基于C系列运动控制平台的开发.doc

基于C2000系列运动控制平台的开发 本平台基于TMS320F2812来完成和实现所有功能，虽然以前在DSP 技术板块有过部分分享，本次将以整体平台为主进行详细讲解和全面分享，仅供喜欢TI MCU的朋友们学习和交流使用，希望有网友能够基于TI其他MCU（如TMS320F28335/F2837x）来完成功能更强大的运动控制平台，同时有很多不足之处还望大家多多指教。 首先来介绍一下本系统中的控制对象—直流无刷电机和负载—磁粉制动器： 普通直流电机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电机旋转，需要通过换向器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电机不断旋转。直流无刷电机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子做成了永磁体，这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通入直流电以后，只能产生不变的磁场，电机依然转不起来。为了使电机的转子转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换向通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持90°左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。?直流无刷电机结构示意图 磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的。磁粉制动器具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系。在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点。是一种多用途、性能优越的自动控制元件。磁粉制动器广泛应用于各种机械中不同目的的制动、功率测试加载、放卷张力的控制等。磁粉制动器广泛用于缓冲起动、过载保护、调速、卷绕系统中收卷的张力控制等。磁粉制动器的基本特性：? （1）激磁电流—转矩特性：激磁电流与转矩呈良好线性关系，通过调节激磁电流可以无极控制转矩的大小。? （2）转速—转矩特性：转矩与转速无关，保持定值。静力矩和动力矩没有差别。?磁粉制动器、磁粉离合器使用说明书.pdf? TMS320F2812主控板设计： TMS320F2812信号处理器集成了事件管理器（281x处理器）、ePWM、QEP电路、SCI通信接口、A/D转换模块、SPI外设接口、eCAN总线通信模块、看门狗、通用I/O口、PLL时钟模块、多通道缓冲串口、外部中断接口、存储器及其接口、内部集成电路（I2C）等多种外设单元，为功能复杂的控制系统设计提供了方便。?DSP2812_Bord.rar ??SCHEMATIC1 _ DSP2812.PDF?(66.36 KB, 下载次数: 7) PCB? ?:??DSP2812_BORD_V1.0.rar?(282.41 KB, 下载次数: 9) BOM表：??DSP2812_BORD_BOM.rar?(1.96 KB, 下载次数: 6) 其他文件：??底层焊接辅助图.pdf?(22.18 KB, 下载次数: 6)?? ???顶层焊接辅助图.pdf?(32.29 KB, 下载次数: 6) 桥式驱动器设计： 在电机驱动中，由于电流较大，上管都采用N型MOSFET。由于每个上管源极的电压是浮动的，因此上管的栅极驱动电压也必须浮置在源极的电压之上才能有效地开启上管。实现这种的方法有多种，如自举法、隔离电压法、脉冲变压器法、电荷泵法、载法驱动法等多种方法。本次设计采用电荷泵法来实现电压的浮动。 电荷泵的基本原理是通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势。随着集成电路的不断发展，基于低功耗，低成本的考虑，电荷泵在电路设计中的应用越来越广泛。由于H桥由4个N沟道功率MOSFET组成，如要控制各个MOSFET，各MOSFET的门极电压必须足够高于栅极电压。通常要使MOSFET完全可靠导通，其门极电压一般在10V以上，即Vgs10V,对于H桥下桥臂，直接加10V以上的电压即可使其导通；而对于上桥臂，驱动电路必须能提供高于电源电压的电压，这就要求驱动电路中增设升压电路，提供高于栅极的电压。考虑到Vgs有上限要求，一般MOSFET导通时Vgs为10V~15V，也就是控制门极电压随栅极电压的变化而变化，即浮动栅驱动。因此在驱动控制电路中设计电荷泵电路，用于提供高于驱动电源电压的电压。 实际电路中采用定时器555构成施密特触发器产生振幅为12V的方波，并构成一阶电荷泵，具体电路如下图所示，图中VDD为12V，VS为24V。 逻辑电路也就是对DSP输出的控制信号进行译码，以满足H桥的开关要求。本次设计采用快速逻辑门74HC系列完成，具体电路图如下图所示： 说明：（1）D1H与D1L为左桥臂的上下控制信号，D2H与D2L为右桥臂的上下控制信号。 （2）Brake为高电平时表示刹车，D1H,D1L,D2H,D2L全为高电平。 （3）Dir表示方向信号，即D