实验406.DSP直流电机控制实验.docVIP

姓名 吴 镌 樊 想 孙 璐 陈玉枫 学号 0816070110 0816070202 0816070201 0816070203 专业 自动化 时间 2011/12/7 成绩 实验名称 直流电机控制实验 实验内容 通过C 语言编程控制控制I/O 管脚产生不同占空比的PWM 信号，从而控制直流电机的转速 实验目的和要求 1．学习用C 语言编制中断程序，控制F2812 DSP 通用I/O 管脚产生不同占空比的PWM 信号。 2．学习F2812DSP 的通用I/O 管脚的控制方法。 3．学习直流电机的控制原理和控制方法。 实验设备 计算机，ICETEK-F2812-EDU 实验箱（或ICETEK 仿真器+ICETEK–F2812-A 系统板+相关连线及电源）。 实验原理 1．TMS320F2812DSP 的McBSP 引脚 通过设置 PWM11 和PWM5 的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用I/O 引脚使用。 2．直流电机控制 直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Puls Width Modulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。PWM 调压调速原理 直流电动机转速 n 的表达式为： Φ?=Kn U IR 其中，U 为电枢端电压；I 为电枢电流；R 为电枢电路总电阻；Φ为每极磁通量；K 为电动机结构参数。所以直流电动机的转速控制方法可分为两类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢控制法。其中励磁控制法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制法。绝大多数直流电机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。 上图是利用开关管对直流电动机进行 PWM 调速控制的原理图和输入输出电压波形。图中， 当开关管MOSFET 的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压Us。 t1 秒后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。t2 秒后，栅极输入重 新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电动机电 枢绕组两端的电压波形如图中所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值Uo 为 S S S O U U T t t t t U U = =α + + = 1 1 2 1 0 式中α为占空比，α=t1/T 占空比α表示了在一个周期 T 里，开关管导通的时间与周期的比值。α的变化范围为0 ≤α≤1。由此式可知，当电源电压Us 不变的情况下，电枢的端电压的平均值Uo 取决于占 空比α的大小，改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM 调速原理。 PWM 调速方法： 在 PWM 调速时，占空比α是一个重要参数。以下3 种方法都可以改变占空比的值： (1)定宽调频法：这种方法是保持t1 不变，只改变t2，这样使周期T(或频率)也随之改变。 (2)调宽调频法：这种方法是保持t2 不变，只改变t1，这样使周期T(或频率)也随之改变。 (3)定频调宽法：这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而改变t1 和t2。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的 固有频率接近时，将会引起震荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中， 主要使用定频调宽法 图中 PWM 输入对应ICETEK–F2812-A 评估板上P4 外扩插座第26 引脚的PWM11 信 号，DSP 将在此引脚上给出PWM 信号用来控制直流电机的转速；图中的DIR 输入对应 ICETEK–F2812-A 评估板上P1 外扩插座第6 引脚的P4 信号，DSP 将在此引脚上给出高电 平或低电平来控制直流电机的方向。从DSP 输出的PWM 信号和转向信号先经过2 个与门和 1 个非门再与各个开关管的栅极相连。 控制原理 当电动机要求正转时，PWM11 给出高电平信号，该信号分成3 路：第1 路接与门Y1 的输入端，使与门Y1 的输出由PWM 决定，所以开关管V1 栅极受PWM 控制；第2 路直接 与开关管V4 的栅极相连，使V4 导通；第3 路经非门F1 连接到与门Y2 的输入端，使与门 Y2 输出为0，这样使开关管V3 截止；从非门F1 输出的另一路与开关管V2 的栅极相连，其 低电平信号也使V2 截止。 同样，当电动机要求反转时，PWM5 给出低电平