数字PWM直流调速系统的设计开题报告

1、 电气信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告课题名称: 数字PWM直流调速系统的设计专 业： 自动化 姓 名： 王超群 班级学号： 11-2 29 指导教师： 吴 勇 二一五 年三月三十日一、选题的意义及国内(外)的研究概况1.目前国内外的技术水平现状随着力电子技术、DSP技术的发展，全数字化直流电机PWM调速是新的发展趋势本文提出了一种基于单片机芯片的数字控制系统，取代传统的模拟PI调速系统，以提升调速系统的性能。数字直流调速装置，从技术上，它能成功地做到从给定信号、调节器参数设定、直到触发脉冲的数字化，使用通用硬件平台附加软件程序控制一定范围功率和电流大小的直流电机，尤其是方便灵活的调试方法、完善的保护功能、长期工作的高可靠性和整个控制器体积小型化，弥补了模拟直流调速控制系统的保护功能不完善，调试不方便、体积大等不足之处，且数字控制系统表现出另外一些优点，如查找故障迅速、调速精度高、维护简单，所以数字式直调系统具备了广阔的应用前景。国外主要电气公司如瑞典的ABB公司、德国的西门子公司、AEG公司、日本的三菱公司、东芝公司、美国的GE公司、西屋公司等，均己开发出了数字直流调速装置，有

2、成熟的系列化，标准化、模板化的应用产品。我国自20世纪60年代初试制成功第一只硅晶闸管|三I来，晶闸管直流调速系统也得到迅速的发展和广泛的应用。目前，晶闸管供电的直流调速系统在我国国民经济各部门得到广泛的应用。随着新型电力半导体器件的发展，16BT具有开关速度快、驱动简单和可自关断等优点，克服了晶闸管的主要缺点。我国直流调速正向着脉宽调制方式发展我国现在大部分数字化控制直流调速装置依靠进口。但由于进口设备价格昂贵，也给出了国产全数字控制直流调速装置的发展空间。目前，国内许多大专院校、科研单位和厂家也都在开发全数字直流调速装置。随着电力电子技术和微处理器的快速发展，运动控制系统的控制方式由硬件控制转向软件控制，智能化的软件控制将成为运动控制系统的发展趋势。运动系统控制器的实现方式在数字控制中也在向硬件方式发展。在软件方式中也是从运动系统的外环向内环，进而向接近电动机环路的更深层发展。目前，运动系统的数字控制大都是采用硬件与软件相结合的控制方式，其中软件控制方式一般是利用微机实现的。2.课题的意义目前，直流调速技术的研究和应用己达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速系统的出现，更提高

3、了直流调速系统的精度及可靠性。大多数调速技术都是结合工业生产中，而在民用中应用相对较少，所以应用已有的成熟技术发性能价格比高的，具有自主知识产权直流调速单元，将有广阔的应用前景。由于变额技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但纵观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速仍将处于重要地位以往直流调速系统控制器采用分立元件，其故障率高，稳定性差，技术落后，很难满足生产的需要。随着计算机技术及通信技术的发展，数字化直流调速系统成为主流。目前，国内的数字式直流调速装置主要是采用单片机构成数字调节器、数字触发器，其缺点是：系统硬件结构复杂：单片机浮点运算能力差，因而只能完成简单的控制算法，难以满足各种复杂的控制要求；系统运行的监控性能差。在这种背景下，本文用DSP作为主控芯片，其具有执行速度快(可达30MIPS)，浮点运算能力强，能够完成较复杂的控制算法的特点。在系统硬件方面，DSP芯片内集成了AD转换、事件管理器、串口通讯等功能器件使得系统硬件路设计相对简单，系统可靠性大大提高，系统运行的监控性能也得到了改善。随着电机控制技术

4、的发展，以及虚拟加载技术的出现，近年来电封闭加载技术在汽车行业得到广泛的应用，比如说在变速箱的实验平台中。因为变速箱试验台的性能主要决定于加载方法和结构形式，以前采用机械闭式试验台或内燃机驱动电涡机测功机加载的方法。前者机械结构复杂，易产生有害弯力矩，后者功耗大，能量无法回收，控制精度差，响应速度慢。国内已经改为机械式的电封闭实验平台。所以电封闭虚拟加载技术在节能降损方面有着明显的优势。实际上在许多拖动工程中，被控对象或过程的数学模型事先是难以确定的，其动态参数乃至于模型的结构仍经常发生变化。为此，需要设计一种特殊的控制系统，它能够自动地补偿在模型阶次、参数和输入信号方面非预知的变化，即自适应控制。本文以直流调速系统为实验平台，探讨了基于DSP数字PWM直流调速系统的设计 ，从而达到所要求的性能指标。二、本课题研究的关键问题及解决的思路1、本课题研究内容及关键问题研究内容：1、直流电动机的工作原理，控制过程，调速方案。2、TMS320F2812x系列DSP芯片的功能和特点，主要包括系统控制及中断、存储器及外部接口的设置、A/D转换模块的学习。3、设计基于DSP控制的直流电动机硬件系统，

5、硬件部分由主电路和控制电路构成。4、软件系统的设计:主程序、初始化程序和中断服务子程序。关键问题：（1） 如何设计检测电路？（2） 如何设计驱动电路?2、 解决关键问题的思路(1)检测电路包括电压、电流、和转速检测，选用光电式旋转编码器对直流电机测速，进入 DSP 的增量式光电编码器接口单元对速度进行采样、运算，可以求得电机给定速度与电机实际反馈速度的误差，经过速度调节器运算对电流环给定进行调节.采用霍尔电流传感器将无刷直流电机中相电流信号转换为电压信号，通过双运算放大器芯片 U1 的电压跟随送到 DSP 芯片上的两路 ADC 转换通道，最后经过转换得到数字量。通过 DSP 对相电流进行采样、运算，可以求得给定电流与反馈电流的误差，经过电流调节器运算对 PWM 波进行占空比调节。(2)驱动电路采用集成功率器件 IGBT，与使用分离元件组成的功率驱动电路相比，采用 IGBT 安全、稳定、可靠。DSP 产生的六路 PWM波，经过死区单元和输出逻辑，然后经过硬件电路的光耦隔离，六路 PWM 波最后控制 IGBT 中晶闸管的导通顺序，实现电机转速的控制。三、完成本课题的工作进度计划收集资料，准

6、备开题报告 3.224.5日理论知识的学习 4.6日4.15日翻译外文文献 4.16日4.22日系统设计的整体框图 4.23日4.29日提出系统设计方案 4.30日5.7日查找需使用器件的说明书 5.8日5.14日硬件系统设计，软件流程 5.15日5.28日编写论文、打印 5.29日6.6日准备答辩 6.7日6.11日四、参考文献1韩丰田.TMS320F281xDSP原理及应用技术M.北京：清华大学出版社，2009.306-315.2孙颖.胡军辉.裴建岗.金卫东. 基于DSP的无刷直流电机伺服系统设计J.山西电子技术,2009(6):1-7.3张世铭.王振和.直流调速系统M.武汉：华中理工大学出版社，1993.8-94王银玲.数字控制直流调速单元的研制D:硕士学位论文.西安：机械电子工程，2005.5Leonhard W Control of Electrical DrivesC， 2001.277308.6David Alter Using the Capture Units for Low Speed Velocity Estimation on a TMS320C240TMS32

7、0DSPDESIGNERS NOTEBOOK.Number C 1983.68-727Texas Instruments Second Generation TMS30 Users GuideJ. 1987，52 (6)：132-142.8朱耀忠.电机与电力拖动M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.65-74 .9陈伯时.电力拖动自动控制系统M.机械工业出版社，1991.41-48.10薛迎成，潘俊民，潘志扬，基于DSP永磁无刷直流电动机位置伺服系统J.电力电子技术，2001,35(2)：18-20.五、毕业设计起止日期自 2015 年 3 月 23 日起，至 2015 年 6 月 16 日止。六、指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日七、指导小组意见 指导小组组长(签字)： 系(签章) 年 月 日说明：1. 本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在接到“毕业论文(设计)任务书”、正式开始做毕业论文(设计)的第2周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。2. 每个毕业论文(设计)课题撰写本报告一份，作为指导教师、毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并存档。

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