摘 要

由于电力电子技术和计算机技术的高速发展，直流调速系统更多的被应用在工农业生产上，两者的完美结合使得电力拖动及其控制技术有了新的变化。随着工农业的发展，各应用场合对电机性能要求越来越高，单片机技术越来越无法满足对电机控制的需求，而以DSP微处理器为核心的直流调速系统具有调速精度高、电路结构简单及功能多样化等优点。越来越多的电气公司开始对其进行开发研究，全数字化直流调速系统的普及将会是电机技术发展的必然。

本课题采用TMS320LF2407芯片作为直流电机调速系统的主要控制芯片，结合功率驱动、信号检测、按键控制和LCD显示等外围电路完成了此次硬件电路设计，实现了设计中所要求的调速及其它辅助功能。其中主控制芯片是此次设计的关键，它主要负责处理检测信号并控制电机的停转。本文通过对直流电机调速系统各个模块进行讨论分析，完成了对应部分的硬件电路设计，并大致了解了软件设计部分。

关键词：DSP；双闭环；PWM；直流电机；调速

Abstract

Due to the rapid development of power electronic technology and computer technology, DC motor speed control system is applied in industrial and agricultural production, the perfect combination of them make the power drive and its control technology has a new change. 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 .There are many advantages for the speed adjusting system for DC motor which takes the DSP microprocessor as the core,such as the high precision ,the good stability ,and the easy debugging processes and so on. Because of the world's major electric companies competing to develop, full digital DC speed control system will be the popularity of the development of motor technology is inevitable. 

TMS320LF2407,one DSP chip of American TI company is used as the main controller ,and other periphery electric circuits are also used in the system .This design contains multi-purpose including the speed adjusting for DC motor ,the protection ,the real-time testing for speed and the value to display. Motor control system is composed of detection devices, the main controller, power driver and PC components, which DSP controller is a key part of the motor control system , responsible for the motor feedback signal processing and output control signal to control the rotation of the motor. In this paper, through the discussion and analysis of the various modules of DC motor speed control system, I completed the corresponding part of the hardware circuit design, and had a fair idea of the software design.

Key Words：DSP；Double Closed Loop ;PWM ;DC motor；Speed control

目 录

第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外发展现状

1.3目的与意义

第2章 控制原理与方案确定

2.1转速、电流双闭环调速系统

2.1.1概述

2.1.2双闭环调速系统的组成

2.1.3双闭环调速系统的动态性能

2.2 PWM调速原理

2.3系统控制方案的选择 6

2.3.1基于8051单片机的方案 6

2.3.2基于DSP微控制器的方案 6

第3章 TMS320LF2407A简介 8

3.1 DSP芯片的选择 8

3.2 TMS320LF2407 DSP控制器介绍 9

第4章 系统硬件电路设计

4.1电源电路

4.2时钟电路

4.3复位电路

4.4 PWM驱动电路

4.5按键电路

4.6液晶显示电路

4.7通信单元接口电路

4.8转速检测电路

4.8.1速度检测电路设计

4.8.2速度检测的方法

4.9检测电路 18

4.9.1电流检测电路 18

4.9.2温度检测电路 19

4.9.3电压检测电路 20

小 结

参考文献 22

附 录

附录A

附录B

附录C

附录D 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1课题研究背景

数字化和智能化已成为运动控制系统的主要发展方向，由于越来越多的电气公司开始开发研究，全数字化直流调速系统的普及将会是电机技术发展的必然。全数字化的应用使直流调速系统在具备其常规的机械特性外，还加入了软件控制的故障报警、诊断、数据采集与分析以及显示等辅助功能，使直流拖动进入了一个全新的阶段。

由于电力电子技术和微机技术的高速发展，直流调速系统更多的被用在工农业生产上，两者的完美结合使得电力拖动有了新的变化。目前有很多研究者以微机处理器作为控制器来进行研究，对于直流调速系统的控制经历了漫长的发展过程。微机处理器的产生，为直流调速装置的发展提供了良好的科学基础。在直流调速系统中融入计算机技术的发展成果，就是以经典控制为基础，上升到另一种更科学、高效的控制方法。

将直流调速系统的机械特性与数字化的通信功能和较强的抗干扰能力相结合，采用数字控制方法后，整个系统实现了智能化，且制作成本低，电路结构简单。由于直流电机具有较好的调速性能，过载能力大，因此在工业生产制造和设备控制中得到了广泛的应用。尽管交流调速系统的发展在不断对其发起冲击，但由于其有着良好的起、制动性能，直流调速系统仍然在较多方面被应用。

1.2国内外发展现状

上世纪中后期，德国西门子公司先后推出了SIMORBGK 6RA22、6RA23、6RA24和6RA70等一系列的直流电动机，它们的相似之处就是均采用了单片机实现开、闭环控制，逻辑运算，故障诊断，参数设置状态及故障显示。当在主板上加装扩展模板后，即可实现与其他自动化装置的通信和控制等功能，国外许多公司诸如德国的ABG公司、美国的西屋公司等也均已设计出全数字化直流调速装置。

而今，电机的作用已不仅仅是用来提供动力，基于技术的提升，更多是满足各场合对于转速、转矩等精准的控制。这种全新的控制技术将传统的电气传动转化为了运动控制，而其最终目的是实现对机械精确的控制。

现阶段我国还没有自主产权的全数字化直流调速装置，也正是因为直流调速装置获得途径有限，使得国产设备有了上升的空间。现如今，圈内各大学、研究机构和公司都在研究数字化直流调速装置，相信在未来几年里自主研发的全数字化直流调速装置将具有重大意义。因此对本课题进行深入的研究是有必要性的。

1.3目的与意义

很长时间以来，速度控制和位置控制一直被直流电机所占据。它具备简单的控制性能、良好的线性调速特性以及高效的平滑运转特性，虽然近年来其他电动机不断对其发起挑战，但在性能方面来说，它仍是目前最具有说服力的产品。

本论题针对系统的硬件电路控制部分，结合微机控制进行了设计，充分体现了系统的数字化控制。此外，由于是根据微机处理器的特点量身定制，也可以扩展其它功能，根据系统不同的要求来设计外围电路，构成硬件系统，完成相应的控制要求。这样既有利于设计思想的实体化，还能简化系统结构、节约资源。

第2章 控制原理与方案确定

2.1转速、电流双闭环调速系统

2.1.1概述

由转速负反馈实现的单闭环调速系统具有转速无静差的功能，但是单闭环系统很难满足对动态性能要求较高的系统，这是因为其动态过程的电流或转矩不能很好地被控制。而由电流负反馈构成的单闭环系统只能利用电流截止负反馈来实现对系统电流的控制，即当系统中电流大于设定值时，电流环起作用来控制系统电流的冲击，但这并不能很好的达到效果。然而电机转矩也会随着电流从峰值降低而减小，这样一来，系统在加速过程就需要耗费更多的时间。

针对有些需要频繁进行换向的设备，比如可逆轧钢机、龙门刨床等，起停过程的作用时长是决定生产率高低的重要因素。为了缩短这个作用时间，最理想的情况就是转矩在起制动过程中一直保持为电机允许过载的最大值，以保证电力拖动装置在起动时能得到最大的加速度，当系统进入稳态运行后，把电流在极短时间内降低，使电机的转矩与负载达到相对平衡，从而系统能够稳定运行。

在实际操作中，因为系统主电路中存在有电感的作用，电机电流是不可能完全为方形波的，为了系统在上述前提下能达到最快的起动过程，我们需要想办法来获取一个电流维持在最大值的时间区间，双闭环调速系统就是用来解决这一问题的，它很好的控制了本课题中在起动时只存在电流负反馈作用而过滤掉转速负反馈的干涉这一难题，并能在系统转速达到相对稳定时，两种负反馈再在系统中共同作用。

2.1.2双闭环调速系统的组成

本课题中两个反馈环分别由两个PI调节器串级连接而组成，一个作为电流环，用来调节电流，另外一个则为转速环，用来调节转速，系统结构如图2.1所示。从图中可以看出，电流调节器所控制的负反馈在里面，称为内环；转速调节器所控制的负反馈在外面，称为外环，这就是转速、电流双闭环调速系统的组成。它们会从系统开始运行到系统制动过程中各自分工合作进行作用，从而能满足系统在各个阶段的要求，以保证调速系统的稳定运行