基于TMS320LF2407控制的铣床电机调速控制系统研究与开发
基于TMS320LF2407的电机控制系统设计
XXXXXXXX大学XXXXXXXXXXXXXX学院《DSP原理及应用》题目：基于TMS320LF2407的电机控制系统设计专业：班级：姓名：学号：指导教师：2015年 5 月 19 日摘要直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。
电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。
采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。
本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。
重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。
对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。
关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速;前言电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。
无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。
据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。
同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。
电动机与人的生活息息相关，密不可分。
电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。
简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。
然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。
直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。
基于TMS320LF2407A的开关磁阻电动机调速系统硬件电路的设计
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发 了一 套 开关磁 阻 电 动机 调 速 系 统 硬件 电路 ， 提 既
基于TMS320LF2407控制的双闭环直流调速系统研究
中图分 类号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３
文献标识码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ８ ６ ６ ２ ０ ｝２—０ ７ —０ １０ —５ ９ （０ ７ ０ ０１ ３
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｏ ｂ ｅｃｏ ｅ ｏ ｔｄ ｎ ｄ ｕ ｌ ｌｓｄ ｌ ｐ Ｉ ｏ Ｘ；ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｍ Ｓ ２ Ｌ ２ ０ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ Ｔ ３０ Ｆ ４７
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基于TMS320LF2407A的直流电机调速系统的设计
引言现代化建设离不开机械，而机械运转的动力很多是由电机提供的，这主要包括了直流电机和交流电机两种，虽然交流电机的发展将最终取代直流电机，但直流电机还将在很长一段时间里一直占据重要地位。
直流电动机具有良好的启动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛地应用。
特别是如轧钢机、龙门刨床和高精度机床等传动中，直流电机都占主要地位。
1、直流电机概述1.1直流电机调速方法定子励磁绕组通过直流电流I时产生励磁磁势F和主磁通。
电枢绕组通过电枢电流I，则产生电枢反应磁势F。
由于直流屯机的电刷在几何中线AB上，因此励磁磁势F 与电枢反应磁势F。
正交。
通常直流电机在其主磁极上加有补偿绕组，电枢反应磁势对主磁通没有影响。
直流电机电枢绕组中的电流I。
与定子主磁通相互作用，产生电磁力和电磁转矩，电枢因而转动。
这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性，从而有优良的转速调节性能。
因此，调速方法三种：(1)调节电枢供电电压u改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法．对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。
I变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。
(2)改变电动机主磁通西改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通，从电动机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。
I变化时遇到的时问常数同I变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
(3)改变电枢回路电阻R在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便．但是只能有级调速，调速平滑性差，机械特性较软：空载时几乎没什么调速作用；在调速电阻上消耗大量电能。
改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。
弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。
基于TMS320LF2407A直流电机闭环调速控制系统的设计
王 朕 ，刘 陵顺 ’ 鲁 芳 ．唐永红 ，
（ ． 军航 空 工程 学 院 控 制 工 程 系 ， 东 烟 台 ２ ４ ０ ； ． 台职 业 学 院 材 料 工程 系 ， 东 烟 台 ２ ４ ７ ） １ 海 山 ６ ０ １ ２烟 山 ６ ６ ６
摘 要 ：ｆ对 某 型 直 流 电 机 调 速 系 统 的 要 求 ， 用 Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７ 和 ＡＴ ９ ５ ｅ ｔ 采 ＭＳ ２ Ｌ ２ Ｏ Ａ ８ Ｃ ｌ设 计 一 种 双 核 直 流 电 机 闭 环 调 速 控 制
Hale Waihona Puke Ｄｅ ｉ ｎ ｆｃｏ ｅ ｏ ｐ ｏ ａ ｉ ｐｅ ｄ ｒ ｇ ｌ ｔ ｒ ｏ ｓｇ ｏ ｌ ｓ ｄ ｌ ｏ ｒ ｔ ｔｎｇ ｓ ｅ ｅ ｕ ａ ｏ ｆＤＣ ｏ ｏ ｍ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ＴＭ ￥ ２ ＬＦ２ ０ Ａ ａ ｅ ｎ ３ ０ ４ ７
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基于TMS320LF2407的材料试验机集成数据采集及控制系统的研制
一
定 ，测试规定 非 比例伸 长应力 、规定残余 应力 、总
伸长应力 以及 屈服点和上 屈服点 时 ，弹性 范围 内的
应 力速率应符 合规定 ，并保 持测试 机 固定 于这一速
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基 于 Ｔ Ｓ ２ ２０ Ｍ ３ ０ ４ ７的材 料 试 验 机 集 Ｌ Ｆ 成数据采集及控 制 系统 的研 制
迟 耀 丹 艾 大 鹏 杨 小 天 王 亚 娟 ， ， ，
（． １ 吉林建筑工程 学院 电气与 电子信 息工程 学院 ，吉林 长春 １０ ２ ； ３０ １
２大陆汽车电子 长春 有限公 司 ，吉林 长春 １０ ３ ３ ０ １ Ｃ ｉａ ｈ ｎ ｃ ｕ １ ０ ２ ， ｈ ｎ
２Ｃｎｉ ｎａＡ ｔ ｏｖ ｈｎｃｕ ｏ Ｌｄ，Ｃ ａｇｈｎ １０３， ｈｎ） ．ｏｔｅｔ ｕ ｍ ｔ ｅ ａｇｈｎＣ ． ｔ． ｈｎｃｕ ３０３ Ｃ ｉａ ｎ ｌ ｏ ｉ Ｃ
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基于TMS320LF2407控制的铣床电祝调逮控制系统研究与开发
充 电 ， 使 Ｃ 上 的 电 压 接 近 ＋ Ｖ。 当 ９ １ ５ ＭＳ Ｅ 导通而Ｖ １ ＯＦＴ Ｄ 截止时，ｃ 自举，Ｄ 截 ９ ７
止，ｃ 上存储 电荷为 Ｉ２ 的高端驱动 ９ Ｒ １０ １ 输 出提 供 电源 。 自举 电容 应选 用 损耗 小 、绝缘 电阻高 、频 率特 性好 的电容。
从 而使该 系统更适用于调速 系统。 【 关键词 】直流 电机 ，Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７ Ｓ 控制 ＭＳ ２Ｌ ２０ ，Ｄ Ｐ
Ｉ６ ０ Ｒ ４ 的最 小漏源 击穿 电压 为２ ０ ，最 ０Ｖ 在 工程 实 践 中 ，有 许 多生 产 机 械 大栅 源 电压 为 ±２ Ｖ ０ ，超 过此 限度值 ， 如铣 床 电机要求在 一定 的范 围内进 行速 即使 电流被 限制在很小值 ，也 可能击穿 度 的平滑调节 ，并且要求有 良好 的静、 栅源 间的氧化 层而造成损坏 。为此 ，在 动态 性能 。由于直流 电动机 具有 极好的 Ｉ Ｆ ４ 的栅源 间加 了１ ｖ Ｒ６ ０ ５ 的齐纳二 极管 运 行 性 能 和 控 制 特 性 ，尽 管 它 不 如 交 流 Ｉ ４ ４ 和 一 个 ２ Ｋ Ｎ ７４ ０ 无 感 电 阻 ， 用 以 Ｑ的
为 了 满 足 电 极 快 速 前 进 与 快 速 回 刻 ，对应输 出端 有输 出信号 ；当Ｓ 端为 Ｄ ４ 试 验 结 果 与 误 差 分 析 ． 退 的双向运动 需要 ，驱动器产生 的驱动 高 电平时 ，将 同时关断高端和低端 的输 按 照 以上 原 理 和 设 计 结 构 。设 计 该 １输 力 必须能改变方 向，这就要求在磁场 方 出信号 ，这为保 护功率管和 电机提 供了 调 速 系 统 参 数 如 下 ： （ ） 入 电 压 ： 单 相 交 流 ２ ０ 士 １％ （） 流 电机 额 定 电 ２Ｖ ０ 。 ２直 向恒 定 的 条 件 下 ， 线 圈 内能 流 过 两 个 方 很 好 的 可 控 性 。 正 常 工 作 时 ， 电源 对 自
TMS320LF2407 DSP结构、原理及应用实验指导书
TM S320LF2407 DSP结构、原理及应用实验指导书郑群英编著重庆大学――美国德州仪器公司数字信号处理解决方案实验室2003年8月实验一TMS320LF2407 DSP实验开发系统及CC软件应用一．实验说明在本书的程序设计实例中，是以DSP微控制器TMS320LF24x芯片作为设计对象，以TMS320LF2407芯片构成的实验开发系统作为目标系统；用XDS510硬件仿真器通过JTAG 接口与开发调试主机联接，来建立程序的联机调试环境。
Windows版的Code Composer（简称CC）是一个功能强大的高级语言交互式调试器，它具有较多的菜单命令，对于经常用到的调试操作提供了相应的工具按钮。
CC的功能非常丰富，不可能对其所有功能全面介绍，本着从简单实用角度出发，本次实验将以一个程序例子，说明如何使用CC’C2000来开发简单的汇编程序、编译并使用仿真器运行这一程序。
同学们也可以根据自己的应用问题，尝试创建新的项目、新的工作组和新的源文件。
二．实验目的1．认识TMS320LF2407 DSP实验开发系统的硬件结构。
2．了解TMS320LF2407 DSP应用程序的开发调试流程。
3．学习使用CC’C2000调试TMS320LF2407 DSP程序。
三．实验内容1．预习附录四、五中的相关内容2．CC’C2000使用操作练习四．实验操作练习下面将引导同学们利用CC’C2000建立一个简单的项目，并且进行一些基本的调试，以帮助同学们尽快地熟悉集成开发环境CC’C2000典型的使用方法。
1．实验设备链接在联机调试时，需要将调试主机PC、XDP硬件仿真器及待调试的目标系统按如下方法进行链接：•用JTAG排线电缆两端链接的仿真头分别插入实验板上的J2插座引脚和仿真器；•用并口电缆将PC主机并行口与仿真器相连；•将稳压电源的输出调为＋5V分别引入P10插座引脚的1、2和3、4中；•将＋5VDC/1.5A电源原边接220V交流电压，副边链接仿真器外接电源插孔（针对XDSPP仿真器）。
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基于TMS320LF2407控制的铣床电机调速控制系统研究与开发
作者：巩厚富孔祥飞何建新
来源：《电子世界》2012年第17期
【摘要】设计出应用于直流电动机的单闭环直流调速系统，结合控制理论的相关知识以及直流调速系统的新型算法，采用光电传感器测速，采用了目前比较流行的数字信号处理器(DSP)作为系统的控制器，其处理速度较高，正好符合本实现实时性要求高的特点；在主电路上，本系统采用了传统的三相桥式全控整流电路，从而使该系统更适用于调速系统。
【关键词】直流电机，TMS320LF2407，DSP控制
1.绪论
在工程实践中，有许多生产机械如铣床电机要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。
由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。
当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，大有取代直流调速系统的趋势，由于全数字直流调速系统的出现，目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。
直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。
因此，直流调速系统的应用研究具有实际意义。
2.控制系统的硬件设计
为了满足电极快速前进与快速回退的双向运动需要，驱动器产生的驱动力必须能改变方向，这就要求在磁场方向恒定的条件下，线圈内能流过两个方向的电流，因此功率驱动电路必须是H型桥式斩波驱动电路。
其中功率开关器件采用IR公司的IRF640功率MOSFET管。
IR640的最小漏源击穿电压为200V，最大栅源电压为±20V，超过此限度值，即使电流被限制在很小值，也可能击穿栅源间的氧化层而造成损坏。
为此，在IRF640的栅源间加了15V的齐纳二极管IN4744和一个20KΩ的无感电阻，用以降低振荡和减小峰值电流。
由于MOSFET内部的续流二极管在高频PWM开关下恢复时间不甚理想，为此，分别在4个IRF640的漏源之间各接了一个快恢复二极管，即VD1、VD2、VD3、VD4，选用MUR820，驱动电路见图1。
直流电机方向控制：
H桥的前置驱动采用IR公司的IR2110。
IR2110是一种双通道高压高速功率MOSFET驱动器。
由TMS320LF2407提供的PWM脉冲信号通过隔离变换后作用于控制输入端和，两路输
出和与输入和相对应，当关闭功能端SD为低电平时，在对应输入端的上升沿时刻，对应输出端有输出信号；当SD端为高电平时，将同时关断高端和低端的输出信号，这为保护功率管和电机提供了很好的可控性。
正常工作时，电源对自举电容的充电是在快恢复二级管VD1的导通期间进行。
此时MOSFET截止，其源极电位接近地电位，+15V电源通过D7给C9充电，使C9上的电压接近+15V。
当MOSFET导通而VD1截止时，C9自举，D7截止，C9上存储电荷为IR2110的高端驱动输出提供电源。
自举电容应选用损耗小、绝缘电阻高、频率特性好的电容。
D7、D8应选用快恢复二极管，且反向耐压要能满足电路要求。
由软件来生成两路带死区的PWM信号PWM1和PWM2。
经过隔离、驱动、光电隔离整形电路，分别加到功放前置驱动芯片IR2110的高低输入端。
然后驱动H型桥式功放电路中两组MOSFET管，产生有规律的双极性电压，加在直流直线电机线圈上，从而控制直流电机的转动方向。
通过调节PWM脉冲宽度，从而控制直流电机的速度[2]。
3.液晶显示模块(如图2)
在液晶显示方面，我们利用到了LED及驱动，液晶显示能有效直观的反应出结果，使我们能对所发生的现象一目了原，驱动芯片为74HC244。
4.试验结果与误差分析
按照以上原理和设计结构。
设计该调速系统参数如下：(1)输入电压：单相交流220V士10%。
(2)直流电机额定电压：5V。
(3)调速范围：1:30。
对该系统的运行的可靠性做了实验验证。
该电流控制凋速系统进行了开环运行试验和闭环运行试验。
系统开环试验使用直流发电机作负载。
在保证电枢电压Ud=5V的情况下得到系统开环静特性曲线.如图3-1所示。
可以看出系统开环运行调速特性基本保持线性，这是与理论分析相吻合的。
保持速度给定不变，调节系统负载，可以得到加入闭环调节后调速系统的静特性曲线，图3为给定速度分别为
1750r/min，l400r/min，1000r/min时的静特性曲线。
在直流电机控制系统的仿真模型上，对直流电机的权值自调整模糊PI的控制算法进行了仿真测试。
直流电机参数为：额定电压Un=5V；电枢电阻Rn=0.087，电枢电感La=0.01H，励磁电阻Rf=240，励磁电感为Lf=0，互感lf=1.23H；粘滞摩擦系数Bm=0.02。
通过常用PID参数整定法，确定PI参数为：Kp=1.6，Ki=16，L=le一4。
5.小节
本调速系统，在设计完整个系统的基础上，进行试验，试验结果证明系统控制方案、控制芯片选择等方案的可行性。
参考文献
[1]陈国呈.PWM变频调速技术[M].机械工业出版社,2000.
[2]王跷明,王玲.电动机的DSP控制[M].北京:航空航天大学出版社,2006.
[3]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社,2008.
【基金项目】黄冈师范学院2011年实验教学示范中心大学生创新活动项目（项目编号：zx1105）。
作者简介：
雷学堂（1968—），男，湖北罗田人，黄冈师范学院物理与电子信息系教授，主要从事电子技术应用方面的教学和研究工作。