一种基于dsp的伺服控制系统设计

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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言DSP芯片也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具。其内部集成了模/数转换、数字输入/输出、串口通信、电机控制PWM信号输出等接口，因此在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用，然而DSP和数字处理器已不再局限于这些特殊应用领域，手机、通讯卫星和机顶盒均对DSP提出了完全不同的要求和功能[1]。此外，一些消费类电子产品(如视频游戏机)正将一些功能(如音频处理)作为一种数字处理功能增加到系统中，这一多样化将DSP作为一个功能模块集成到系统级

2、芯片中去的趋势仍在继续增长。电动机的DSP控制是电机控制的一个新领域，Motorola公司生产的数字信号处理器DSP56F807整和了通用数字信号处理器快速运算功能和单片机外围丰富的特点，使得该系列特别适合于那些要求有较强的数据处理能力，同时又要有较多控制功能的应用中，对直流伺服电机的控制就是这一系列DSP的典型应用之一。DSP型直流位置伺服系统大都是由数字部件和模拟部件组成的混合系统，因此在电机的DSP控制系统中，通常存在模拟信号和数字信号，既有连续信号，又有离散信号，而全数字控制系统则是当前发展的方向。

3、而DSP操作运算时只能识别和处理数字量，只能依次处理，所以DSP与外界信息传递和处理总是一个采样过程，电机的DSP控制系统也必然是一种离散系统[2]。脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM模块对电动机的控制是PWM技术的主要应用方面，DSP56F807已经包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。一个完整的伺服控制系统包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。为减少硬件资源，

4、我们采用软硬件相结合的方法实现对伺服系统的控制，该DSP芯片支持C语言和汇编语言所编写的控制程序。光电编码器检测的位置信号与给定值产生的偏差值，通过PD控制器运算处理后，形成占空比可调的PWM输出信号，再经过驱动电路放大后实现对直流伺服电动机的控制。33青岛科技大学本科毕业设计（论文）1直流伺服控制系统的简介1.1伺服控制系统伺服就是一个提供闭环反馈信号来控制位置和转速，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分[3]。控制器通常是计算机或PID控制电路，其主要任务是对比较元

5、件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作；执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作；检测环节则是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般由传感器和转换电路组成；比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。伺服系统的原理结构图如下：被控对象执行元件调节元件比较元件输出输入测量、反馈元件图1-1伺服系统的组成框图Fig.1-1Blockdiagramofse

6、rvosystem1.1.1伺服技术发展简况伺服控制技术的发展是和控制理论及控制器件的发展紧密相连，功率驱动装置的发展历史就是伺服控制技术的历史。世界上第一个伺服系统是美国麻省理工学院辐射实验室于1944年研制成功的火炮自动跟踪目标伺服系统。这种早期的伺服系统是采用交磁电机扩大机—直流电动机的驱动方式，由于交磁电机的频率响应差，电动机转动部分的转动惯量及电气时间常数都比较大，因此响应速度比较慢。33青岛科技大学本科毕业设计（论文）第二次世界大战期间，由于军事上的需要，武器系统和飞机的控制系统以及加工复杂零件

7、的机床控制系统均提出了大功率、高精度、快响应的系统要求。首先液压伺服技术迅速得到发展，到了50年代末、60年代初，有关电液伺服计算的基本理论日趋完善，电液伺服系统被广泛应用于武器、军舰、航空、航天等军事部门及高精度机床控制，伴随机电伺服系统元器件性能的突破，尤其是1957年可控的大功率半导体器件—晶闸管问世，由它组成的静止式可控整流装置无论在运行性能还是可靠性都表现出明显的优势，二十世纪70年代以来，国际上电力电子技术突飞猛进，推出了新一代的开和关都能控制的“全控式”电力电子器件，如晶闸管、大功率晶体管、场

8、效应管等。与此同时，稀土永磁材料的发展和电机技术的进步，相继研制出了力矩电机、印制绕组电机、无槽电机、大惯量宽调速电机等执行元件，并与脉宽调制式变压器相配合，进一步改善了伺服性能[4]。控制技术的发展不断对伺服系统的性能提出更高的要求，近年来，随着数字技术和计算机技术的高速发展，新型传感器件的大量涌现，使得伺服驱动控制技术有了显著进步。特别是将计算机与伺服系统相结合，使计算机成为伺服系统中的一个环节，在伺服系统中