DSP原理及电机控制应用
步进电机控制方案 dsp
步进电机控制方案 DSP简介步进电机是一种常用的电动机类型，适用于需要精确定位和高扭矩输出的应用场景。
与其他电机类型相比，步进电机具有较高的位置控制精度和较低的成本。
本文旨在介绍一种基于DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）的步进电机控制方案，以实现精确的步进电机控制。
DSP介绍DSP是一种专门用于数字信号处理的芯片或系统。
其优势在于能够高效地进行信号处理、算法运算和数据处理。
DSP芯片通常带有多个高性能的计算核心和丰富的外设接口，适用于各种实时应用。
在步进电机控制方案中，使用DSP作为控制器可以实现高精度的位置控制和快速响应。
步进电机控制原理步进电机是一种需要以离散的步进角度进行控制的电机。
其控制原理基于电机内部的定子和转子之间的磁场交互作用。
步进电机的转子通过电流驱动产生磁场，定子通过相序切换实现转子的转动。
控制步进电机的关键是准确控制相序的切换和电流的驱动。
基于DSP的步进电机控制方案可以通过以下步骤实现：1.位置规划：根据实际需求，确定步进电机需要旋转到的位置。
这可以通过输入命令、传感器反馈或计算算法等方式得到。
2.相序切换：根据位置规划，确定相序的切换顺序。
相序切换是通过控制电机驱动器中的逻辑电平来实现的。
DSP通过输出控制信号控制驱动器的相序切换，从而实现电机的转动。
3.电流驱动：根据步进电机的特性和要求，确定合适的电流驱动参数。
通过DSP输出的PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）信号和驱动电路，实现对电机相线施加准确的电流驱动。
4.反馈控制：根据应用需求，添加合适的反馈控制机制来实现闭环控制。
常见的反馈控制方式包括位置反馈、速度反馈和力矩反馈等。
DSP步进电机控制方案的优势相比传统的微控制器或PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制方案，基于DSP的步进电机控制方案具有以下优势：•高性能：DSP芯片具有强大的计算能力和实时性能，可以实现复杂的控制算法和快速响应。
DSP及各种电机控制简介
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4.DSP的硬件学习
4.2 通用输入输出GPIO模块的学习
• GPIO多路复用（MUX）寄存器 来选择对复用引脚的操作。引 脚以他们的通用I/O名称来命名 （例如GPIO0~GPIO87).这些引 脚可以被单独地选为数字I/O进 行操作，简称GPIO.
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1.直流电机
各种电机的简单控制
2.步进电机
3.永磁无刷电机
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1.直流电机的PWM控制
• 方法一：利用DSP的PWM模 块进行脉宽调制，调节占空 比，通过L298N驱动模块，控 制直流电机的转速。
• 方法二：通过DSP的定时器对 L298N的使能端口不断发出翻 转电平，也能达到对直流电 机转速的控制
• 由于电子开关线路的导通次序 是与转子转角同步的，因而起 到了机械换向器的换向作用。
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4.DSP的硬件学习
4.3 EPWM模块的学习
• 增强型脉宽调制（EPWM）模块作 为F2833XDSP的重要外设，使用非 常广泛，在商业及工业电子电力
系统的控制中得到了广泛的应用，
如数字式电机控制系统，开关电
源。
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4.DSP的硬件学习
4.3 ECAP模块的学习
• 增强型捕获（eCAP）模块常用于需 要对外部事件进行精确计时的场合， 例如旋转机械的速度测量、位置传 感器脉冲之间的时间差测量、脉冲 序列信号的周期和占空比测量等。
1.对DSP的基本了解
DSP 芯片
2.简单的控制系统介绍 3.DSP的软件学习
4.DSP的硬件学习
DSP在电机控制中的应用及发展
１电机 控舒技 术的发 晨 模 拟控 制技 术时期 ： １世纪 中 叶先后 诞生 的直流 电机 和交 流 电机 ，最 ９ 初 只是 为人 们提 供 一种稳 定 的动 力 ，所 以那 时的 电机控 制 只是解 决 它 的启
弦波 电压 供 电时的理 想 圆形 磁通 轨迹 为基 准，用 逆变 器功 率开关 器件 的８ 个 状态 （ 对应 ８ 电压 矢量 ）产 生的磁 通逼近 圆形磁通 轨迹 ，脉冲 序列 的脉宽 个
动 与停止 ，大 部分 的控制用 简单 的触 点开 关电器 即能解 决 。
模数 混合 控制 技术 时期 ：２世 纪 ７年代 ，微 处理 器技 术剐 开始 不久 。 Ｏ Ｏ
这种 处理 器 构成 电机 的控 制系 统需 要辅 以大 量 的外 围数字 逻辑 电路芯 片和 模拟 电路 芯片 ，不但 结构复 杂 ，体 积大 ，抗 干扰性 能也 差 。
全数字 控制 技术 时期 ：随着 ／Ｐ 入式 片上系 统Ｓ Ｃ 出现 ， 使得系 统 ） 嵌 Ｓ Ｏ的 实 时性 地 完成 电机 控制 的运 算速 度 越 来 越快 ，处 理 各种 复 杂 运算 不 再 困 难 ，系统 的整 体控 制性 能也 越来 越好 。 目前 ，数字 化控 制 成为 了 电机控 制 技 术发展 的主 流，而 Ｄ Ｐ 已成为这 项技 术的核 心 。 Ｓ现
一
频 率指
器 在 电机 数字 控制系 统 中 已显现 出越 来越 大的优 势 。电机控 制专 用ＤＰ Ｓ一般 具 有 以下几个特 点 ： １ ）采用 开发 厂商 原来 的某 个定 点ＤＰ 内核 ，在此 基础 上改 进 电路结 Ｓ为 构 ，提 高了 时钟 频率 ，指令系 统与该 系列定点 ＤＰ 容 。２ Ｓ兼 ）增加 了微 控制器 （ ）的外 围电路功 能，具有 多路 快速的ＡＤ 删 ／转换 电路，定时／ 计数 电路、输 入信号捕捉 电路 、完善 的中断控制体系及 看 门狗抗干扰 电路 。３ ）芯 片内设计 了电机专用的输 入／ 出接 口和特 殊的逻辑 部件，如供位置 和速度检测用 的正 输 图ｌ 单相 感应 电动机 控制 电路 图 ３２ ＤＰ 于 交流 电机 矢 量控 制 。矢 量控 制 是 交流 异步 电机 的 一种 高 ． Ｓ用 性 能变 频调 速控 制方 式 。它 是在 异 步 电动 机 的数 学模 型基 础上 将 电机定 子 绕组 中耦合 在 一起 的磁通 电流和 力矩 电流 通过 坐 标变 换分解 出来 。矢 量 控 制 既对 电机 驱动 电压 的频 率和 幅值 进行 控 制 ，又 同时控 制 电机 驱动 电压 的 相位 ， 因此控 制 精度 高 ，低频 特性 好 ，转 矩动 态 响应速 度快 。使用 以下数
dsp电机控制原理及应用
dsp电机控制原理及应用DSP电机控制原理及应用数字信号处理技术（DSP）在电机控制中的应用越来越广泛，其原理和应用如下：1. 原理DSP电机控制的原理基于对电机运行状态的实时监测和处理。
通过采集电机的传感器信号，并利用DSP芯片对信号进行数字化处理和分析，可以实现对电机的精确控制。
DSP电机控制的主要原理包括以下几个方面：- 电机速度闭环控制：通过对电机速度进行闭环控制，可以实现精确的速度调节和稳定的转速控制。
- 电流控制：DSP可以对电机的电流进行采样和处理，通过控制电机的电流大小和相位，可以实现电机的精确转矩控制。
- 位置控制：通过对电机位置信号的处理和反馈，可以实现对电机转动位置的准确定位和控制。
2. 应用DSP电机控制广泛应用于各种类型的电动机控制系统，如直流电机控制、交流电机控制和步进电机控制等。
根据电机控制的需求和应用场景的不同，DSP电机控制可以实现以下几个方面的功能：- 速度闭环控制：实现对电机转速的精确控制，用于需要稳定速度的应用，如风扇、泵等。
- 转矩控制：通过对电机电流的控制，实现对电机转矩的精确调节，适用于需要精确转矩输出的应用，如工业机械、机器人等。
- 位置控制：通过对电机位置信号的处理和反馈，实现对电机位置的准确定位和控制，适用于需要精确位置控制的应用，如CNC机床、自动化设备等。
- 动态响应控制：利用DSP的高性能计算能力和实时控制能力，可以实现对电机动态响应的控制，适用于对电机响应速度要求较高的应用，如印刷机、包装设备等。
综上所述，DSP电机控制原理简单明了，应用广泛。
凭借其优秀的数字信号处理能力和实时控制特性，DSP电机控制在电机控制领域具有重要的地位和广阔的应用前景。
第十五、十六、十七章 电机控制-TMS320F28335 DSP原理、开发及应用-符晓
数字PID调节器
PI调节器
r(t)
e(t)
+
比例P 积分I 微分D
+ +
u(t)
被控对象
c(t)
+
U (s)
(KP
KI s
KDs)E(s)
离散化
s z 1 zT
u(k)
u(k
1)
(KP
KIT
KD T
)e(k )
(KP
2KD T
)e(k
1)
KD T
e(k
2)
u(k 1) a0e(k) a1e(k 1) a2e(k 2)
p->Qs = p->Beta * p->Cos - p->Alpha * p->Sin;
}
SVPWM技术基本原理
uβ O
u2 uref
uα
u1
TCMPC TCMPB TCMPA
PWM1
PWM3
PWM5
000
100 110
TS
111 110 100 000
参考电压矢量合成示意图
七段式SVPWM的脉冲波形
中断服务程序流程图
SVPWM算法
中断返回
异步电动机的DSP控制
* r
rg
PI
is*m
AψR
*
Te* PI
Lr
ASR
np Lm
is*t
rg
检测 磁链 rg 信号 观测
模型 g
PI
A_Im_R
电压 前馈 单元
usm
usm
us*m
ust
us*t
us*α
反Park 变换 us*β
DSP在电机控制系统中的应用
2. 1启动控制 晶闸管控制着系统的启动,是电机控制系统的开
关，电机的端电压除了与功率因数有关,还与触发角有 着密切联系，但是端电压和控制角之间缺少相同的控 制属性。PID控制算法简单、实用性强、应用广泛，控 制参数之间没有关联,且参数计算简单,实践和理论证 明，其是最优控制器。使用PID控制电机启动，应用其 自动化调整功能，对控制参数出现的偏差进行调整，根 据电机参数变化，调整电机控制策略，保证电机稳定运 行,可实现DSP控制系统的智能化控制。电机启动有 两种，即限流和全压。限流启动的原理是将PID控制 应用于电机控制系统，通过调整电机允许的最大电流, 来控制电机启动，当PTD控制接收到电流处于稳定值 的反馈信号后，结束启动控制。全压启动的原理是控 制角的触发脉冲快速增长至最大值，同时端电压增长 至给定值，电机控制系统中的过电流需设置较高，一般 为给定值的5倍,当电机内的启动电流超过系统的过 电流给定值时,PID控制启动，通过降低电机电流，进 行电机启动控制。 2.2停车策略
DSP控制系统通过编写的程序，判断电机的运行 状况，并发出控制指令，由PWM信号输出端口输出调 制的脉冲，形成晶闸管触发脉冲,然后输入到光耦合器 件,经过反相器处理后,使触发信号放大，进入脉冲变 压器，实现DSP对晶闸管的控制。
3结语
DSP技术作为一种新型技术，通过对电压和电流 信号的采集和处理运行编写的程序，对电机进行启动、 停车处理,提升了电机整体性能,促进了电机控制系统 的智能化发展。DSP电机控制系统具有自动检测功 能,可判断电机启动状态，保证电机正常启动，实时监 管电机运行过程中电压和电流的波动情况，当发现异 常后,及时进行调整,维护电机稳定、安全运行,提升电 机运行效率。
(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)
10个DSP在工业控制上的实际应用,包括机器人、直流电机等
杂的语音信号处理和动作指令控制，FPGA系统的开发降低了时序控制电路和
逻辑电路在PCB板所占的面积，使机器人的大脑的语音处理部分微型化、低功
耗。
基于DSP的传感器制备系统的设计方案
基于光机电技术和控制理论,以TMS320LF2407A数字信号处理器为核
术研究中需进行大量的计算,如模糊控制、卡尔曼滤波和路径导引等,并且系统
对数据的实时性要求很高,所以采用数字信号处理器(DSP)作为移动机器人主控
CPU。
基于DSP和电压反馈的机器人多轴运动控制器的设计
本机器人控制系统结构是一个典型的PC+运动控制器模式，其中，主控
计算机要求体积小、运算速度快，通常采用嵌入式工控机。
性能和高可靠性的优点结合起来的分布式工业控制系统。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
基于DSP控制的无刷直流电机的电动执行器的设计
基于TMS320F240数字信号处理芯片、智能功率模块IPM、无刷直流电
动机的智能电动执行器的驱动系统具有以下主要特点：控制电路简单、软件代
替硬件、开发速度快、系统运行平稳。
基于DSP与FPGA的机器人声控系统设计方案
本次设计采用了性价比较高的数字信号处理芯片TMS320VC5509作为
心,建立了一种数字式的传感器制备系统。根据传感器制备系统的机械原理、总
体结构和各个组成部分的实现方式,提出了基于TMS320LF2407A的控制系统
的设计与实现。
基于DSP-LF2407A和CAN总线的分布式电机控制系统设计
本系统为一个基于分布式现场总线CAN总线进行通讯，以DSP为微控
制器的电机控制系
DSP原理及电机控制应用
DSP原理及电机控制应用课程论文题目：基于DSP 实现的步进电机控制器的设计学院：电气工程学院班级：自动化1101 学号： ************ *名：***指导老师：***基于DSP 实现的步进电机控制器的设计(北方工业大学)田红芳李颖宏王欢文章编号:1008- 0570(2007)01- 2- 00223- 02引言DSP(Digital Signal Processor)是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器, 其采用先进的软、硬件结构, 其内部的程序空间和数据空间分开, 可以同时访问指令和数据, 并且具有事件模块管理功能及快速的中断处理功能, 其以高性能及日趋低价位的特点, 越来越广泛地应用于信息处理、控制系统中。
TMS320LF2407 芯片作为一款定点DSP 控制器尤为适合于控制系统, 其所包含的事件管理模块, 可以极为方便的实现电机数字化控制。
步进电机是数字控制系统的一种常见的执行元件,其接收数字控制信号( 电脉冲信号) , 并转换成与之相对应的角位移或直线位移。
步进电机具有开环控制无累计误差的优点,控制系统结构简单, 因而得到了广泛的应用。
本文所介绍的是一种基于TMS320LF2407 实现的步进电机控制系统的设计。
1 系统硬件构成整个系统分为五个部分组成: DSP 中央控制器TMS320LF2407, 步进电机及驱动, 光电编码器, 键盘及液晶显示部分, 以及整个系统的外围电源电路及看门狗复位电路组成, 如图1 所示。
这个系统设计中, 由键盘设定给定转速( 位置) , 通过中央控制器TMS320LF2407 来产生PWM脉冲信号来控制步进电机的转速(位置), 可以采用光电编码器对步进电机的转速( 位置) 进行采样检测实现闭环控制, 也可以采用开环控制无需转速( 位置) 信号, 以上过程中的多个变量、参数可以在液晶显示屏上得到直观地反映。
整个硬件结构简单直观, 中央控制器TMS320LF2407 还剩余丰富的I/O 及中断资源, 在此设计基础上具有一定的扩展空间。
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DSP原理及电机控制应用
课程论文
题目：基于DSP 实现的步进电机控制器的设计
学院：电气工程学院
班级：自动化1101 学号： ************ *名：***
指导老师：***
基于DSP 实现的步进电机控制器的设计
(北方工业大学)田红芳李颖宏王欢
文章编号:1008- 0570(2007)01- 2- 00223- 02
引言
DSP(Digital Signal Processor)是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器, 其采用先进的软、硬件结构, 其内部的程序空间和数据空间分开, 可以同时访问指令和数据, 并且具有事件模块管理功能及快速的中断处理功能, 其以高性能及日趋低价位的特点, 越来越广泛地应用于信息处理、控制系统中。
TMS320LF2407 芯片作为一款定点DSP 控制器尤为适合于控制系统, 其所包含的事件管理模块, 可以极为方便的实现电机数字化控制。
步进电机是数字控制系统的一种常见的执行元件,其接收数字控制信号( 电脉冲信号) , 并转换成与之相对应的角位移或直线位移。
步进电机具有开环控制无累计误差的优点,控制系统结构简单, 因而得到了广泛的应用。
本文所介绍的是一种基于TMS320LF2407 实现的步进电机控制系统的设计。
1 系统硬件构成
整个系统分为五个部分组成: DSP 中央控制器TMS320LF2407, 步进电机及驱动, 光电编码器, 键盘及液晶显示部分, 以及整个系统的外围电源电路及看门狗复位电路组成, 如图1 所示。
这个系统设计中, 由键盘设定给定转速( 位置) , 通过中央控制器TMS320LF2407 来产生PWM脉冲信号来控制步进电机的转速(位置), 可以采用光电编码器对步进电机的转速( 位置) 进行采样检测实现闭环控制, 也可以采用开环控制无需转速( 位置) 信号, 以上过程中的多个变量、参数可以在液晶显示屏上得到直观地反映。
整个硬件结构简单直观, 中央控制器TMS320LF2407 还剩余丰富的I/O 及中断资源, 在此设计基础上具有一定的扩展空间。
本设计采用的是55BF03 型相反应式步进电机, 其接收数字控制信号( 电脉冲信号) , 并转换成与之相对应的角位移或直线位移。
此设计是用中央控制器TMS320LF2407 产生的PWM环形脉冲信号经过信号分配以及功率放大传送给步进电机实现对步进电机的角位置或直线位移控制, 所以此步进电机的驱动结构设计由以下几部分组成, 脉冲信号, 信号分配, 功率放大, 步进电机及负载, 如下图2 所示。
在这个设计中基于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面的考虑, 在这里设计成产生一个三相六拍信号来进行步进电机的控制, 通电顺序为A- AB- B- BC- CCA,步距角为1.5°,功率放大采用的是典型的单压驱动方式。
光电编码器的选择, 可以选择增量式编码器或绝对值编码器, 前者适用于速度检测, 后者适用于位置检测。
编码器的A、B信号与正交解码脉冲单元QEP 相对应的引脚连接, 可以检测出步进电机的速度( 位置) , 并且能够判断出步进电机的旋转方向。
在显示方面, 由于液晶显示器( LCD) 点阵式或图形式不仅可以显示字符、数字, 还可以显示各种图形、曲线和汉字, 并且可以实现屏幕上下田红芳:副教授左右滚动、动画、闪烁、文本显示等功能, 功耗小、体积小、质量轻、超薄等诸多其它显示器无法比拟的优点, 用途十分广泛。
本系统设计中用到的是HY- 12864 图形液晶显示器, 它内置两块HD61202 液晶显示控制驱动器, 此屏幕的最大显示范围为128*64。
HY- 12864 引出的以下控制信号:读写信号(R/W) 、数据或指令信号(RS) 、左、右屏片选信号(CS1、CS2) 、使能信号( E) 及数据总线(DB0 - - DB7) , 由TMS320LF2407 的I/O 口直接控制, 连接原理图如下图3 所示。
2 软件设计
在整个软件设计中, 共包含主程序、步进电机驱动程序、液晶显示驱动程序, 按键扫描中断程序、编码器检测换算程序等程序块。
下面着重介绍一下步进电机驱动程序及编码器检测换算程序。
在步进电机驱动程序设计中, 充分运用TMS320LF2407 控制器的事件管理模块。
在TMS320LF2407 中各有一个16 位比较寄存器CMPRx( x=4、5、6) , 每个比较器各有两个比较PWM输出引脚, 产生3 路PWM输出信号, 控制电机转速( 位置) , 其输出引脚极性将由控制寄存器(ACTR) 的控制位来决定, 根据需要选择高电平或低电平作为开通信号。
在PWM信号调制中需要周期一定的载波, 这时用到了定时器3, 它以内部CPU 时钟作为输入, 工作于连续增/减计数模式下, 产生PWM脉冲输出, 产生的脉冲为一个环形可变脉冲, 这时由T3PR 定时周期下溢和上溢时产生中断, 刷新周期值, 进行PWM调整。
最后, 此设计中把给定转速转化成相对应的二进制码, 用29297 除以给定转速即得到PWM基数, 所得到的PWM数值再乘以3 得到定时器3 的T3PR 的周期值, 对应不同频率的PWM脉冲输出, 如图4, 电机运行中断程序框图。
光电编码器的检测利用正交解码脉冲单元QEP, A、B 分别与正交解码脉冲单元的两个通道QEP1 和QEP2 相连。
正交解码脉冲单元QEP 具有方向检测功能, 它的方向检测逻辑辨明两个序列中哪一个是先导序列, 接着可以产生方向信号作为所选定时器的方向输入, 如果QEP1 输入的是先导序列, 则所选的定时器增计数; 反之QEP2 输入的是先导序列, 则所选的定时器减计数。
注意两列正交输入脉冲的两个边沿都被正交解码脉冲单元计数, 因此产生的时钟频率是每个输入序列的4 倍。
在本系统中把定时器2 用为作为计数器, 它以正交解码脉冲单元产生的时钟作为输入, 与正交解码脉冲单元QEP1、2 共同作用, 对编码器信号进行检测, 换算成所对应的转速( 位置) 信号。
本文所介绍的步进电机控制方案, 其创新点在于利用MS320LF2407的事件管理模块, 可以简单有效的控制步进电机的速度( 位置) 。
系统中并设计了相应的人机界面, 进行相应变量的显示、操作, 同时该系统留有一定的资源可以方便系统的扩展。