基于DSP的双闭环直流电机调速实验系统设计

摘要

直流电机调速控制系统作为电机控制系统的一个主要方面，直流电机调速系统拥有调速方便、平滑，在大范围内可以较容易地实现平滑调速，过载能力大，可实现频繁地无级快速起制动和正反转等诸多优点，因此，被广泛应用于工农业生产过程中。随着电子技术、集成电路技术和半导体技术的发展，微机和数字控制处理器芯片的运算能力和可靠性都得到了极大的提高，以微处理器为核心控制器的直流电机数字控制系统正在不断地取代传统的模拟器件控制系统，早期的数字控制系统主要是以单片机作为核心处理芯片，近些年，随着DSP芯片技术的发展，DSP处理器正以其丰富的片内资源和高效的运算处理能力在电机调速控制中越来越占据着主流地位，同时，DSP技术的发展也为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持。本课题以SKJ-Ⅱ随动实验系统装置为被控对象，设计基于TMS320F28335 DSP的电机调速数字控制器，以实现对SKJ-Ⅱ随动实验系统电机调速控制的数字化改造、优化。 本课题首先研究了SKJ-Ⅱ随动实验系统装置的结构组成、功能特点、工作原理，还对系统电机进行了机理和实验建模，得到了电机的传递函数模型，并结合系统结构特点和功能要求，给出了电机调速系统的电流环、转速环双闭环控制方式。然后在前期研究工作的基础上，设计了以TMS320F28335为主处理器的系统控制器硬件部分，硬件部分主要包括：DSP控制单元、供电单元、驱动单元、信号调理单元、通讯单元、显示单元等，在系统硬件基础上，并根据系统功能要求，设计了系统的软件控制程序，在软件控制中，采用了经典的 PID控制算法，软件程序部分包括初始化程序模块、主程序模块和中断子程序模块，主程序模块主要有显示程序模块、算法处理模块等，中断程序模块主要包括ADC模块、PWM模块、SCI通信模块等。 最后，对控制系统进行了软硬件联合调试，功能实验测试，实验结果表明，该控制系统能较好地实现对SKJ-Ⅱ随动实验系统的电机调速控制，各项控制性能指标良好，实现了对SKJ-Ⅱ随动实验系统电机调速控制的数字化改造、优化，使该实验系统能更好地应用于教学科研中。

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