摘 要

直流电动机作为应用最普遍的动力源之一，在生产制造和生活中都占据重要地位。直流电动机调速作为其主要控制手段，一直以来都是研究重点。伴随计算机技术的迅猛发展和数字化时代的到来，直流电机的控制技术也在向着数字化的方向前进，以单片机和DSP为主的数字控制成为主流。其中DSP在数据的处理能力、实时性和精度等方面都更为优秀。相对于硬件部分，系统的软件部分更是数字控制方法和思想的体现。

本文介绍了基于TI公司的DSP TMS320F2812 芯片的全数字化直流调速系统的软件设计。在课题要求、调研和资料收集的基础上，对设计课题进行分析，提出能满足课题需求的系统方案，包括系统总体结构、系统输入和输出方式、数据处理方式、控制算法、处理器类型和系统的抗干扰措施等方案，并画出了系统的总体结构框图。在熟悉直流电机调速系统的技术发展与近况的基础上，对直流电动机的调速方式以及速度控制算法进行研究，运用直流电动机的运行原理及PWM控制方法进行设计。根据直流调速系统的性能特点，设计基于DSP芯片控制的电机调速系统。在硬件电路设计的基础上，完成控制规律的软件设计，包括数字滤波器和数字调节器的设计，实现双闭环Pl控制算法对直流电机的控制。

软件设计运用DSP集成开发环境Code Composer Studio V3.3，使用c语言进行设计、查错和调试，保证了主程序及其调用的各部分子程序能够完整得实现预定的功能。

关键词：直流电动机；数字化；DSP；PWM；调速系统

Abstract

As one of the most widely used power sources, DC motor plays an important role in the production and life. DC motor speed control as its main control method, has been the focus of research. With the rapid development of computer technology and the coming of the digital era, the control technology of DC motor is developing in the direction of digital control. The digital control based on single chip microcomputer and DSP has become the mainstream. Which DSP in the data processing capabilities, real-time and accuracy, and so are more excellent. Compared with the hardware part, the software part of the system is the embodiment of the digital control method and the thought.

This paper introduces the software design of the full digital DC speed control system based on DSP TMS320F2812 chip produced by TI company. In the requirements of the subject, on the basis of research and data collection, the subject of design analysis, is presented, which can meet the demand of the project system, including the overall structure of the system, the system input and output, data processing, control algorithm, processor type and system anti dry interference measures and program, and draw the system block diagram of the overall structure. Conducts the research on the technology development and current situation of study on DC motor speed control system based on, of speed control mode of DC motor and speed control algorithm, the design based on DC motor working principle and PWM control method. According to the performance characteristics of DC speed control system, the motor speed control system based on DSP control is designed. On the basis of hardware circuit design, the software design of the control law is completed, including the design of digital filter and digital regulator, and the control algorithm of double closed loop Pl control is realized.

Software design using DSP integrated development environment Code Composer Studio V3.3. Using the C language to design and debug, to ensure that the main program and the various parts of the program can complete the function of the complete.

Key Words： DC motor；Digitization; DSP; PWM; Speed control system

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2课题研究的目的及意义 1

1.3课题研究的现状 1

1.4课题研究的内容 2

第2章 直流调速系统原理 3

2.1直流电动机的调速方法 3

2.2 PWM调速控制原理 4

2.3双闭环的调速系统原理 5

第3章 DSP芯片介绍 7

3.1 TMS320F2812功能介绍 7

3.2 TMS320F2812的引脚分布 7

3.3 TMS320F2812与TMS320LF2407比较 8

第4章 CCS软件介绍 9

4.1安装过程 9

4.2 CCS软件简介 10

第5章 系统及硬件的功能需求 12

5.1系统的总体结构 12

5.2系统的硬件设计 12

5.3软件的功能需求 13

第6章 软件设计 15

6.1主程序设计 16

6.2初始化子程序 17

6.3给定分析子程序 18

6.4电机运行分析 19

6.4.1模数转换ADC 20

6.4.2防脉冲干扰平均值滤波 20

6.5速度调节子程序 21

6.5.1数字PI调节器的DSP实现方法 22

6.6 PWM控制子程序 23

6.7中断和故障判断子程序 24

总结 25

参考文献 26

附录A：程序清单 27

致谢 36

第1章 绪论

1.1课题研究的背景

电动机作为应用最普遍的动力源或动能源，在生产制造和生活中占有重要地位。伴随计算机技术的迅猛发展和数字化时代的到来，新型电子器件不断被发明出来，电动机的控制技术也在向着数字化的方向迈进，以单片机和DSP为主的数字控制成为了发展的主流。

直流电动机作为人们最初发明的电动机，它的调速也最早被人们使用模拟电路实现。从那时起，直流电动机就在调速控制领域据有极大份额。直流电机凭借它杰出的线性调速特性、优秀的动态特性以及较高的效率应用于大多数调速控制电动机系统中。其调速系统的全数字化也是人们的研究方向。

1.2课题研究的目的及意义

电动机按照运行方式主要分为同步、异步与直流电动机三种。从控制规律的角度来看，直流电机的调速控制系统原理是交流电机（包括同步和异步）相似系统的基础。本文所研究的直流电机调速控制对交流电机调速也会有启迪的作用。

近年来直流电机调速控制中普遍使用到的直流脉冲宽度调制（PWM）是使用微处理器的数字信号对模拟电路进行调节的一种十分有用的技术。PWM通过调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来改变晶体管或MOS管的导通时间，从而实现开关稳压电源的输出改变。这种方式能够使电源的输出电压在工作条件发生变化时仍然保持恒定，能够应对各种调速精度要求较高的场合，避免传统直流调速系统中调速系统调速精度低、调速稳定性差的问题，具有广泛的应用价值和意义。直流PWM控制技术在电力电子技术中也占据了十分醒目的一席，它可以应用于逆变、斩波、整流、变频等各种电力控制过程中，使得电路的控制性能得以大幅度的改善，可以实现许多以前难以完成的功能。研究直流PWM技术对促进电力电子技术的进步有着深远的影响。

1.3课题研究的现状

电机控制技术的进步一直受电力电子技术水平的影响，近代以来电力电子技术的卓越成就促使电机控制的技术水平也在迅速的提高。自上世纪六十年代发明的初代电力电子器件——晶闸管（SCR）始，经历了第二代的有自关断能力的——电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），第三代的复合场控器件——绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等，到现今正快速应用和研发的第四代产物——功率集成电路（PIC），都对电机控制技术有极大的助力。同时电机控制技术还得益于微电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的发展，使得电机控制技术在近几十年内发生了翻天覆地的变化。

最初阶段的直流电机速度调节器全部由模拟器件组成，而模拟器件存在固有的缺点，如零点漂移、温度漂移等，组成直流电机调速控制器的器件十分多样，故基于这类元器件的直流调速系统的可控性和可靠性都不够理想。