DSP直流電機調(diào)速系統(tǒng)研究

凌曄華

（廣西民族師范學院，崇左 532200）

DSP直流電機調(diào)速系統(tǒng)研究

凌曄華

（廣西民族師范學院，崇左 532200）

在工程實踐中，大量的機械要求要有良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能，并且還要具有在一定范圍內(nèi)保持速度的平滑調(diào)節(jié)功能。DSP的功能有多，如具有靈活的指令集，改進并行結構，在實際操作中靈活多變，且運轉速度快。采用DSP控制器后，使整個調(diào)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化，結構簡單，操作方便，且電機穩(wěn)態(tài)運行時，其時轉速精度可達到很高的水平。本文將介紹直流電機和DSP的發(fā)展，直流電機的控制原理及DSP在電機領域的應用。

DSP 直流電機 調(diào)速系統(tǒng)

引言

在當今時代的電器領域中，直流電機具有兩個突出性能，即運行性能和控制特性，速度調(diào)節(jié)范圍寬，響應快，因此以直流電動機作為執(zhí)行電機的直流調(diào)速系統(tǒng)在電器傳動領域被廣泛使用，是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。近年來，計算機發(fā)展迅猛，滲透到各個領域，隨著計算機被應用到控制領域，直流電機朝著智能化的方向發(fā)展。隨著工作生產(chǎn)的發(fā)展，直流電動機在速度控制方面的要求更高、更精準，DSP直流電機調(diào)速系統(tǒng)的研究與開發(fā)，滿足這一發(fā)展需求，在很多對于系統(tǒng)性能要求高的場合得到廣泛的使用。

1 DSP的概述及發(fā)展

1.1 DSP技術簡介

DSP，即數(shù)字信號處理，是電子信息技術的基礎學科，它的概念和基本分析方法已滲透到電路與系統(tǒng)、生物醫(yī)學工程、電磁與微波技術等多個領域，是一門新興且應用廣泛的學科。DSP在通常的信號處理過程中有著突出的優(yōu)點，如精度高、穩(wěn)定性好、易于實現(xiàn)自適應算法、大規(guī)模集成等，DSP的這些優(yōu)點是其他系統(tǒng)無法比擬的。

1.2 DSP技術的發(fā)展進程

縱觀DSP技術的發(fā)展史，大致經(jīng)歷三個發(fā)展階段。20世紀50年代到60年代，數(shù)字信號處理技術得到初步發(fā)展，直到20世紀70年代，提出了DSP的理論和算法的基礎，即1978年由AIM公司發(fā)布的世界上第一個單片芯片S2811。在1979年，由美國英特爾公司組織投入研究并開發(fā)的商用可編程器件2920，被業(yè)內(nèi)人士推崇為DSP芯片的里程碑作品。但是，無論是AIM公司研發(fā)的DSP芯片還是美國因特爾公司研發(fā)的DSP芯片，都缺少DSP芯片必有的單周期乘法器。世界上第一個擁有硬件乘法器的DSP芯片是由日本公司在1980年推出的mpD7720，被認為是第一塊單片器件。1982年，美國德州儀器公司推出了世界上第一代DSP芯片及其系列產(chǎn)品，這一系列產(chǎn)品的出現(xiàn)推動了實時數(shù)字信號處理系統(tǒng)的大跨步發(fā)展。在90年代以后，DSP芯片進入高速發(fā)展階段，前后推出了六代芯片。

目前，在工業(yè)中，電機耗電量大，電機的工作效率問題一直是人們關注的重點，為提高電機的效率，可以通過智能手段從以下兩方面著手：一方面，在提高電機的運行性能方面，智能控制所使用的算法更加先進；另一方面，由于系統(tǒng)采用智能控制，就有可能將現(xiàn)有的電機更換為效率更高的電機。

2 DSP系統(tǒng)在電機控制領域的應用

感應電動機或永磁電動機控制器的構成，不僅包括微處理器、存儲器和外圍芯片，還需要專用門陳列組合，在這種情況下，芯片的使用數(shù)量就會增加，相應的軟件應用程序更為復雜，從而使使用成本增加，企業(yè)的利潤降低。為解決上述出現(xiàn)的問題，提高電機的性能同時降低成本，各個公司都致力于在這方面的研究。其中由TI公司研制出的TMS320C24X系列和由AD公司研制出的ADMC系列的控制器，不僅具有高速信號處理和數(shù)字控制功能所必需的體系結構特點，而且有為電機控制應用提供單片解決方案所必需的外圍設備。

由此可以看出，選擇以DSP技術為核心的控制系統(tǒng)的直流電機多很有優(yōu)點，在系統(tǒng)硬件中，減少了芯片的使用，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，體積變小，節(jié)約成本。

3 直流電機的DSP控制

3.1 直流電機的主要結構

直流電機主要包括兩部分，定子和轉子，其中定子主要包括主磁極、換向磁極、電刷裝置、機座和端蓋。主磁極是由鐵心和勵磁繞組成，產(chǎn)生恒定的氣隙磁通。換向磁極主要用于改善換向。電刷裝置與換向片相結合，完成直流與交流的互換，機座與端蓋起到支撐和固定的作用。轉子由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸和軸承五部分組成。電樞鐵心是主磁路的一部分，用來放置電樞繞組，電樞繞組是電路部分，由帶絕緣的導線繞制而成。換向器與電刷裝置相配合，完成直流與交流的互換。

3.2 直流電機的工作原理

直流電機作為一種旋轉電機，通過直流電能與機械電能之間的相互轉化完成工作。首先把電刷A與電源的正極鏈接在一起，電刷B與電源的負極連接在一起，然后再把電刷A與電刷B分別連接到直流電源上，就形成一個閉合電路，保證電樞線圈中有電流產(chǎn)生并且流過，在磁場的作用下，N極性下導體ab受力方向從右到左，S極下導體cd受力方向是從左到右，該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩，當電磁轉矩大于阻轉矩時，電機轉子逆時針方向旋轉，當電樞旋轉到所示的位置時，原N極性下導體ab轉到S極下，受力方向從左到右，原S極導體cd轉到N極下，受力方向從右到左，該電磁力形成逆時針方向的電磁轉矩。線圈在該電磁力形成的電磁轉矩的作用下，繼續(xù)逆時針方向旋轉。

3.3 直流電機的DSP控制方法

在整個系統(tǒng)的硬件設施部分中，其中硬件TMS320F2812在研發(fā)制作的過程中使用了帶有2812的DSP開發(fā)板，是控制部分的核心硬件，除使用DSP外，還要有一個電源管理芯片，該電源管理芯片能夠鏈接一個5V轉為3.3V為系統(tǒng)供電。首先，2812從電機處采集三部分的信息信號，即電機的轉速、電流反饋信號以及位置反饋信號，然后DSP再把這三個信號進行處理并輸出對外的控制信號。從驅動部分反饋的過流信號是一個0、1信號，DSP在工作時始終監(jiān)視這一信號，一但監(jiān)視到1，即表示電機過載，則立即給出一個讓電機停止轉動的信號，以免損壞電機和調(diào)速器。MC33035是驅動部分的控制核心，它的主要作用是根據(jù)電機反饋的位置信號，通過分辨出電機轉子的位置達到控制開關的目的。在顯示部分所采用的主控元件是AT89C51。

在整個系統(tǒng)軟件設計的設計部分，通過采集到的電機轉速，與給出的速度指令相比較，同時綜合濾波算法，不斷修正速度誤差，一直到這兩個速度相同，程序就會認為系統(tǒng)已入鎖，如果發(fā)生異常，便會啟動報警機制，讓電機停止發(fā)電。

任何電動機的調(diào)速系統(tǒng)都轉速為給定量，并使電動機的轉速跟隨給定值進行控制。為使系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能，通常要構建一個閉環(huán)系統(tǒng)。需要速度調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器對其進行調(diào)節(jié)。

4 結語

近幾年科學技術的不斷發(fā)展與進步，為直流電機系統(tǒng)信息化、數(shù)字化的發(fā)展提供了技術支持，并且對其發(fā)展起到了巨大的推動作用。DSP有著突出的優(yōu)點，耗能小、速度快，DSP的使用使整個系統(tǒng)數(shù)字化信息化，操作簡單易行，可極大地滿足電機調(diào)速的要求。

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Research on DSP DC Motor Speed Regulation System

LING Yehua
(Guangxi Normal University for Nationalities, Chongzuo 532200)

In engineering practice, a large number of mechanical requirements have good static performance and dynamic performance, but also have a certain range to maintain the smooth speed adjustment function. DSP has many functions, such as flexible instruction set, improved parallel structure, flexible operation and fast running speed. After using DSP controller, the whole control system is digital, simple structure and easy to operate, the motor speed can reach a high level when the motor runs steadily. This paper will introduce the development of DC motor and DSP, control principle of DC motor and application of DSP in motor field.

DSP, DC motor, speed regulation system