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自动化毕业设计论文

DSP在PWM调速系统的应用

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时间:2013/1/8 22:03:35  作者:  来源:  查看:65  评论:0
内容摘要:第一章   绪论1.1引言    伺服系统(Servo system)亦称随动系统是自动化学科中与产业部门联系最紧密,服务最广泛的一个分支。世界上第一个伺服系统由美国麻省理工学院辐射实验室(林肯实验室的前身)于1944年研制成功,...

第一章   绪论

1.1引言

    伺服系统(Servo system)亦称随动系统是自动化学科中与产业部门联系最紧密,服务最广泛的一个分支。世界上第一个伺服系统由美国麻省理工学院辐射实验室(林肯实验室的前身)于1944年研制成功,这就是火炮自动跟踪目标的伺服系统。它属于自动控制的一种,它用来控制被控对象的转角(或位移),使其能自动的、连续的、精确的复现输入指令的变化规律。传统的伺服系统通常在精度、系统稳定性、系统抗干扰性等方面差强人意。而数字化是技术发展的必然趋势,现代伺服系统朝着高精度、快速的方向发展,朝着功能强和更复杂的方向发展。数字伺服系统的设计是基于连续伺服系统设计的基础,进一步解决实用数字控制器设计问题和解决数字伺服系统中的特殊问题。例如轴—角编码、轴角—数字转换、数—模转换、数字—轴角转换、采样周期选择、控制规律选择、控制软件设计等问题。目前一般的数字伺服控制系统都是采用工控机或者是单片机来做控制、位置和速度运算。应用工控机的系统虽然在大多数的场合下都能够稳定工作,但由于工控机高昂的价格和需要另配各种接口卡使得系统的造价很高,从而限制了数字式伺服系统的广泛应用。而采用单片机的系统则只能应用在慢速和数据量小的系统中。数字信号处理器(DSP)是专门为数字信号处理而设计的可编程微处理器,它具有灵活的指令集、内在操作的灵活性、高速的运算能力、改进的并行结构、有效的成本及DSP处理器集成了许多常用的芯片等优点。研究基于DSP的伺服跟踪系统将会使得这种新型的伺服系统的体积将会更小、重量将更轻、功耗将更低、价格将更便宜、可靠性将更高,而且这种新型的基于DSP的伺服跟踪系统已经完全可以应用于各种工业场合,以替代传统的伺服机构,并且还能够扩展到许多新的领域中去,具有非常好的应用前景。

1.2技术指标及要求

    以DSP为主控制器,通过对转台运动加以控制,实现对飞行状态模拟。转台电控系统主要实现对转台的运动方式控制,使整个转台安预定的工作方式进行运动,从而实现包括正弦摇摆运动在内的一些特定的工作。

保    精    度:    0.05°/s ~ 40°/s;

最 大 角 速 度:   60°/s;

保精度角加速度:   60°/s

最大角加速度:     100°/s

控  制  精  度:    4′   (最大误差)

1.3主要设计内容

根据系统所提出的性能指标的要求,本文将主要在以下几个方面进行讨论:

1 结合DSP和其它相关硬件,设计伺服控制系统的硬件。

2 根据课题要求和已有的硬件在DSP仿真环境下使用汇编和C语言编程,实现转台的伺服控制,并满足系统要求的控制精度。

3 对系统开环频率设计作了探讨。

4 应用MATLAB 中Simulink 对转台的设计相关内容进行仿真。

1.4方案论证

一.DSP 的选取

在研制基于DSP的伺服跟踪系统的过程中,我们将先进的数字信号处理技术、高速的数字信号处理器(DSP)应用于伺服系统中,设计一种新型的基于DSP的伺服跟踪系统。这种基于DSP的伺服跟踪系统相比于目前普遍应用的基于工控机的或者基于单片机的伺服系统不但在性能上有了很大的提高,有效地降低了系统的功耗、体积,使该系统的应用领域和应用环境更为广泛,而且该系统的成本比采用工控机的方式也大为降低。

且以高速数字信号处理器(DSP)TMS320F240为中央处理单元,配以极少的外围电路构成了检测器的核心控制部件等优点简介如下:

TMS320F240是美国TI公司专为数字电机控制应用而推出的一种低价格,高性能16位定点运算DSP。TMS320F240系列将高性能的DSP内核和丰富的微控制器外设功能集于一身,为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。

TMS320F240的主要性能如下:

1.指令周期为50µs且大多数指令为单周期;

2.面向电机控制的“事件管理器”模块:

     (1)3个通用定时器,可输出3路比较/PWM脉冲;

     (2)3个全比较单元,可输出3对带死区控制的比较/PWM脉冲;

     (3)3个单比较单元,可输出3路比较/PWM脉冲;

     (4)4个捕获引脚,用于高速I/O 管理;

     (5)正交编码脉冲单元,可直接连接光电编码器;

3.两组各8路10位10µs的A/D转换器;

4.串行通信接口(SCI)和串行外设接口(SPI);

5.看门狗定时器和实时中断定时器;

6.片内ROM或Flash存储器。

本方案的主要优点:

1.速度快,执行速度达到20MIPS,几乎所有的指令可以在50µs的单周期内完成,如此高的性能非常适合实时数据采集。

2.硬件结构简单,DSP片内具有十位A/D转换器,不需要外接A/D转换器,并且还具有丰富的可编程多路复用I/O引脚。

3.软件编程灵活,可采用C语言与汇编语言混合编程

二.力矩电机的选取

从生产机械要求控制的物理量来看,电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、伺服跟踪系统、多电动机同步控制系统等多种类型,而各种系统往往都是通过控制转速来实现的,因为本系统是伺服跟踪系统,且根据伺服跟踪系统的转动惯量和负载所需要的最大速度,最大加速度的要求。本系统采用直接驱动转台,因为该电机具有力矩大,体积小,重量轻,响应速度快,不需要冲磁等特点,并能在长期堵转或低速运行时产生足够大的转矩,因此采用直流力矩电机来控制实现的。

三.键盘显示的设计

     在键盘显示中选用HD7279A作为键盘显示接口电路由于HD7279A是一种管理键盘和LED显示器的专用智能控制芯片。它能对8位共阴极LED显示器或64个LED发光管进行管理和驱动,同时能对多达8又8的键盘矩阵的按键情况进行监视,具有自动消除键抖动并识别按键代码的功能,从而可以提高CPU工作的效率。HD7279A和微处理器之间采用串行接口,其接口电路和外围电路简单,占用口线少,加之它具有较高的性能价格比。

 

 

 

Tags:调速 系统 系统的 应用   


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