11)3.1 PWM控制方式 (11)3.2 PWM控制的基本原理 (11)3.3 PWM 发生电路的设计 (13)3.4 功率放大驱动电路 (16)3.4.1 芯片L 298 性能及特点....................... ..163.4.2 L298芯片引脚的电气特性及功能 (17)3.4.3 L298驱动电机的逻辑功能 (19)4 硬件电路设计 (21)4.1 AT89S52的最小系统电路 (21)4.1.1 单片机芯片AT89S52介绍 (21)4.1.2单片机管脚说明 (22)4.1.3 时钟电路 (25)4.1.4 复位电路 (26)4.2 数码管显示 (27)4.3 排阻的简介 (27)4.4 显示电路与AT89S52单片机接口电路设计 (28)4.5 键盘与AT89S52单片机接口电路设计 (30)4.6 驱动电路与AT89S52单片机接口电路设计 (30)5 系统软件设计 (32)5.1 主程序设计 (33)5.2 子程序设计 (34)5.2.1 键盘子程序设计 (34)5.2.2显示子程序设计 (35)5.2.3 P W M控制程序设计 (36)5.3 系统仿真 (36)5.4 Proteus的简单使用 (37)6 设计总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录1 程序清单 (42)附录2 系统总图 (50)绪论1.1 直流电机调速系统的发展直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种: 第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。
基于DSP和FPGA的多轴步进电机驱动控制板卡
电子技术• Electronic Technology96 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】步进电机 伺服控制 FPGA DSP1 技术现状在多轴步进电机伺服控制领域，目前其硬件构架主要有五类：（1）MCU/DSP + 单步进电机驱动器；（2）MCU/DSP+三轴/六轴步进电机驱动器+单步进电机驱动器；（3）FPGA+单步进电机驱动器；（4）PLC+单步进电机驱动器；（5）DSP 与FPGA+单步进电机驱动器对于第一类，虽然能够同时实现简单的多轴步进电机的伺服控制，但对于复杂的伺服控制系统，如系统中需要接入惯性测量、双北斗定位定向和上位机等各种串行信号和开关信号下，硬件系统外部接口不足；对于第二类，除了存在第一类的外部接口不足问题外，还因为需要一个三轴/六轴步进电机驱动器作为中转，整个控制系统的实时性无法得到保障；对于第三类，在同时满足系统对外的接口能力和系统的解算和存储能力的情况下，对FPGA 的要求较高，使得硬件系统成本升高。
另外目前FPGA 对电机控制领域的支持不如MCU 或DSP 完善，使得采用纯FPGA 作为核心处理器的硬件系统的软件编程较为复杂；对于第四类，由于环境适应性问题，一般无法满足在军工和航空航天上的应用；对于第五类，DSP 和FPGA 的控制板卡和单步进电机驱动器，对于多步进电机伺服控制系统，系统硬件较为分散，硬件体积大，成本较高。
2 硬件技术方案基于DSP 和FPGA 的多轴步进电机驱动控制板卡硬件主要包括四个部分：电源部分、DSP 与FPGA 部分、接口电路部分和步进电机驱动部分。
如图1所示。
2.1 电源部分系统外部输入直流电源的电压范围为19V 到59V ，通过TRACO 公司的THN 15WI 系列的DC/DC 转换模块将电压转换为5V 。
5V 电压到3.3V 、1.9V 、1.2采用TI 的可调电压转换模块PTH05000WAH 。
基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇
基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计1本文介绍了基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计。
一、设计目标本次设计的目标是：设计一个可控制多路步进电机的系统，具备高效、可靠的控制方式，实现步进电机多通道运动控制的目标。
二、硬件选型1、主控芯片STM32本设计采用STM32作为主控芯片，STM32系列微控制器具有高性能、低功耗、高集成度、易于开发等优点，非常适合此类控制系统。
2、FPGA本设计采用FPGA作为数据处理和控制模块，FPGA具有可编程性和高速、低功耗的特点，在电机控制系统中有广泛的应用。
3、步进电机步进电机具有速度可调、定位精度高等特点，很适合一些高精度的位置控制系统。
4、电源模块电源模块负责为整个系统提供稳定的电源。
5、驱动模块驱动模块负责驱动步进电机，其控制原理为将电机的输入电流拆分为若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动。
三、系统设计1、STM32控制器设计STM32控制器是本系统的核心，其功能是读取FPGA发送的控制信号和控制步进电机的运动。
STM32控制器处理的信号主要包括方向信号、脉冲信号、微步子段等控制参数，将这些参数按照驱动模块的需求分发到各个驱动模块中，从而控制步进电机的运动。
2、FPGA模块设计FPGA模块是本系统的数据处理模块，其主要功能是接收STM32发送的指令，进行解码并且转化为步进电机的控制信号，以驱动步进电机的运动，同时FPGA模块还负责将电机的运动数据反馈回STM32，以保证整个系统的稳定运行。
3、驱动模块设计驱动模块是本系统的控制模块，其主要功能是将电机的输入电流拆分成若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动，从而实现对步进电机的控制。
四、系统流程1、系统初始化整个系统初始化主要包括STM32控制器的初始化、FPGA模块的初始化、各个驱动模块的初始化、电源模块的初始化，当系统初始化完成后，所有硬件设备均已经准备完成，可以开始正常的运行。
直流无刷电机的控制系统设计方案
直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。
与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。
基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。
比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。
1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。
外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。
当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。
近些年来，计算机和控制技术快速发展。
单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。
经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。
所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。
1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。
选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。
本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。
几种电机驱动的比较
智能车竞赛中直流电机调速系统的设计与比较王名发，江智军，邹会权 时间:2009年12月04日字 体:关键词:直流电机调速系统MC33886VNH3SP30BTS7960BDT340IIRF3205摘 要：针对大学生智能车竞赛中直流电机的驱动设计了6种方案,经过实验比较分析了各种方案的优缺点,最后确立了一套驱动能力强、体积小、性能稳定的驱动方法，可广泛应用于40 V以下的大功率直流电机驱动的场合。
关键词：直流电机;调速系统; MC33886; VNH3SP30; BTS7960B; DT340I; IRF3205目前大电流直流电机多采用达林顿管或MOS管搭制H桥PWM脉宽调制，因此体积较大；另一方面，由于分立器件的特性不同，使得驱动器的特性具有一定的离散性；此外，由于功率管的开关电阻比较大，因此功耗也很大，需要功率的散热片，这无疑进一步加大了驱动器的体积。
随着技术的迅猛发展，基于大功率MOS管的H桥驱动芯片逐渐显现出其不可替代的优势。
但目前能提供较大电流输出的集成芯片不是很多。
例如飞思卡尔半导体公司推出的全桥驱动芯片MC33886和33887、意法半导体公司推出的全桥驱动芯片VNH3SP30、英飞凌公司推出的高电流PN半桥驱动芯片BTS7960。
ST微电子公司推出的TD340驱动器芯片是一种用于直流电机的控制器件,可用于驱动N沟道MOSFET管。
本文在第三、四届大学生智能车大赛中分别尝试了上面提到的5块电机驱动芯片设计的驱动电路，通过现场调试发现它们的优缺点，确定了驱动能力强、性能稳定的驱动方案，并得到了很好的应用。
1 直流电机驱动原理目前直流电机的驱动方式主要有2种形式:线性驱动方式和开关驱动方式。
其中线性驱动方式可以看成一个数控电压源。
该驱动方式的优点是驱动电机的力矩纹波很小，可应用于对电机转速要求非常高的场合;缺点是该方式通常比较复杂，成本较高，尤其是要提高驱动的功率时，相应的电路成本将提升很多[1]。
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计学号：1008421057本科毕业论文（设计）(2014届)直流无刷电机控制系统的设计院系电子信息工程学院专业电子信息工程姓名胡杰指导教师陆俊峰陈兵兵高工助教2014年4月摘要无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。
现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。
自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。
现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。
本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。
关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机AbstractBrushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention.Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth.The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop.Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor目录摘要 (I)Abstract (III)目录 (IV)1 引言 01.1 研究背景及意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.3 设计任务与要求 (1)2 基本理论 (1)2.1 无刷直流电机的结构以及基本原理 (1)2.2 无刷直流电机的运行特性 (4)2.3 无刷直流电机的应用 (5)3 直流无刷直流电机控制系统的设计 (6)3.1 无刷直流电动机系统的组成部分 (6)3.2 无刷直流电机控制系统的设计 (8)4 直流无刷电机的电路设计 (9)4.1 开关电路的设计 (9)4.2 保护电路的设计 (9)4.3 驱动电路的设计 (10)4.4 反馈电路的设计 (10)4.5 电源电路的设计 (11)5 直流无刷电机控制系统的软件设计 (11)5.1 系统功能的实现 (12)5.2 软件流程图 (12)6 实物成果及展望 (13)致谢 (16)参考文献 (16)附录 (19)1 引言近年来随着微电子技术自动控制技术和新型永磁材料的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。
基于TMS320F28035的永磁同步电机矢量控制系统研究
基于TMS320F28035的永磁同步电机矢量控制系统研究赵森;李迪;王世勇【摘要】基于实现永磁同步电机伺服系统矢量控制,得到良好的系统动态响应的目的,采用以TMS320F28035为控制核心的全数字DSP速度控制方案,通过硬、软件设计、参数整定以及波形图分析,实验结果表明,该系统电流跟踪性能提升10％,稳态精度提升15％.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)024【总页数】4页(P120-123)【关键词】永磁同步电机;TMS320F28035;矢量控制系统;速度控制【作者】赵森;李迪;王世勇【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TN492永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、重量轻、结构多样、可靠性高等优点。
在数控机床、工业机器人等自动化领域得到了广泛的应用。
数字化交流伺服调速系统采用的是目前非常流行的矢量控制算法，即电压空间矢量脉宽调制[1](SVPWM)。
SVPWM的主要思想是：以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成脉宽调制（PWM）波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆[2]。
由于矢量控制算法对采集PMSM转子的电流、电压等参数的实时性要求很高，且计算量大，一般的微处理器很难达到要求。
因此，文中采用TI公司C2000系列高压数字电机开发套件，利用其DSP芯片TMS320F28035高速数据处理能力，使得整个电机控制系统具有控制精度高，实时性强的特点。
1 系统结构针对永磁同步电机高阶、多变量、非线性、强耦合的控制特点，如何有效解耦进而实现直流电机般的转矩控制方式，一直以来都是主要的研究热点。
永磁同步电机的转子机械位置和磁通位置的一致性，决定了其实现矢量控制方面的优越性。
基于DSP的直流电机控制系统设计本科毕业论文
基于D S P的直流电机控制系统设计摘要：直流电机由于励磁磁场和电枢磁场完全解耦,可以独立控制,因此具备良好的调速性能,出力大、调速范围宽和易于控制,广泛应用于电力拖动系统中;而随着对电机控制要求的不断提高,普通的单片机越来越不能满足对电机控制的要求,DSP技术的发展正好为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持;本设计采用美国TI公司专门为电机数字化控制设计的16位定点DSP 控制器TMS320LF2407作为微控制器;该芯片集DSP信号高速处理能力及适用于电机控制优化的外围电路于一体,可以为高性能传动控制技术提供可靠高效的信号处理与控制硬件;电机的控制系统是由检测装置、主控制器、功率驱动器以及上位机组成,其中DSP控制器是电机控制系统的关键部分,负责对电机的反馈信号进行处理并输出控制信号来控制电机的转动;关键词：直流电机； DSP； PID控制器； PWMThe Design of DC Motor Control System Based on DSP Abstract：The DC motor armature magnetic field and the excitation completely decoupled, it can be independently controlled, so it has a good speed performance, contribute to a large power, widely speed range, and easy to control, so it is widely used in electric drive systems. With the motor control required for continuous improvement, common single MCU can't meet requirements of the motor control well, DSP technology just for the advanced control theory and complex control algorithm implementation provides a strong support.This design uses the American TI company specially for motor control design of digital 16 fixed-point DSP controller TMS320LF2407 as the controller. The chip set DSP signal the high processing capacity and used in motor control optimization the periphery of the circuit in a body, high performance driving control technology to provide reliable and efficient signal processing and control hardware. Motor control system is composed of detection devices, the main controller, power driver and PC componen ts, whichDSP controller is a key part of the motor control system , responsible for the motor feedback signal processing and output control sig n al to control the rotation of the motor.Keywords：DC motor, DSP, PID controller, PWM目录第1章绪论课题概述课题研究的背景电气传动是以电动机的转矩和转速为控制对象,按生产机械工艺要求进行电动机转速控制的自动化系统;根据电动机的不同,工程上通常把电气传动分为直流电气传动和交流电气传动两大类;纵观电气传动的发展过程,交流与直流两大电气传动并存于各个时期的各大工业领域内,虽然它们所处的地位和作用不同,但它们始终随着工业技术而发展的;特别是随着电力电子技术和微电子学的发展,在相互竞争中完善着自身,发生着变更;由于直流电机具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,因此在工业场合应用广泛;近代,随着生产技术的发展,对电气传动在起制动、正反转以及调速能力、静态特性和动态响应方面都提出了更高的要求,所以计算机控制电力拖动控制系统已成为计算机应用的一个重要内容;直流调速系统在工农业生产中有着更为广泛的应用;随着计算机技术和电力电子技术的飞速发展,两者的有机结合使电力拖动控制技术产生了新的变化;电力电子技术、计算机技术和直流拖动技术的组合是技术领域的交叉,具有广泛的应用前景;有不少的研究者己经在用DSP作为控制器进行研究;直流调速控制系统的控制方法经历了机械式的、双机组式的、分立元件电路式的、集成电路式的、单片机式的发展过程;随着数字信号处理器DSP的出现,给直流调速控制提供了新的手段和方法;将计算机技术的最新发展成果运用在直流调速系统中,在经典控制的基础之上探讨一种新的控制方法,为计算机技术在电力拖动控制系统中的应用做些研究性的工作;用计算机技术实现直流调速控制系统,计算机的选型很多;经过选择,选取DSP芯片作为控制器;直流调速系统的内容十分丰富,有开环控制系统,有闭环控制系统；有单闭环控制系统,有双闭环控制系统和多闭环控制系统；有可逆调速系统,有不可逆调速系统等9;开展本课题研究的控制对象是闭环直流调速系统；研究的目的是利用计算机硬件和软件发展的最新成果,对控制系统升级进行研究；研究工作是在对控制对象全面回顾总结的基础上,重点对控制部分展开研究,它包括对实现控制所需要的硬件和软件环境的探讨,控制策略和控制算法的探讨等内容;目前,对于控制对象的研究和讨论很多,有比较成熟的理论,但实现控制的方法和手段随着技术的发展,特别是计算机技术的发展,不断地进行技术升级;这个过程经历了从分立元件控制,集成电路控制和单片计算机控制等过程;每一次的技术升级都是控制系统的性能有较大地提高和改进;随着新的控制芯片的出现,给技术升级提供了新的可能;电机控制是DSP应用的主要领域,随着社会的发展以及对电机控制要求的日益提高,DSP将在电机控制领域中发挥越来越重要的作用;课题研究的目的及意义长期以来,直流电机一直占据着速度控制和位置控制的统治地位;由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高质高效的平滑运转的特性,尽管近年来不断受到其它电动机的挑战,但到目前为止,就其性能来说仍无其它电动机可比;在控制系统的构成上,本课题对硬件电路进行了设计,而这个硬件系统具有一定的通用性,也即可以将它作为一个硬件平台,在其它过程控制中应用;另外,由DSP的特点量身订做,可以在其它的控制系统中根据不同的要求进行外围电路的设计,进而来构成硬件系统,这样既便于设计思想的物化,又使得设计系统更加紧凑,不浪费资源;本直流电机控制系统采用经典的数字增量式PID控制算法,在本文中对数字增量式PID控制的理论、设计和实现进行了较为详细的论述; 课题研究的现状近些年来,随着现代电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展,电机的应用技术也得到了进一步的发展,新产品、新技术层出不穷;除了人们己经熟悉的普通电机外,许多不同用途的特种电机也不断问世,如广泛应用于办公设备的无刷直流电机和高精度的步进电机、用于照相机的超声波电机、用于心脏血液循环系统的微型电机等等;另一方面,由于应用了电力电子技术,电机的控制技术变得更加灵活,效率也更高,如变频器控制的异步电机及伺服系统即是典型的例子1;在实际中,电机应用已由过去简单的起停控制、提供动力为目的应用,上升到对其速度、位置、转矩等进行精确的控制,使被驱动的机械运动符合预想的要求;例如在工业自动化、办公室自动化和家庭住宅自动化方面使用大量的电机,几乎都采用功率器件进行控制,将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动;这种新型控制技术己经不是传统的“电机控制”或“电气传动”而是“运动控制”;运动控制使被控机械实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制,以及这些被控机械量的综合控制;因此现代电机控制技术离不开功率器件和电机控制器的发展5;电机的控制器经历了从模拟控制器到数字控制器的发展;由于模拟器件的一些参数受外界因素影响较大,并且它的精度也差;所有这些都使得模拟控制器的可重复性比较差,控制效果不理想,因此调速电机的控制器逐渐朝数字化方向发展;数字控制器与模拟控制器相比较,具有可靠性高、参数调整方便、更改控制策略灵活、控制精度高、对环境因素不敏感等优点;随着现有的工业电气传动、自动控制和家电领域对电机控制产品需求的增加用户也不断提高对电机控制技术的要求5;总是希望能在驱动系统中集成更多的功能,达到更高的性能;许多设备试图使用8位或是准16位的微处理器实现电机的闭环控制,然而它们的内部体系结构和计算功能都阻碍了这一要求的实现;例如,在很多领域如工业、家电和汽车,用户希望使用效率高且去掉霍尔效应传感器的电机;这种电机的控制可以通过使用先进的电机控制理论、采用高效的控制算法来实现;但是这可能超出上述微处理器的计算能力;使用高性能的数字信号处理器DSP来解决电机控制器不断增加的计算量和速度需求是目前较为普遍的做法;将一系列外围设备如模数转换器A/D、脉宽调制发生器PWM和数字信号处理器DSP集成在一起,就获得一个既功能强大又非常经济的电机控制专用的DSP芯片;近年来,各种集成化的一单片DSP的性能得到很大的改善,软件和开发工具越来越多,越来越好,价格却大幅度降低;低端产品的价格已接近单片机的价格水平,但却比单片机具有更高的性能价格比;越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品性能,DSP器件取代高档单片机的时机己成熟13;首先,与单片机相比,DSP器件具有较高的集成度;DSP具有更快的CPU,更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器,提供高速、同步串口和标准异步串口;有的片内集成了A/D和采样/保持电路,可提供PWM输出;更为不同的是,DSP器件为精简指令器件,大多数指令都能在一个周期内完成,并且通过并行处理技术,使一个指令周期内可完成多条指令;同时DSP采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数据;又配有内置高速硬件乘法器、多级流水线,使DSP 器件具有高速的数据计算能力;而单片机为复杂指令系统计算机CISC,多数指令要2-3个指令周期来完成;单片机采用冯.诺依曼结构,程序和数据在同一空间存取,同一时刻只能单独访问指令和数据、ALU只能做加法,乘法需要由软件来实现,因此占用较多的指令周期,也就是说速度比较慢;所以,结构上的差异使DSP器件比准16位单片机单指令执行时间快8-10倍,完成一次乘法运算快16-30倍;DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提供了FFT快速傅立叶变换和滤波器的运算;此外,DSP器件提供了JTAG Joint Test Action Group接口,具有更先进的开发手段,批量生产测试更方便;其次,基于DSP芯片制造的电机控制器可以降低对传感器等外围器件的要求;通过复杂的算法达到同样的控制性能,降低成本,可靠性高,有利于专利技术的保密;现在各大DSP生产厂家都推出自己的内嵌式DSP电机控制专用集成电路;如占DSP市场份额45%的美国德州仪器公司,凭借自己的实力,推出了电机控制器专用DSP--TMS320C24x;新的TMS320C24x DSP采用TI公司TMS320C2xLP16位定点DSP核,并集成了一个电机事件管理器,后者的特点是可以最佳方式实现对电机的控制;该器件利用TI的可重用DSP核心技术,显示出TI的特殊能力一通过在单一芯片上集成一个DSP和混合信号外设件,制造出面向各种应用的DSP方案;TMS320C24x作为第一个数字电机控制器的专用DSP系列,可支持用于电机控制的指令产生、控制算法处理、数据交流和系统监控等功能;集成的DSP核、最佳化电机控制器事件管理器和单片式A/D设计等诸多功能块加在一起,就可以提供一个单芯片式数字电机控制方案;系列中的TMS320LF2407包括一个30MIPSDSP核、两个事件管理器、32位的中央算术逻辑单元、多达16通道的IO位A/D转换器、64K的I/0空间和一个32K字的闪速存储器,它利用TMS320的定点DSP软件开发工具和JTAG仿真支持,可使电机控制领域的研发人员方便地调试控制器和脱机使用;第三,DSP运算速度快,控制策略中可以使用先进的实时算法,如自适应控制、卡尔曼滤波、状态预估等,大大提高控制系统的品质;而且DSP 控制软件可用C语言或汇编语言编写或者二者嵌套使用;因此采用DSP 芯片制造的电机控制器便于用户的调试和应用;最后,在越来越多的场合,如电动汽车、纺织行业、水泵变频调速系统等,他们往往是规模比较大,时序、组合逻辑都很复杂的情况,这时如果同时运用DSP芯片和一些其它的可编程逻辑器件可以大大减小系统的体积、提高系统运算能力,实现复杂的实时控制;课题研究的内容本文主要研究基于DSP的直流电机控制系统,通过控制算法和调速方法的分析,利用电机调速、DSP芯片控制、上位机通信、按键模块等的基本原理及相关知识,实现对电机的速度控制;整个系统的基本思想就是利用DSP内部资源产生可控制的脉冲控制整流电压,改变串入主回路中的直流电动机的电磁转矩,实现电动机的转速调节;研究内容包括如下：1电机控制系统功能实现的分析；2控制算法与调速方法的分析与设计；3电机驱动、电源模块、按键模块、测速、显示模块的硬件设计与实现；4系统主程序、按键扫描、控制算法、测速、电机速度控制等程序的分析、设计与实现；5电机控制系统整机测试与实现；第2章系统总体设计系统的组成由图2-1可知,该设计包含DSP控制单元、功率驱动单元、检测单元、显示单元、通信单元五个部分;DSP控制单元：对来自上位机的给定信号和来自传感器的反馈信号按一定的算法进行处理,输出相应的PWM波,经过光电隔离部分,送给功率驱动单元；功率驱动单元：对来自DSP控制器的PWM信号进行功率放大后送给直流电动机的电枢两端,驱动电机与负载；速度检测单元：采集电机的速度信息,并送给主控制器；显示单元：将采集到的电机转速信息予以显示；通信单元：负责主控制器与上位机及外设的信息交换;图2-1 系统总体框图2. 2 DSP芯片选择直流电机的调速控制系统一般采用电机专用微处理器,其种类主要包括复杂指令集CISC处理器如工NTEL196MX系列单片微控制器,精简指令集RISC如日立公司SH704x系列单片微控制器,哈佛结构DSP处理器如TI公司T145320F24X系列DSP;一般用于直流电机控制的徽处理器性能要满足以下几个方面：1指令执行速度；2片上程序存储器、数据存储器的容量及程序存储器的类型；3乘除法、积和运算和坐标变换、向量计算等控制计算功能；4中断功能和中断通道的数目；5用于PWM生成硬件单元和可实现的调制范围以及死区调节单元；6用于输入模拟信号的A/D转换器；7价格及开发环境;DSP一般采用哈佛或者改进的哈佛结构,程序空间和数据空间分离,程序的数据总线和地址总线分离,数据的数据总线和地址总线分离;这种结构允许同时访问程序指令和数据,在同一机器周期里完成读和写,并行支持在单机器时钟内同时执行算术、逻辑和位处理操作,极大地提高了执行速度,并且电机控制专用DSP具备丰富的设备和接口资源;TI公司的TMS320系列DSP芯片是目前最有影响、最为成功的数字信号处理器,其产品销量一直处于国际领先地位,是公认的世界DSP霸主;本论文选择了TI公司的TMS320LF2407DSP作为直流电机控制系统的微处理器;TMS320LF2407 DSP 控制器介绍TMS320LF2407 DSP是专为数字电机控制和其它控制系统而设计的;是当前集成度最高、性能最强的运动控制芯片;不但有高性能的C2XX CPU 内核,配置有高速数字信号处理的结构,且有控制电机的外设;它将数字信号处理的高速运算功能,与面向电机的强大控制功能结合在一起,成为传统的多微处理器单元和多片系统的理想替代品12;TMS320LF2407的片内外设模块包括：事件管理模块EV、数字输入/输出模块I/O、模数转换模块ADC、串行外设模块SPI、串行通信模块SCI、局域网控制器模块CAN;1事件管理器EVA和EVBTMS320LF2407提供两个事件管理器EVA和EVB模块,每个模块包含两个通用GP定时器、3个全比较/PWM单元、3个捕获单元和一个正交编码脉冲电路;事件管理器位用户提供了众多的功能和特点,在运动控制和电机控制中特别有用;通用定时器：LF2407共有4个通用定时器,每个定时器包括：一个16位的定时器增/减计数的计数器TxCNT；一个16位的定时器比较寄存器TxCMPR；一个16位的定时器周期寄存器TxPR；一个16位的定时器控制寄存器TxCON；可选择的内部或外部输入时钟;各个GP定时器之间可以彼此独立工作或相互同步工作;与其有关的比较寄存器可用作比较功能或PWM波形发生;每个GP定时器的内部或外部的输入时钟都可进行可编程的预定标,它还向事件管理器的子模块提供时毕;每个通用定时器有4种可选择的操作模式：停止/保持模式、连续增计数模式、定向增/减计数模式、逢续增/减计数模式;当计数器值和比较寄存器值相等时,比较匹配发生,从而在定时器的PWM输出引脚TxPWM/TxCMP上产生CMP/PWM 脉冲,可设置控制寄存器GPTCON中的相应位,选择下溢、比较匹配或周期匹配时自动启动片内A/D转换器;比较单元：LF2407有6个比较单元,每个EV模块有3个;每个比较单元又有两个相关的PWM输出,比较单元的时基由通用定时器1 EVA模块和通用定时器3 EVB模块提供;每个比较单元和通用定时器1或通用定时器3,死区单元及输出逻辑可在两个特定的器件引脚上产生一对具有可编程死区以及输出极性可控的PWM输出;在每个EV模块中有6个这种与比较单元相关的PWM输出引脚,这6个特定的PWM输出引脚可用于控制三相交流感应电机和直流无刷电机;由比较方式控制寄存器所控制的多种输出方式能轻易地控制应用广泛的开关磁阻电机和同步磁阻电机;捕获单元：捕获单元被用于高速I/O的自动管理器,它监视输入引脚上信号的变化,记录输入事件发生时的计数器值,即记录下所发生事件的时刻;该部件的工作由内部定时器同步,不用CPU干预;LF2407共有6个捕获单元,CAP1,CAP2,CAP3可选择通用定时器1或2作为它们的时基,但CAP1和CAP2一定要选择相同的定时器作为它们的时基;CAP4,CAP5,CAP6可选择通用定时器3或4作为它们的时基,同样CAP4和CAP5也一定要选择相同的定时器作为它们的时基;每个单元各有一个两级的FIFO缓冲堆栈;当捕获发生时,相应的中断标志被置位,并向CPU发中断请求；若中断标志己被置位,捕获单元还将启动片内A/D转换器;正交编码脉冲QEP单元：常用的位置反馈检测元件为光电编码器或光栅尺,它直接将电机角度和位移的模拟信号转换为数字信号,其输出一般有相位差为90°的A、B两路信号和同步脉冲信号C;A、B两路脉冲可直接作为LF2407的CAP1/QEP1和CAP2/QEP2引脚的输入;正交编码脉冲电路的时基由通用定时器2或通用定时器4提供,但通用定时器必须设置成定向增/减计数模式,并以正交编码脉冲电路作为时钟源;2数字输入/输出模块I/ODSP器件的数子输入/输出引脚均为功能复用引脚;即这些引脚既可作为通用I/O功能双向数据输入/输出引脚,也可作特殊功能PWM输出、捕获输入、串行输入输出等引脚;数子I/O模块负责对这些引脚进行控制和设置;两种功能的选择由I/O复用控制寄存器MCRx,x=A,B,C来控制;当引脚作为通用I/O时,由数据和方向控制寄存器PxDATDIR,x=A,B,C,D,E,F指出各I/O引脚的数据方向输入还是输出和当前引脚对应的电平高或低;读通用I/O引脚的电平或向引脚输出电平,实际上是对相应的寄存器PxDATDIR进行读写操作;3模数转换器ADC模块在自动控制系统中,被控制或被检测的对象,如温度、压力、流量、速度等都是连续变化的物理量,通过适当的传感器如温度传感器、压力传感器、光电传感器等将他们转换为连续变化的电压或电流即模拟量;模数转换器ADC就是用来讲这些模拟电压或电流转换成计算机能够识别的数字量的模块;TMS320LF2407期间内部有一个10为的模数转换器ADC;该模块能够对16个模拟输入信号进行采样/保持和A/D转换,通道的转换顺序可以编程选择;4串行通信接口SCI模块2407器件的串行通信接口SCI模块是一个标准的通信异步接收/发送UART可编程串行通信接口;SCI支持CPU与其他异步串口采用标准不返回零NRZ模块进行异步串行数字通信;SCI有空闲线和地址位两种多处理器通信方式；两个输入/输出引脚：SCIRXDSCI接收数据引脚和SCITXDSCI发送数据引脚；SCI通过一个16位的波特率选择寄存器,可编程选择64K种不同速率的波特率;SCI支持半双工和全双工操作,发送器和接收器的操作可以通过中断或转换状态标志来完成;5串行外设接口SPI模块串行外设接口SPI模块是一个高速同步串行输入/输出I/O口,它能使可编程长度1—16位的串行位流以可编程的位传输速率输入或输出器件;SPI可作为一种串行总线标准,以同步方式实现两个设备之间的信息交换,即两个设备在同一时钟下工作;SPI通常用于DSP控制器与外部设备或其他控制器之间的通信,用SPI可以构成多机通信系统,SPI还可以作为移位寄存器、显示驱动器和模数转换器ADC等器件的外设扩展口;6CAN控制器模块LF24xx系列DSP控制器作为第一个具有片上CAN控制模块的DSP芯片,给用户提供一个设计分布式或网络化运动控制系统的无限可能;CAN总线是一种多主总线,通信介质可以是绞线、同轴电缆或光导纤维,通信速率可达1 Mbps,通信距离可达10km;CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码,使网络内的节点个数在理论上不受限制;由于CAN 总线具有较强的纠错能力,支持差分收发,因而适合高干扰环境,并具有较远的传输距离;2407的CAN控制器模块是一个16位的外设模块,支持CAN2. 0B协议;CAN模块有6个邮箱MBOX0—MBOX5；有用于0,1,2和3号的邮箱的本地屏蔽寄存器和15个控制/状态寄存器;CAN模块既有可编程的位速率、中断方式和CAN总线唤醒功能；自动回复远程请求；自动再发送功能在发送时出错或仲裁是丢失数据的情况下；总线出错诊断和自测模式; 硬件方案论证测速传感器的选择方案一：使用测速发电机,输出电动势E和转速n成线性关系,即E=kn,其中k是常数;改变旋转方向时,输出电动势的极性即相应改变;方案二：采用霍尔传感器,霍尔元件是磁敏元件,在被测的旋转体上装一磁体,旋转时,每当磁体经过霍尔元件,霍尔元件就发出一个信号,经放大整形得到脉冲信号,送运算;方案三：在电机的转轴上套一码盘,利用光电对管测脉冲,每转一圈OUT端输出若干个脉冲;本设计中码盘每转一圈,输出4个脉冲经比较,方案一中的测速放电机安装不如方案二中霍尔元件安装方便,并且准确率也没方案二的高,并且方案二不需A/D转换,直接可以被DSP接收;但方案二的霍尔传感器的采购不是很方便,故采用方案三,它具有方案二的几乎所有的优点;方案三中可以采用定时的方法：是通过定时器记录脉冲的周期T,这样每分钟的转速：M=60/4T=15/T;0也可以采用。
选择最适合的电机控制方案：MCU、DSP还是FPGA？
选择最适合的电机控制方案：MCU、DSP还是FPGA？不同应用对电机控制器的要求有很大的区别。
目前市场上的控制器/驱动器解决方案各有千秋，包括了针对特定简单应用的标准控制器/驱动器、以及采用外部缓冲栅极驱动器和功率级的M CU、DS P和F PG A。
M CU是目前市场主流的电机控制方案，适用于高、中、低端电机控制。
通过内部集成的电机控制模块，可简化客户对于电机控制的开发；而相对于D S P较强的控制功能，能更好地实现电机的伺服控制和保护功能。
此外在32位处理器，通过提高运算处理速度，也可以很好地实现空间矢量、磁场定位和PD闭环调节的复杂控制。
对于小型B LD C冷却风扇等简单的低功耗电机控制应用来说，专用标准电机控制I C可以实现低成本。
但对要求苛刻的应用来说，就更适合使用D S P、M CU和F PG A，因为可以增加其他系统管理功能，例如监测电机参数和状态，以及与主机系统的通信等。
“不过，D SP、M CU和F PG A需要外部栅级驱动器和功率器件。
”D io d e s全球策略市场经理K h ag e n dr a T h ap a表示。
“目前，8位M C U主要用于低成本，低性能场合，16位、32位D S P/M CU则用于中/高性能场合。
其中D S C的性价比是比较高的。
”飞思卡尔微控制器事业部高级系统工程师C h arl i e W u指出，“FPG A主要用于与DS C/M C U配合产生特殊的PW M信号，它主要用于大功率应用场合。
”“关于电机控制方案，D S P、M C U和FPG A各有其优特点。
D S P 因为数据处理能力强、运算速度快，适用于高端复杂的电机系统控制，如实现交流感应电机的空间矢量控制算法、无传感器的空间定位等，但它依赖于软件算法的成熟度和稳定性，对开发者的要求比较高。
此外因为内核电压及接口电平主要是 3.3V或者1.8V，对电机驱动器需要相关电平的驱动电路支持。
电机控制核心芯片国产化调研与分析
电机控制核心芯片国产化调研与分析摘要:系统芯片主要依赖于进口来满足国内生产需求，本文通过对国内市场的调查和分析，并对我国国内的电机控制芯片的种类、性能、经济成本等问题进行调查和分析，为我国国产芯片提供一些宝贵的数据参考。
关键词:电机;控制系统;芯片;国产化替代引言：电动机在电力、电子、信息、软件等各方面都有广泛的应用，它是工业控制中的一个关键技术，它直接影响着工业和民用系统的可持续发展。
作为全球主要的电力设备制造商和用户，国内的 CPU、 DSP、 FPGA、存储器、通信芯片等主要芯片都是从国外采购的，而相关的软件则是从国外采购的，如果受到限制，必然会影响到各自的产业。
在我们国家，已经建立起了一条比较完善的产业链，拥有着非常广泛的市场，从长远来看，对我们国家的发展，尤其是对我们国家的自主发展，以及对我们国家的人才的培养，都是非常不利的。
在国家主导和市场经济的驱动下，我国半导体与 IC芯片领域的相关研究已初见成效。
目前，国内许多科研单位、高校和高新技术企业都在 IC芯片的设计与制造方面取得了一定的突破，产品的品种和性能已可以应用于各个行业。
1、国内集成电路行业的发展现状中国在半导体设计与开发方面的起步并不算太迟。
上海冶金研究所与上海器件五厂在1965年九月联合开发出了国内首片集成电路，这一成果落后于美国七年，与日本、韩国相比，提前十年。
70年代以后，英特尔4004成为了大规模集成电路的主要代表。
但是，由于受到政治、经济、技术封锁等因素的制约，我国半导体工业发展缓慢，与美国、日本等发达国家相比，差距甚大。
但由于政府扶持力度的减弱以及缺乏相关的科学研究项目的支撑，半导体工业的发展始终没有实现实质性的突破，在芯片设计方面，中国航天科技集团、中国电子科技等科研单位、国防科技大学、复旦大学、龙芯、申威、兆易创新、国微电子等企业相继推出了国内的 IC芯片；中芯国际、上海华虹、华润微电子、合肥长鑫等公司，在芯片生产、生产、加工等领域都有相当的优势[2]。
四线步进电机的驱动芯片
四线步进电机的驱动芯片1.引言1.1 概述四线步进电机是一种常见的电动机类型，具有广泛的应用领域。
它通过电流变化控制转子的位置，使得电机可以精确地进行步进运动。
相比其他类型的电机，四线步进电机具有结构简单、体积小、重量轻、响应速度快等特点，因此在自动控制系统、机械设备等方面得到了广泛应用。
在四线步进电机中，驱动芯片起着至关重要的作用。
驱动芯片是将控制信号转换为电流输出的关键部件，它能够提供适当的电流给步进电机，使其产生稳定的运动。
驱动芯片的性能和质量直接影响着整个步进电机系统的运行效果和稳定性。
随着科技的进步和需求的不断增加，驱动芯片在四线步进电机中的重要性也越来越凸显。
一方面，不断提高的需求使得对步进电机的精度和稳定性要求越来越高，这就对驱动芯片的性能提出了更高的要求，需要能够提供更加精确、稳定的控制信号。
另一方面，自动化技术的不断发展也推动了驱动芯片的创新和进步，使其能够更好地适应不同类型步进电机的控制需求。
未来，随着四线步进电机在机器人、自动化设备、医疗器械等领域的广泛应用，驱动芯片将继续发挥重要作用。
预计驱动芯片将朝着更高的集成度、更低的功耗和更高的精度方向发展。
同时，随着人工智能、物联网等技术的不断推进，驱动芯片可能会融入更多的智能化特性，提供更多样化、灵活性更强的控制方式，以满足不同领域对于步进电机驱动的需求。
总的来说，四线步进电机的驱动芯片在整个步进电机系统中具有重要的地位和作用。
其性能的提升和创新将不断促进步进电机的发展和应用，并推动自动化技术的进一步进步。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行叙述和讨论：第一部分是引言部分，首先对四线步进电机的驱动芯片进行一个简单的概述，介绍其基本工作原理和主要特点。
然后对整篇文章的结构进行说明，包括各部分的内容和组织方式。
最后明确论文的目的，即探讨驱动芯片在四线步进电机中的重要性和未来的发展方向。
第二部分是正文部分，主要分为两个小节。
基于STM32的音圈电机控制系统设计
《工业控制计算机》2021年第34卷第6期121基于STM32的音圈电机控制系统设计Design of Voice Coil MoPor CosProl SysPem Based on STM32孙俊哲周磊符慧敏万其（南京工程学院自动化学院，江苏南京211167）摘要:作为一款直线电机，音圈电机具有高频响、高精度等特性，能满足高速、高精度定位系统性能的需求。
设计了基于STM32微处理器为控制核心的音圈电机控制系统，利用高开关频率的PWM大幅减小电机运行时的振动、噪音和发热，提高电机精度；对电机的电流反馈系统和速度反馈系统进行控制；加入CAN总线通讯接口，使控制器能够接入分布式控制系统中，能够运用在更多控制场合，拥有更广阔的应用前景遥关键词：STM32曰音圈电机；PWM；PI控制Abstract:As a linear motor,voice coil motor has the characteristics of high frequency ynd high precision,which can meet the requirements of high speed and high precision positioning system performance.In this paper,a voice coil motor control system based on STM32is designed.The high s witching frequency PWM is used to greatly reduce the vibration,noise and heat of the motor during operation and improve the accuracy of the motor.Multi-loop control of current loop and speed loop is realized.Adding CAN bus communication interface,so that the controller can be connected to the distributed control system and used in more control occasions,making it have the broaderpplication prospect.Keywords:VTM32,voice coil motor,PWM,PI control音圈电机是一种特殊形式的直接驱动电机，具有结构简单、体积小、高速、高加速和响应快等特性［1］遥音圈电机直接产生推力，不用考虑中间环节的传递效率、损耗等问题，简化了驱动方式，拥有较高的可靠性和工作效率,并且运动形式可以为直线或者圆弧，故而被广泛地应用于精密定位系统中。
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第11卷第1期沙洲职业工学院学报V ol. 11, No.1 2008年3月 Journal of Shazhou Professional Institute of Technology Mar. , 2008电机控制系统核心芯片的比较汤晓燕（沙洲职业工学院，江苏张家港 215600）摘要：介绍了高性能电机控制策略的发展趋势，针对电机控制策略的要求，对IRMCF341控制系统、TMS320LF2407控制系统、dSPASE控制系统等三种CPU类型的高性能电机控制系统分别介绍并进行了对比，为电机控制系统的设计提供了参考。
关键词：电机控制系统；CPU；高性能中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1009－8429(2008)01－0008－04Comparison on the Core Chips for the Motor Control SystemTANG Xiao-yan( Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, China )Abstract: The paper outlines the developing trend of the motor control system with high performance. Based on the request of motor control strategy, the paper makes a respective introduction and contrast of the motor control systems with high performance of the three different types of CPU (IRMCF341 control system, TMS320LF2407 control system, dSPASE control system), which provides the reference for designing the motor control system. Key words: motor control system; CPU; high performance0 概述电机作为电能与机械能的能量转换装置，在工业、农业、交通运输以及日常生活中都发挥着重要作用。
其中感应电动机以其结构简单、维护简便、成本低廉及可以在条件恶劣的环境下工作等一系列优点，尤其受到人们的青睐。
在对调速性能要求低的场合（如风机、水泵等），人们通常采用基于感应电动机稳态模型的控制方法；而在对调速要求较高的场合，仍采用直流电动机。
随着电力电子器件、微处理器等的飞速发展，可以实现一些基于感应电动机动态模型的控制算法，而矢量控制的出现使感应电动机的控制性能可以达到同直流电机的控制性能相媲美的程度。
随着控制理论的不断发展和硬件条件的不断成熟，感应电动机的控制正在向高性能、控制策略复杂的方向发展。
1 高性能感应电动机的控制策略1.1 矢量控制矢量控制是目前感应电机高性能控制的主要方法，其基本思想是通过空间矢量坐标变换及磁场定向的方法，将感应电机模型转换成类似于直流电机的等效模型来进行控制。
根据选择用于定向的参考矢量的不同，矢量控制可以分为按转子磁场定向和按定子磁场定向的矢量控制。
而根据坐标变换中参考矢量的不同选取方式，矢量控制又可以分为间接矢量控制和直接矢量控制。
矢量控制本质上是一种稳态解耦控制。
1.2 直接转矩控制直接转矩控制是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转矩进行直接控制。
直接转矩控制所用的磁场定向是定子磁链，借助于离散的两点式调节（Bang-Bang控制）产生PWM信号，直收稿日期：2007-12-30作者简介：汤晓燕（1971-），女，沙洲职业工学院电子信息工程系副教授，硕士。
汤晓燕：电机控制系统核心芯片的比较接对逆变器的开关状态进行控制，以获得转矩的高动态性能。
1.3 智能控制智能控制是通过模拟人脑的思维来实现对目标对象的控制，包括专家系统、模糊逻辑、神经网络等。
基于布尔代数的专家系统运用的是精确的计算，而模糊逻辑和神经网络运用的则是近似和模糊的计算。
智能控制系统的特点在于系统具有自适应、自组织及自学习的能力。
感应电机的智能控制方法主要表现以矢量控制、直接转矩控制等结构为主体，采用智能控制方法与它们有机结合，以提高控制系统的自适应性或鲁棒性，从而提升控制系统的综合性能。
2 面向高性能感应电动机的控制系统高性能感应电动机需要精确的控制，控制系统的CPU应有强大的计算能力、足够的存储空间、高分辨率的A/D转换、内置定时/计数器、数字I/O接口、带死区的PWM输出、较强的抗干扰能力，较高的性价比等特点。
2.1 IRMCF341控制系统IRMCF341是将高性能电机控制集成电路和通用微处理器8051集成在一起的高效芯片，优点是将电机控制电路的弱电部分和单片机集成在一起，中间有一个双向寄存器实现通讯，从而加快了电机的控制速度，简化了控制电路，提高了可靠性。
IRMCF341有2K的RAM、包括8051外围端口和电机控制外围端口。
8051外围端口：不小于4.166MHz 的晶振接口、3个并行I/O接口、8位精度可调的模拟输出端。
电机控制外围端口：6个PWM输出端、保护监测端、7个12位精度的模拟信号输入端、电源接口、5个测试端口。
IRMCF341芯片有JTAG编程调试口，方便和MATLAB的无缝连接，提高调试效率。
所有电机的控制部分数据都通过同步通讯总线存储到寄存器中。
控制部分有已经编制好的频率控制模块、磁通控制模块、矢量变换模块、函数计算模块、数学计算模块、外围运行模块，便于开发人员设计控制软件。
2.2 TMS320LF2407控制系统DSP保持了微处理器自成系统的特点，又有优于通用微处理器对数字信号处理的运算能力。
DSP为了完成实时信号的实时处理，采用了改进型哈佛结构，程序和数据存储器相隔离，双独立总线；在确保运算速度的前提下，提供了程序总线与数据总线间的总线数据交换器，以提高系统的灵活性。
DSP中专门设置了乘法累加器结构，从硬件上实现了乘法器与累加器的并行工作，可在单指令周期内完成一次乘法。
DSP采用了功能强大的复合指令，其单句运行的结果相当于通用微处理器的多条指令。
DSP的精度高、可靠性好，其先进的品质与性能可为电机控制提供高效可靠的平台。
TMS320LF2407是TI公司的16位电机控制用DSP，指令执行速度40MIPS、指令周期25ns，2.5K 片内RAM、32K的内存，2个事件管理器模块（2个16位定时器、2个16位PWM通道、2个正交编码脉冲电路接口、2个捕获通道），2个10位A/D通道，1个数字I/O端、40个复用I/O端，1个串行通讯接口、1个串行外设接口，CAN总线接口，5个外部中断，JTAG仿真接口。
DSP芯片相对于一般的微处理器有实时性的独特优势，可以实现用软件取代模拟器进行高性能控制。
DSP 技术的发展正好为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有利的支持。
因此，以TMS320LF2407为核心设计数字电机控制系统在目前是系统最小、实时性最强、性能最优的一种方案。
2.3 dSPASE控制系统dSPASE实时仿真系统是由德国dSPASE公司开发的一套基于MATLAB的控制系统在实时环境下的开发与测试工作平台，实现了同MATLAB的无缝连接。
dSPASE实时仿真系统由硬件和软件两部分构成，9汤晓燕：电机控制系统核心芯片的比较硬件具有高速计算能力，软件可方便地实现代码生成、下载和调试等工作。
dSPASE实时仿真系统可集成完成从一个产品的设计到数学分析和仿真，从实时仿真实验到实验结果的监控。
图1 TMS320LF2407体系结构图图2 TMS320LF2407控制系统dSPASE实时仿真系统的组合性强，过渡性和快速性好，性价比高，实时性好，可靠性高。
基于上述优点，使得控制系统的开发、仿真测试变得更加方便，也使得电机控制算法及仿真测试方案的研究进入了新的阶段。
10汤晓燕：电机控制系统核心芯片的比较11 dSPASE 为控制系统的开发提供了一套工具包，可以完成从系统建模、分析、离线仿真到实时仿真的全过程。
电机控制系统的研究一般有以下几个步骤：（1）建立基于MATLAB 的电机控制系统模型；（2）用MATLAB 对控制方案进行离线仿真；（3）完成DSP 系统C 代码的生成、编译、连接和下载；（4）利用ControlDesk 进行控制参数调整、显示响应曲线等功能；（5）回到步骤（1）。
图3 dSPASE 控制系统3 结论文中述及的三种电机控制系统都具备控制操作直观、调试方便、有很大发展前途的特点。
相比较而言，IRMCF341控制系统开发复杂控制算法的能力较弱；TMS320LF2407控制系统适合开发高性能的交流调速系统；dSPASE 控制系统代表半实物仿真的先进水平，价格偏高，适合高性能电机控制系统的研究与实验。
参考文献：[1] 薛定宇.基于MATLAB/Simulink 系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.[2] 江思敏.TMS320LF240x DSP 硬件开发教程[M].北京:机械工业出版社,2003.[3] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2004.[4] 韦巍.智能控制技术[M].北京:机械工业出版社,1999.。