基于DSP步进电机控制器设计.doc

《DSP原理及应用》 课程设计指导书 学 院 ：机械工程学院 系 所 ：测控技术与仪器系 班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 指导老师： 江苏大学测控技术与仪器系 2016-01-18 应用于包装机的步进电机控制器的设计 （江苏大学机械工程学院仪器科学与工程系，江苏，镇江，212013） 步进电机是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件，与其他类型电机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点，广泛运用于数控机床、机器人、自动化仪表等领域。DSP芯片的出现，开创了步进电机控制的新局面。用DSP控制的步进电机不仅减小了控制系统的体积、简化了电路，同时进一步提高了电机控制的精度和控制系统的智能化，从而逐步实现控制系统的嵌入式。基于DSP的步进电机控制技术在九十年代时期得到了较大发展，主要应用在工业、航天、机器人、精密测量等领域。数控机床、跟踪卫星用电经纬仪在采用了步进电机技术后，大大提高了控制与测量精度，这样就使步进电机伺服系统的应用前景更加广阔 1 1.1引言 1 1.2数字信号处理器DSP发展和现状 2 1.3 课题背景及意义 3 第二章 总体方案设计 5 2.1 设计方案 5 2.2 TMS320LF2407 DSP芯片介绍 5 2.2.1 TMS320LF2407 的性能特点 5 2.2.2 A/D转换原理 7 2.2.3 TMS320LF2407 内部A/D转换模块概述 7 2.2.4 事件管理器 8 2.2.5 通用定时器 8 2.2.6 全比较单元 9 2.2.7 捕获单元和正交编码脉冲电路 9 2.3 四相反应式步进电机 10 2.3.1 步进电机的结构 10 2.3.2 步进电机的工作原理 11 2.4 四相反应式步进电机的数学模型 12 2.4.1 电路方程 12 2.4.2 机械方程 12 2.5 驱动芯片结构与特点 12 第三章 详细设计 14 3.1 系统硬件设计 15 3.2系统软件设计 15 3.2.1 DSP开发软件CCS介绍 15 3.2.2 程序控制流程 16 3.2.3 电机初始化程序 16 3.2.4 电机控制程序 17 3.3 程序调试 19 第四章 心得体会 20 参考文献 21 附录 22 第一章 绪论 1.1引言 随着人们生活水平不断提高，对各种方便食品的需求也随之大增，这近一步拉动了我国食品包装业的快速发展。包装机是发展比较快的包装机械之一，拥有着广阔的发展前景。在制袋、充填、封口为一体的包装机中，要求包装用塑料薄膜定位定长供给，采用步进电机与拉带滚轮直接连接拉带，不仅结构得到了简化，而且调节极为方便，只要通过控制面板上的按钮就可以实现，这样既节省了调节时间，又节约了包装材料。 步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机。它的位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，从而使电机旋转。步进电机具有步进数可控、运行平稳、价格便宜的优点，在加速器控制系统中的应用很广。 传统的步进电机一般可分为永磁式步进电动机(PM Step Motor)，反应式步进电动机(VR Step Motor)和混合式步进电动机(Hybrid Step Motor)三种。 在数字化电机控制系统产生之前，要想获得高性能的步进电机驱动要么是采用昂贵、难维护的直流电机配便宜的控制装置，要么就是使用便宜的交流电机配昂贵、复杂的控制装置。基于DSP的数字化电机控制的出现改变了这一状况，由于DSP强大的运算能力，它可以实时地实现一些先进的控制算法，获得高性能的电机驱动控制。 数字化电机控制的优点正是由于数字化的信号和信号处理所带来的，和模拟控制相比，它具有互联方便，稳定性好，便于大规模集成，可以构成复杂的系统，容易修改，便于测试、调试和大规模生产等优点。数字化电机控制技术包括两个组成部分，现代电机控制理论和数字信号处理，其中数字信号处理又包括数字信号处理技术和数字信号处理器技术。数字化电机控制的发展和这几个方面的进展是密不可分的。 现代电机控制理论以矢量控制理论为代表，还有近年来得到快速发展的直接转矩控制理论等，这些高性能的控制方案需要进行大量的实时运算，用模拟器件的硬件方案来实现相当困难，难以实用化。只是在具有强大运算能力的控制器如DSP等价格下降，性能提高之后，数字化的高性能控制方案才开始大量步入实用领域。 1.2数字信号处理器DSP发展和现状 DSP是Digital Signal Processor的缩写，DSP在70年代末、80年代初产生后起初并不显眼，主要应用于一些特定的数字信号处理密集的领域如军事的声纳和雷达、监测和监听设