基于DSP的直流电机调速系统设计与实现.doc

基于DSP的直流电机调速系统设计与实现 课程设计报告 一、设计要求 利用ICETEK-F2812-EDU实验箱完成直流电机调速系统分析与设计。 基本要求： 1．给出直流电机调速原理分析；可设定电机的转动方向，转速； 2．可实时测量电机的实际转速，并在LED数码管上显示出来； 3．可对电机进行转速调节，使其转速趋近于设定值； 4．完成硬件原理图，绘制PCB板，撰写课程设计说明书。 二、设计方案（要求给出详细的设计思路及其必要的论证） 目前，直流电机调速系统有很多种方案，有基于DSP直流电机调速系统、ARM直流电机调速系统和单片机直流电机调速系统。本实验是基于DSP直流电机调速系统，从三方面来进行方案的选择与比较，首先是测速方案的选择，其次是pwm波的产生及测速方法的选择。直流电机转速的方法很多，主要分为计数式、模拟式、同步式三大类。这三种根据类型不同的工作原理又可分为不同的类型，其中，计数式可以分为机械式、光电式、电磁式。光电式目前是一种比较常用的计数式转速测量仪，此种方法离不开重要的部件光电编码器。本文主要介绍是三种测速方案的选择： 测速装置的优缺点及选择 光电编码器测速方案 电机的位置检测在电机控制中是十分重要的，特别是需要根据精确转子位置控制电机运动状态的应用场合，如位置伺服系统。电机控制系统中的位置检测通常有：微电机解算元件，光电元件，磁敏元件，电磁感应元件等。这些位置检测传感器或者与电机的非负载端同轴连接，或者直接安装在电机的特定的部位。其中光电元件的测量精度较高，能够准确的反应电机的转子的机械位置，从而间接的反映出与电机连接的机械负载的准确的机械位置，从而达到精确控制电机位置的目的。在本文中我将介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。　一、光电编码器的介绍： 　　光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的。根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电编码器，下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。 　　（一）、绝对式光电编码器 绝对式光电编码器如图所示，他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的，用“1”来表示。通常将组成编码的圈称为码道，每个码道表示二进制数的一位，其中最外侧的是最低位，最里侧的是最高位。如果编码盘有4个码道，则由里向外的码道分别表示为二进制的23、22、21和20，4位二进制可形成16个二进制数，因此就将圆盘划分16个扇区，每个扇区对应一个4位二进制数，如0000、0001、…、1111。 按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器，包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电子线路。当码盘转到一定的角度时，扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通，输出低电平“0”，遮光的码道对应的光敏二极管不导通，输出高电平“1”，这样形成与编码方式一致的高、低电平输出，从而获得扇区的位置脚。 　　（二）、增量式光电编码器 增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。增量式光电编码器输出两路相位相差90o的脉冲信号A和B，当电机正转时，脉冲信号A的相位超前脉冲信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后可形成高电平的方向信号Dir。当电机反转时，脉冲信号A的相位滞后脉冲信号B的相位90o，此时逻辑电路处理后的方向信号Dir为低电平。因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向。其转速辩相的原理如图所示光电的脉冲宽度稳定，精度高，换个高精度的即可缺点是安装不方便由于软连接的原因，很容易松动，可靠性差容易损坏 光电编码器适合用于精密设备。霍尔元件是磁敏元件，要想用来测转速，就必须在被测的旋转体上装一个磁体，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，也有的霍尔元件可以直接输出脉冲信号，送运算，两个脉冲的间隔时间就是周期，由周期可以换算出转速，也可计数单位时间内的脉冲数，再换算出转速。 霍尔式精度比较高，频率比较快，成本低。最主要的他对外部环境的要求不高，并且工作温度可以达到150以及不同轴的耐受力要好。 旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。增量式编码器增量式编码器轴旋转时，有相应的