基于TI2812DSP的无刷直流电动机控制软件设计

三江学院

本科毕业设计（论文）

题目基于TI2812 DSP的无刷直流电动机

控制软件设计

电气与自动化工程学院院电气工程及其自动化专业学号B05071006

学生姓名邢小强

指导教师熊田忠

起讫日期2009年2月23日至2009年5月25日设计地点L422

摘要

无刷直流电机既具有直流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，还具备交流电机运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，现已广泛应用于工业控制的各个领域。

本文在对无刷直流电动机调速系统的发展及应用综述的基础上，介绍了采用DSP芯片对无刷直流电动机进行换向与转速控制的微机控制系统。文中给出了系统的总体设计方案，分析了无刷直流电机的工作原理、控制电路、驱动电路，提出了软件控制无刷电机的策略。阐述了软件框架的基本结构以及各个模块的具体设计方法。文中还对DSP芯片（TMS320F2812）进行了一些介绍。

最后运用实际的硬件平台以及上位机软件（LabVIEW）对无刷直流电动机进行监控，证明了该系统工作良好，达到了预期目标。

关键词：无刷直流电动机，DSP芯片，软件控制

Abstract

Brushless DC motor with a DC motor is simple in structure, reliable operation, easy maintenance, such as a series of advantages, also has high efficiency AC motor run, no excitation loss and good speed, and many other advantages, has been widely used in various industrial control field.

This article in the brushless DC motor speed control system overview of the development and application on the basis of the paper introduces the DSP chip on the exchange of brushless DC motor and speed control to the Microcomputer Control System. In this paper, the overall design of the system program, analysis of the brushless DC motor working principle, control circuit, driver circuit, a software strategy for brushless motor control. Framework set out the basic structure of software modules, as well as the specific design methods. The article also DSP Core (TMS320F2812) to introduce a number.

Finally, the use of the actual hardware platform, as well as PC software (LabVIEW) for brushless DC motor control, show that the system is good, reaching the target.

Keywords: brushless DC motor, DSP chips, Control Software

目录

第一章绪论............................................................................................................................. - 1 -

1.1 无刷直流电动机的发展现状.................................................................................... - 1 -

1.2 DSP与无刷直流电动机的联系................................................................................ - 2 -

1.3 本文研究的内容........................................................................................................ - 3 - 第二章无刷电动机的结构及工作原理................................................................................. - 4 -

2.1无刷直流电动机的结构............................................................................................... - 4 -

2.2无刷直流电动机的工作原理....................................................................................... - 4 - 第三章电机控制中的DSP的特点和选择.............................................................................. - 7 -

3.1 TMS320F2812的简介................................................................................................... - 7 -

3.2电机控制中的DSP的特点.......................................................................................... - 8 -

3.3 DSP软件设计特点..................................................................................................... - 10 -

3.3.1 DSP开发环境CCS2000 ............................................................................... - 10 -

3.3.2 C语言与汇编语言的分析比较....................................................................... - 10 - 第四章电机控制中的DSP软件设计.................................................................................... - 12 -

4.1 各模块的程序及说明................................................................................................ - 12 -

4.1.1系统时钟的初始化模块.................................................................................. - 12 -

4.1.2 事件管理器EV的初始化模块....................................................................... - 13 -

4.1.3 串行通讯SCI的初始化模块 ......................................................................... - 15 -

4.1.4 输入捕捉(CAP)中断 ..................................................................................... - 16 -

4.1.5定时器T1 ......................................................................................................... - 19 -

4.1.6 DSP与上位串口通信协议.............................................................................. - 20 -

4.2 DSP程序的总体框架.............................................................................................. - 21 - 第五章结论及展望................................................................................................................. - 22 -

5.1 结论.......................................................................................................................... - 22 -

5.2 展望.......................................................................................................................... - 22 - 参考文献................................................................................................................................... - 23 - 致谢 .......................................................................................................................................... - 24 -

第一章绪论

1.1 无刷直流电动机的发展现状

直流电动机具有很多优点，如优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的起动转矩、简单的控制电路等，长期以来一直广泛地应用在各种驱动装置和伺服系统中。但是直流电动机的电刷和换向器却成为阻碍它发展的障碍。机械电刷和换向器因强迫性接触，造成其结构复杂、可靠性差、变化的接触电阻、火花、噪音等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能。因此，长期以来人们一直在研究一种不用电刷和换向器的直流电动机。

随着电子技术、功率半导体技术和高性能的磁材料制造技术的飞速发展，这种想法已经能够实现。无刷直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，因此使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，使它一经出现就以极快的速度得到发展和普及。无刷直流电动机用一套电子换向装置代替了有刷直流电动机的机械换向装置，保留了有刷直流电动机宽阔而平滑的优良调速特性。同时又克服了有刷直流电动机机械换向带来的一系列缺点，具有高能量密度，高转矩惯性化，高效率等特点。

2 0世纪8 0年代以后，随着电力电子技术、微电子技术和现代电机控制理论的发展，使得交流调速系统也逐步具备了宽调速范围、高调速精度、快速动态响应以及四象限运行等良好的技术性能，其取代直流调速系统已成为必然的发展趋势。交流调速系统一般说来由同步电动机调速系统和异步电动机调速系统两大部分组成。但是近年来，永磁同步电动机因其突出的优点而在中、小功率电气传动系统中获得了广泛的应用。其中具有梯形波反电动势的永磁同步电动机，常被称为无刷直流电动机(即方波电动机);而具有正弦波反电动势的永磁同步电动机，则被称为正弦波永磁同步电动机。由于无刷直流电动机的定子电流为方波驱动，它相对正弦波永磁同步电动机的正弦波驱动来讲，在相同的条件下逆变器获取方波要比获取正弦波容易得多，再加上其控制方发法也比正弦波永磁同步电动机的简单，而且我国稀土储量世界第一，生产大容量的无刷直流电动机已成为可能。永磁无刷直流电动机控制系统是随着永磁电动机和电力电子技术的发展而不断完善发展的，它主要具有以下的优点:

a.永磁无刷直流电动机出力大、重量轻、体积小、效率高并且转动惯量小，目前它已成为高性能驱动场合的理想伺服电动机。

b.与直流调速系统比较：无刷直流电动机无电刷和机械换向器、工作可靠、无电火花产生，同时它又具有类似于普通直流电动机的调速性能。由于无刷直流电动机的调速原理与普通直流电动机的相同，因此由它们组成的调速系统也较为类似，在无刷直流电动机调速系统中可以借鉴普通直流调速系统的成熟设计经验。

c.与异步电动机调速系统比较:其控制方法简单，功率变换器不必为电机提供无功功率，并且电机转子无励磁、效率高、低速性能好。

d.与一般变频调速的同步电动机比较：它不存在失步问题，并且提高了动态性能，而与采用矢量控制的同步电动机相比，其控制结构简单，便于工程化。

综上所述，无刷直流电动机既具备交流电动机结构简单、工作可靠、维护方便、寿命长等优点，也具备普通直流电动机运行效率高、转矩大、调速方便、动态性能快等优点，同时克服了普通直流电动机机械换向所引起的电火花干扰，维护难等诸多缺点，它综合了直流电动机和交流电动机的优点，是新一代电气传动的发展方向之一。

1.2 DSP与无刷直流电动机的联系

无刷直流电机与电力电子技术、数字信号处理技术、自动控制技术等密切相关，其中的一个关键问题是要解决电子换向控制器的设计和实现。电子换向控制器的发展经历了模拟控制电路、模拟数字混合控制电路、专用集成控制电路、微处理器控制电路、数字信号处理器控制电路等阶段。从发展趋势来看，以数字信号处理器DSP为核心的控制电路将代表无刷直流电机电子换向控制器的发展方向。随着控制算法的日趋复杂，需要处理的数据量大大增加，加之实时性和精度要求的不断提高，微处理器的处理速度己不能满足要求，人们自然而然地想到了具有快速运算能力的数字信号处理器。近年来，各种集成化单片DSP 的性能得到很大的改善，软件和开发工具越来越多，越来越好，价格却大幅度降低，从而使得DSP器件及技术更容易使用，价格也能为广大用户接受。而各大DSP生产厂商纷纷推出自己的内嵌式DSP电机控制专用集成电路，使得DSP与无刷直流电机的结合成为一种必然趋势。近年来，无刷直流电机的研究工作者正热衷于研究取消位置传感器，而实现无位置传感器控制将是无刷直流电机研究的发展趋势，并且无位置传感器控制的实现常常和DSP联系在一起。