（定稿）基于DSP电机控制方法研究（全套下载）

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占用单片机资源。由于单片机速度和存储容量都很有限,实际应用中由于实时性和存储量的限制,在普通单片机上要实现复杂的数字滤波是不太可能和实际的。数字率波的方法有限度滤波法，中值滤波法，算数平均滤波法，递推平均滤波法，加权递推平均滤波法。.本章小结本章首先对软件设计的原则进行了说明，以及对软件调试环境进行了详细的介绍和说明，最后对系统进行了软件的编程来实现电机的旋转。结论与展望.结论大学期间最后的毕业设计就快结束了，这次毕业设计是过去四年所学的基础理论知识专业理论知识等知识综合应用，也是踏上社会和工作岗位的最后次试炼。通过这次毕业设计，我深深体会到做任何事都必须耐心细致。在这次毕业设计中，不仅是对以前知识的复习，也从中学到其他的专业知识。让我对自己所设计的自动立体车库有了十分详细的认识，也进步对其设计要点有了自己的认识。.不足之处及未来展望毕业设计所设计的控制电机，近年来的到快速发展的中国有很大的应用前景。但是我国的与外国还是存在很大的差距，但我国市场的需求量，而且技术也越来越成熟。!图.控制原理图控制部分，电机驱动装置，通信设备，检测装置。整个系统硬件电路主要有四部分组成控制部分电机驱动部分，电机和上位计算机部分。控制部分主要完成算法的运算对反馈信号进行处理以及产生控制信号的成电机驱动部分主要根据发出的控制信号完成对电机的控制。同时，还包括反馈信号的处理电路和电机保护电路上位机部分通过接口实现与上位机的数据通信。两者互相传送数据电机部分实现系统的要求，并向发出霍尔传感器的信号。.外围电路的设计电源的设计所有的地最终都要连在起，原则是要在远端共地，而且只能单点共地。共地时可以通过个磁珠就是电感，也可以不用。但是定记住，单点共地，远端共地般在电路板的电源入口附近。应用板仅有个外部电源供电。由于芯片的供电电压只能是.，核心电压为.和.，所以在设计应用板时，需将电压变换为.,.和.给供电，因此使用了电压转换元件作为转换芯片。图.供电电源电路的设计的晶体振荡器接口电路应用板应用了个晶体振荡器，如下图所示，但是晶体振荡器产生的电平是.，而芯片的时钟使用的电平是.，所以必须对输出时钟进行电压的变化才能将两者相连，如下图所示采用芯片进行变换。具有锁相环的功能，它把个较低频率的外部时钟转变为片内的较高的时钟。锁相环的倍频可以通过编程来实现对寄存器进行编程。在使用的外部时钟，如果锁相环得到的倍频为，即可获得的时钟。图.晶体振荡电路的设计时钟电路的设计提供了两种产生时钟的方案其利用电路板上内部晶体振荡器或利用外部时钟。由于要求的时钟信号质量比较高，所以采用了的有源晶振，它的供电范围宽，由于要求时钟输入信号电平为.，所以我们选择.的有源晶振。通过的倍频功能，将配置在。图.时钟电路的设计电路的设计应用板有个引脚的接口，该接口是标准的仿真接口，用来调试硬件和软件。接口电路硬件如图所示。图.电路的设计异步串行接口硬件的设计有两个片上的异步串行接口，该串行可以外接串行接收芯片，以便与外部串行接口信号相连。标准的引脚功能如下表所示表标准异步串行接口引脚功能引脚号公插头应用板芯片自身带有两个标准的串行通信接口，但是电平为电平，与总线电平不匹配，不能直接与串口连接。为了解决这个问题，本文采用公司生产的专用电平转换芯片。差分方程。由于若采样频率足够高，数字控制与连续系统性能基本相同，故选择方法。二阶最佳模最佳三阶最佳对称最佳.工程设计调节器的步骤选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态要求，在选择调节器结构式，要是系统成为少量典型系统之。计算调节器的参数，以满足动态性能要求。.信号产生技术霍尔传感器位置如图所示图.霍尔传感器的位置图根据无刷直流电机的工作原理，位置信号可以通过检测三个霍尔传感器得到。每个霍尔传感器都会产生个脉宽的输出信号，三个霍尔传感器的有相位差。每个机械转动周有个上升或下降沿，正对应个换相时刻。通过将设置为双边沿触发捕捉中断功能，就有中方式。表顺时针通断情况序号换相控制器各开关管的通断情况相电流上升进出上升进出上升进出下降出进下降出进下降进出表逆时针通断情况序号换相控制器各开关管的通断情况相电流上升出进上升出进上升出进下降进出下降进出下降进出从上表可以看出电机转子旋转周需要次换相，换相时隔度。只要按顺序切换通断开关管电机就能旋转起来。根据两次换相时间，粗略估计当前转速.有时候需要电机停留在固定位置，并且需要定的转矩。我们可以通过开关管保持现有状况，并通过定大小的电流，产生转矩。电流大小可以通过改变占空比来实现。.编码器编码器的工作原理及作用它是种将旋转位移转换成串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在起，也可用于测量直线位移。表编码器的性能参数参数数值旋转周脉冲数通道数最高工作频率续表参数数值电源相位移动逻辑状态宽度最小信号上升和下降时间零位脉冲宽度运行的温度最大加速度通道的最大输出和最小输出电流和图.编码器的工作原理图从上图可得知两个波形相差。根据,两个相位差可以判断出编码器的转向。是编码器旋转周所输出的脉冲。因为内部有自动集成四倍频电路，将外部编码器的输出信号进行倍频处理，这样可以提高精确性。由于是自带四倍频功能，不需要外部搭建四倍频电路所以这无疑提高了系统的稳定性及可靠性。利用编码器在周期所产生的脉冲数出，可以计算出电动机的转速，可以根据和之间相差的角度，来确定电动机的正反转。计算方法脉冲间隔法和脉冲积分法。比半桥方式绕组的利用率增加了，输出转矩也增加了。三三导通方式开关管的导通顺序决定共有种导通状态，间隔电角度改变次导通状态，每改变次状态更换个开关管，每个开关管导通电角度，导通的时间增加了。当导通时，电流的线路为电源相绕组和相绕组相绕组地，其中相绕组和相绕组相当于并联，在与相串联.因为三相同时通电，产生的转矩分量互有抵消，所以总的转矩并不比二二导通方式大。半桥与全桥驱动之间的比较绕组的利用率断续通电是无刷直流电动机的绕组的通电方式，适当提高绕组的通电率可以提高效率。四相比我三相差，无相比四相差，半桥比全桥差。转矩波动相数越多，转矩波动越小，全桥的转矩波动比半桥的小。电路成本相数越多所需要的开关管越多，所需要的成本就越高。半桥结构和成本都比全桥低。目前市场上，星形联结三相全桥应用就广泛。两两导通方式电机旋转周共有六次绕组换相，相邻两次换相时刻转矩夹角。按照规定顺序旋转下去，电机就可以旋转下去，无刷直流电机转矩是脉动的，输出转矩是个平均转矩。图.无刷直流电动机的转矩图.无刷直流电机的暂态数学模型由于稀土永磁无刷直流电动机的气隙磁场反电势以及电流是非正弦的，因此不能采用直交铀坐标变换的分析方法。通常，直接利用电动机本身的相变量来建立数学模型。当绕组是星形接法时，且没有中性线，则且带入模型，有.其中是定子相电压两相绕组互感两相绕组自感相感应电动势微分算子。电磁转矩电磁功率为.即.为电枢绕组电势为相电流稳态值。转子的运动方程为.电机的转动惯量。为阻尼系数。.无刷直流电机的传递函数如下图所示图.传递函数由无刷直流电机动态结构图可求其传递函数为.其中式中为电势传递系数，是电动势系数。为转矩传递函数，是转矩系数，为电动机电阻。为电机时间常数，转子重量，转子直径。.本章小结本章主要介绍无刷直流伺服电机的结构，以及对些位置传感器的介绍，然后对霍尔传感器进行介绍。探讨无刷直流伺服电机绕组的连接方式的选择，并对他们之间进行了比较，以及对无刷直流伺服电机它的传递函数进行了研究。控制方案的总体设计.控制方案的框图简介图.控制结构图功率驱动装置采用功率开关管来控制。主要采用电子驱动装置建立三相逆变桥电路，它的优劣对系统的精度有直接作用。.步进电机步进电机又可以叫电脉冲马达。步进电机是将电脉冲控制信号转换成电机转子角位移的执行元件。每当电机绕组接受个电脉冲，转子就会转过个相应的步距角。它每接受个脉冲，其转子转过个相应的步距脚。转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角转速及转向，很容易用微机实现数字控制。步进电机应满足以下基本要求在电脉冲的控制下，步进电机能迅速启动，正反转，制动和停车，调速范围宽，步进电机的步距角要小，步距精度要高，不丢步，不越步，工作频率高，相应速度快。步进电机的矩角特性，即控制绕组通电状态不变时，电磁转矩与转子偏转角的关系。.图.步进电机矩角特性步进电机的最大动态转矩频率的关系成为矩频特性。如下图所示，在定的控制范围内，随着频率的升高，步进电机的功率和转速都相应的提高，超出范围则随频率升高转矩下降，步进电机带负载的能力逐步下降，知道带不动。图.步进电机矩频特性.伺服电机伺服电机又称执行电机，在控制系统中作为执行元件，其功能是将电信号转换为轴上的角位移或角速度输出，以带动控制对象。通过改变电压的大小和极性，就可以控制伺服电动机的转速，转向，启动和停止。伺服电机中又可分为直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机的基本结构和工作直流他励电动机。通常分为电磁式和永磁式两种。图.直流伺服电机的机械特性图.直流伺服电机的调节特性曲线直流伺服电机具有良好的线调节特性和时间响应。机械特性硬。.选择电机直流伺服电机的机械特性和调节性能都是线性的，机械特性硬，而交流的是非线性的。直流伺服电机的动态响应会比交流伺服电机的快。直流伺服电机不会产生自转，但是交流伺服电机可能会产生自转现象，故本文选择直流伺服电机。.本章小结熟悉市场上所拥有的电机，并对它们大概进行了了解，并对步进电机和交流伺服电机进行比较，然后对伺服电机进行详细介绍，并对直流和交流伺服电机进行详细的比较。择无刷直流伺服电动机作为控制电机。无刷直流电机的工作原理及数学模型.无刷直流电动机的结构种用电子换向的小功率直流电机。又可称为无整流子直流电机无换向器电机。它是用功率开关管取代普通直流电动机中的机械换向器，从而构成无换向器的直流伺服电动机。这种无刷直流伺服电动机的结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声比较低，广泛应用于现代生产设备。无刷直流伺服电动机由于没有电刷和换向器弥补了以前机械换向器稳定性问题以及对通讯设备的干扰问题。它主要有电动机转体，转子位置传感器和功率电子开关电路组成电器原理图如下图所示基于电机,机电,控制,节制,方法,法子,研究,钻研,毕业设计,全套,图纸目录摘要目录绪论.本课题的研究内容和意义.国内外的发展概况.本课题应达到的要求电机的选择及其结构.步进电机.选择电机.本章小结无刷直流电机的工作原理及数学