一种基于dsp的电机控制系统的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第2期桂林电子工业学院学报Vo1．22，No．22002年4月JOURNALOFGUILININSTITUTEOFELECTRONICTECHNOLOGYApr．2002一种基于DSP的电机控制系统的设计陈春明，谢跃雷，晋良念。(1．桂林电子工业学院图书馆，广西桂林541004；2．桂林电子工业学院通信与信息工程系，广西桂林541004)摘要：随着DSP运算速度的提高和价格的下降，DSP在控制系统中应用越来越广泛，设计的这种基于TMS320F240数字信号处

2、理器的电机控制系统，是结合F240的内部集成器件所提出的一种新的电机转速测量算法，并在串口通信中采用CRC差错检测，以软件实现了一种CRC编译码，采用较复杂的控制算法实现对电机的精确控制，该系统结构简单，外围元件少，且易于升级或更换控制算法而不必改变硬件结构。关键词：DSP处理器；方波频率测量；PID控制算法；CRC差错检测中图分类号：TP368．1文献标识码：C文章编号：1001—7437(2002)02—19—031系统原理外，TMS320F240内部还集成以下器件：①三个16位通用定时器，有6种工作模式，包

3、括连续递增和连1．1TMS320F240续加／减计数。②两个1O位模数转换器(ADC)。③三个l6位独立的双向比较器。④带实时中断的(RTI)TMS320F240[1]芯片内部有544字的双端口数看门狗(wD)定时器模块。⑤串行通讯接口(SCI)。⑥据／程序RAM，16K的FLASHE2PROM；由于采用串行外部设备接口(SPI)。哈佛结构，三级流水线操作，TMS320F240大大提高由此可见，充分利用TMs32OF24O内部丰富的集了指令执行速度，在内部时钟20MHz时，指令周期成器件，可大大减少DSP外围元器

4、件的所用的元器件。为50ns；优化的CPU结构，更加快了指令执行速度，达到20MIPS．一次32位的计算只需一个指令周期，1．2基于DSP的电机控制系统即50ns，这为复杂控制算法的实现提供了良好的条数字式闭环电机饲服控制系统原理框图见图1．件。同时，TMS320F240的指令系统是与其它数字信系统主要由DSP(TMS320F240)，驱动放大电号处理器一脉相承的，它提供了丰富的“乘累加”指路，电机，光盘编码器组成。当DSP接受主机发出的令，这使电机控制中的数字滤波，如IIR，FIR等，可参考输入(转动方向和角速

5、度)，将其转换为PWM输以方便快速的实现。除了高速中央处理单元CPU以出，经过驱动放大送给电机，产生输出。通过光盘编码图1基于TMS32F240的电机控制框图收稿日期：2002-03-04作者简介：~(197z一)，男，湖北黄冈人，桂林电子工业学院图书馆助工，主要从事计算机网络、数据通信及DSP应用开发研究．维普资讯http://www.cqvip.com2O桂林电子工业学院学报2002年4月器检测电机的转动方向及转角，反馈回DSP系统，形128个周期，这样通过调整系数口，，共可组合出64成闭环控制，实时有效地控

6、制运动精度。种档位，使得测量不同频率方法可获得相同的精度，但相应增加了DSP的运算量，对TMS320F240来说2系统设计还是可以接受的。对于低频时，在口一1／128，一1时，计数器仍可能会溢出从而使所测频率范围受限，这时由图1我们可以看出，该电机控制系统主要有三计下溢出的次数，计数器的值c，则通过计算下式个部分组成，电机的转动方向及角速度的检测，PID就可得到精确数值：控制算法及PWM脉冲的产生以及上位机与DSP之f==(*655354间的串行通信。-C)×50ns。当V一0时，即计数器无溢出时，C值的大小便是

7、测2．1电机转动方向及转速检测量精度。在TMS320F240的事件管理器(EV)中，有一个2．2数字PID控制算法正交编码器脉冲(QEP)电路。当QEP电路使能时，会对引脚CAP1／QEP1和CAP2／QEP2上的正交编PID控制在工业控制中应用广泛，它的算法简码脉冲进行解码和计数。正交编码脉冲包含两个脉冲单，鲁棒性好，可靠性高，数字PID参数高速灵活，算序列A和B，有变化的频率和四分之一周期(90。)的法变化多样，简单方便。PID控制的原理是根据给定固定相位偏移。当电机轴上的光盘编码器产生正交编值R(f)与实际

8、输出值C(f)之间的偏差E(f)来进行码脉冲A和B时，通过检测两个序列中哪个序列领控制的。将偏差的比例(P)，积分()，和微分(D)通过先，可以测出电机的正反转；并据此对捕获的信号进线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制行加减计数(如图2所示)，从而得到当前的计数值和公式为：计数方向，即电机的角位移和转向，这一过程可由DSP内部集成的硬件来实现。)一[)+)df+