基于DSP的BDCM位置伺服系统设计与实现

摘要

本文主要研究基于高性能数字信号处理器(DSP)的无刷直流电机(BDCM)位置伺服系统。内容包括位置伺服系统的方案设计、伺服电机的选型、位置控制系统设计、系统硬件控制电路设计和系统软件设计，并实现了相应的软件和硬件系统． 在位置伺服系统方案论证中，进行负载计算，系统控制元件选型，并分别介绍每个控制元件的原理。位置伺服系统的硬件结构上采用带霍尔位置反馈的无刷直流电机，大减速比的谐波减速器，TI的TMS320F2812A高性能数字信号处理器和智能功率模块(IPM)。 在位置控制系统设计中，本文详细介绍无刷直流电机的基本组成环节及工作原理，给出无刷直流电机的数学模型。在此基础上按预定的性能指标进行位置伺服系统设计，包括电流环设计、速度环设计及位置环设计。为尽量减小系统位置跟踪的滞后，引入前馈控制。此外还分析系统稳定性和系统的频域特性。 在系统设计的硬件设计中，分别论述系统的主回路、功率单元、微处理器及控制单元，以及接口电路。重点介绍几个主要的电路设计和一些重要电子元器件及其参数的选择。 在系统控制软件设计中，首先探讨TI DSP程序开发流程及几个关键问题，然后阐述控制系统结构化设计的编程思想，接着给出主程序和各子程序的流程图，以及部分关键程序的代码，最终实现位置伺服系统电流环、速度环及位置环的设计。 最后，对实际系统的进行整体调试，进行阶跃响应测试和正弦跟踪测试，给出了结论。实践证明该系统工作良好，达到了预期目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的意义及背景

1.2国内外发展现状

1.3所做的主要工作

1.4论文结构

第2章位置伺服系统方案设计

2.1位置伺服系统构成

2.2系统负载计算

2.3谐波减速器选择

2.4电机选择

2.5功率驱动单元

2.6位置反馈单元

2.7电流传感器

2.8本章小结

第3章位置伺服系统动态设计

3.1伺服电机分类

3.2无刷直流电机控制原理

3.2.1无刷直流电机的结构

3.2.2无刷直流电机的控制

3.3无刷直流电动机数学模型

3.4功率放大器的模型

3.5电流环设计

3.6转速环设计

3.7位置环设计

3.8前馈补偿

3.9离散PID算法

3.10本章小结

第4章位置伺服系统硬件设计与实现

4.1硬件的总体结构

4.2 DSP电路设计

4.2.1 DSP芯片选型及功能简介

4.2.2时钟

4.2.3 DSP电源管理

4.3电流采样电路

4.4位置信号接口电路

4.5电机速度检测接口

4.6电机霍尔位置反馈接口

4.7 D/A电路设计

4.8隔离电路设计

4.9智能功率器件电路设计

4.9.1 IPM的特点

4.9.2 IPM应用电路

4.10本章小结

第5章伺服系统软件设计与实现

5.1 DSP程序开发

5.1.1 DSP程序开发流程

5.1.2汇编语言环境

5.1.3 C语言环境

5.1.4 cmd文件

5.1.5数的定标

5.2系统软件分析和设计

5.3系统功能实现

5.3.1系统主程序

5.3.2电流环及PWM输出模块

5.3.3 A/D模块

5.3.4 D/A模块

5.3.5位置信号检测

5.3.6速度反馈模块

5.3.7位置环和速度环控制

5.4本章小结

第6章系统试验及结果分析

6.1实验平台

6.2静态试验

6.3动态实验

6.3.1阶跃响应

6.3.2正弦跟踪测试

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢