基于DSP的直流电机PWM控制系统设计.doc

1 概况 近年来随着现代信息技术的飞速发展数字信号处理技术已经广泛应用在电子、通信、计算机等众多领域,成为最热门的技术之一数字信号处理器——DSP的功能日益强大技术不断升级系统不断完善DSP技术的应用和普及,已经成为不可逆转的潮流。直流电动机具有优良的调速特性调速平滑、方便调速范围广过载能力大能承受频繁的冲击负载可实现频繁的无级快速起动、制动和反转能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现数字化控制是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后整个调速系统实现全数字化结构简单可靠性高操作维护方便电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。DSP器件的简介 DSP（Digital Signal Processor）DSP器件以其高速的处理速度和丰富的片上资源被引入到我们的控制平台，在此基础上，实现了以DSP为核心的谐波的实时检测算法和数字化控制方案。在本章中先概括的介绍DSP特点，接着介绍了我们课题中用的具体芯片TMS320F2407内部结构和功能[1][2]。 1.1.1 DSP器件的特点 （1）改进的哈佛结构 哈佛结构与传统的冯·诺依曼（Von Neuman）TI公司的DSP芯片结构是基本哈佛结构的改进类型，改进之处是在数据总线和程序总线之间进行局部的交叉连接，这一改进允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性，只要调度好两个独立的总线就可使处理能力达到最高，以实现全速运行。 （2） 在一般形式的FIR滤波器和FFT变换中，乘法是其中的重要组成部分。乘法速度越快，DSP处理器的性能越高。在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法和移位来实现的，故需要许多个指令周期来完成。例如，执行一条字相乘，80C196系列芯片要20个状态周期（如16MHz的晶振，约要2.5μS）。相比之下，DSPTMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可在一条指令周期内完成。如TMS320F2407的一条指令周期为50ns。由此可见，对于运算较复杂的算法，DSP的速度比微处理器快很多。 （4DSP指令 DSP芯片为了方便数字信号处理、提高运算速度采用了一套专用的特殊指令系统，随着特殊指令的不断丰富和完善，DSP的运算效率将越来越高。 图1.1 DSP控制器的基本原理图 （5）快速指令周期 哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的主频不断提高。目前，TMS320系列处理器的指令周期已从第一代的200ns降低至现在的5ns（TMS320C6000系列及TMS320C5000系列）。其控制器的基本原理如图1.1。 1.1.2 DSP器件的应用[3] （1）信号处理:数字滤波，自适应滤波，FFT，相关运算，谱分析，卷积，模式匹配，加密，波形产生。 （2）电机和机器人控制:在单片内集成多个DSP处理器可采用先进的神经网络和模糊逻辑控制等人工智能算法。机器人智能的视觉、听觉和四肢的灵活运动必须有DSP技术支持才能实时实现。 （3）激光打印机、扫描仪和复印机：DSP不仅仅是控制，还有繁重的数字信号处理任务，如字符识别、图像增强、色彩调整等。 （4）网络控制及传输设备：网络功能和性能的不断提高，如视频信箱、交互式电视等，要求更宽、更灵活的传输带宽，实时传输和处理数据的网络控制器、网络服务器和网关都需要DSP的支持。 （5）通讯:调制解调器,自适应均衡,数据加密,数据压缩,扩频通信,纠错编码,传真,可视电话。 （6）语音处理：语音编码,语音合成,语音识别,语音邮件,语音存储。 （7）自动测试诊断设备及仪器仪表、虚拟仪器：现代电子系统设备中，有近百分之六十的设备及资金是用于测试设备，自动测试设备集高速数据采集、传输、存储、实时处理于一体，又一广阔应用领域。 （8）图像处理：二维三维图形处理，图像压缩、传输与增强，动画，机器人视觉，模式识别。 （9）军事:保密通信，雷达处理，导航，导弹制导。如机载空-空导弹，在有限的体积内装有红外探测仪和相应的DSP处理部分，完成目标的自动锁定 与跟踪，战斗机上的目视瞄准器和步兵头盔式微光仪，需DSP完成图像的滤波与增强，智能化目标的搜索、捕获。 （10）自动控制:机器人控制，磁盘控制，自动驾驶，声控，发动机控制。 （11）医疗仪器:助听、诊断工具、超声仪,CT、核磁共振。 （12）家用电器:数字电话，数字电视，音乐合成，音调控制，玩具与游戏，高保真音响，数字收音机、数字电视。 （13）汽车:防滑刹车、引擎控制、伺服控制、振动分析、安全气囊的控制器、视像地图。 1.1.3 TMS320F2407的结构[