基于dsp数字信号处理器28335的永磁同步电机调速系统设计

基于dsp数字信号处理器28335的永磁同步电机调速系统设计内容摘要：

命 令和 速 度 值 图 SCI 串行通讯接收中断框图 5. 系统创新 本次系统的基于 TMS320F28335 作为主控芯片，作为 TI 公司 Delfino 系列中处于中高端的一员，以其适合于控制器的外设功能和强大的硬件浮点能力成为了工业控制当中的先进的控制核心。 本次《基于 DSP28335 的永磁同步电机调速系统设计》以 TMS320F28335 为核心，有以下创新： （ 1）采用硬件浮点算法。 目前大多数的电机控制算法都是采用定点方式进行运算，采用 TI 提供的 IQ 定点数学函数库 进行处理。 目前TMS320F28335 的函数库为了兼容前者也有 IQ 库的功能，为了更好地利用TMS320F28335 的硬件特性和浮点功能，本次系统设计采用硬件浮点的运算方式进行算法设计，提高算法的效率，减少 CPU 的负担，充分发挥TMS320F28335 的性能优势。 （ 2）采用分段 PID 参数算法。 对于不同分段的速度采用不同的 PID 参数，使各段性能达到最优，提高调速性能和不同目标速度下的调速效果稳定性。 （ 3）硬件上采用错误信号硬件保护。 对比起经过错误信号后中断处理错误，硬件直接反应停机对保护电机 和功率模块更加有效。 本次设计采用数字逻辑芯片对错误信号进行处理，出现错误信号直接阻断 PWM 信号的输出，同步处理错误中断，更好地提高保护效果。 6. 评测与结论 系统测评及运行情况 本次系统基于 DSP28335 的永磁同步电机调速系统设计所希望达到的目标是实现电机的宽范围稳定调速，并具有较高的抗干扰性能。 基本的调速目标有以下几点： 1） 电机运行速度空载情况下能在 2020rpm~2020rpm 之间调节 2） 带负载情况下能在 1000rpm~1000rpm 之间调节，并能快速稳定。 3） 运行电流稳定，并保持较完整的正弦波 波形。 以下是本次实验调试的实际数据及过程曲线： 本文的控制对象是为面装式永磁同步电动机，其具体参数如表 所示 : 表 永磁同步伺服电机参数 额定功率 KW 空载电流 A 额定转速 3000 rpm 空载输入功率 383 W 额定电流 A U 相电阻 额定转矩 V 相电阻 驱动器输入电压 三相 380V W 相电阻 实验所用主要设备： 1. DSP 控制板（ TMS320F28335）； 2. 功率驱动变频器 2 台； 3. 永磁 同步电机实验平台，包括永磁同步电机、扭矩传感器、负载电机； 4. 泰克 DPO2020 示波器，带三路高压探头，电流钳表和串行总线分析； 5. LABVIEW 上位机平台。 实验测量结果及数据采集在 下完成，在交流 220V 的供电电压下测定（直流母线电压 310V）。 系统的调速范围是 2020rpm 至+2020rpm，所有数据及曲线均在 +1000rpm转速下测得，并用到 软件的图形显示功能，能够将实际数据通过图形化显示出来。 具体实验的过程在大赛提交的视频中有完整的记录。 在视频中，分别做了以下几组实验的演示： 1. 空载状态下， 01000rpm 过程，包括正转反转。 2. 空载状态下， 01500rpm 过程，包括正转反转。 3. 空载状态下， 1500rpm 1500rpm 过程。 4. 带负载状态下， 01000rpm 过程，包括正转反转。 5. 带负载状态下， 1000rpm1000rpm 过程，包括正转反转。 所测曲线： 永磁同步电机每相电流均为正弦波，如图 所示，相电流与相电流之间相差 120176。 电角度，在 1000rpm 的转速下， U 相与 V 相电流如图 所示。 图 示波 器观察的一相电流波形 图 U 相和 V 相的电流波形 通过 CLARKE 变换及 PARK 变换，将三相电流转化成绕电机转子转动的两相电流，即 D 轴电流和 Q 轴电流，如图 所示。 图 D 轴与 Q 轴电流波形 让永磁同步电机带上一个发电机和能耗电阻作负载。 给定 1000rpm 的电机转速，电机动态响应过程如图 所示。 图 1000rpm 转速下的转速启动波形 结论及展望 本次系统设计使用了 TMS320F28335 作为主控芯片，对应用的 的永磁同步电 机进行调速控制。 本次设计完成了使用浮点功能进行的永磁同步电机的数字信号处理器方案，为提高电机控制的性能，使用更加先进的控制算法起了一个很好的开头。 从本次的实验结果看来， PID 参数的分段设计很大程度上的满足了我们系统实现的基本要求，但可以看到，单相电流的波形没有达到更加稳定的正弦波波形，从 D、 Q 轴电流图更能看出在 PI 调节后，还存在一定的震荡，需要进一步提高 PI 调节的稳定性，是往后继续提高系统性能的一个关键。 同时还能看到，速度调节虽然能达到目标值，但响应速度还有提高的空间。 综上，本次设计还有很大的提高 空间，为了完善本系统，具体的后续工作如下： 1） 提高 PID 控制性能，实现更快的电流环、速度环响应。 2） 提高速度调节范围、使调速范围能达到在177。 3000rpm 之间。 3） 在系统性能完善的条件下，进行伺服系统的调试，实现位置、速度、电流三环控制系统，并进一步实现单片 TMS320F28335 实现双电机控制的方案。 4） 完善上位机监控软件，实现系统的整体监控管理。 附录 电机控制调试平台。 本次使用的永磁同步电机如下图，为附带转速转矩传感仪的可接负载的电机调试平台。 左端为一个三相无刷电机，中间为转速转矩传感仪，右端为永磁同步电机。 附图 1 本次设计中调试用的永磁同步电机转速及扭矩测量系统 DSP28335 控制板。 本次系统设计的主要部分， DSP28335 的电机控制板。 采用 4 层板设计，有 PWM 输出端口、旋转编码器处理接口、通讯接口等。 附图 2 本系统设计的 DSP28335 控制板 功率驱动板。 本次使用的功率驱动板是改装了实验室原有的变频器进行控制。 改造后的功率驱动板如下图。 附图 3 功率驱动板 改进后的新控制板。 本次提交的系统中使用了最初设计的控制板，为了实现更进一步的要求，如双电机同步控制等功能，以在原来 的控制板的基础上设计了改进的控制板。 核心仍然采用 TMS320F28335，配以双驱动板接口、双 SPI 接口、使用更加稳定的 AD2S1210 作为旋转变压器的处理芯片等提高性能的设计。 具体如附图 4。 由于还处在调试阶段，并没有应用到本次比赛的提交方案当中。 附图 4 改进的新控制板 本科毕业设计（论文） 简明指导手册 1 毕业设计 (论文 )总论 概 述 高等院校的毕业设计 (论文 )教学过程是实现本科培养目标及规格的重要培养阶段。 毕业设计 (论文 )是学生毕业前的最后学习阶段，是学习深化与升华的重要 过程；是能力与素质培养的重要途径；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是评价高等学校教育教学质量的重要依据。 毕业设计 (论文 )的基本概念 （ 1） 毕业设计的内涵 毕业设计是高等学校应届毕业生，毕业前接受课题任务，所进行的设计过程，并取得其设计成果。 （ 2）毕业论文的内涵 毕业论文是高等学校学生毕业前所撰写的学术论文。 毕业论文表明作者在科学研究工作中取得的新成果或提出的新见解，并表明作者具有的科研能力与学 识水平。 毕业论文具有学术论文所共有的一般属性，它的构成与展开严格按照绪论、本论、结论的思维方式，以事实为基础，以严谨的推理过程为依据，得出可信的科学结论。 毕业设计 (论文 )的特点与功能 （ 1）毕业设计的特点与功能 ①毕业设计的特点 高等院校学生毕业设计具有设计内容的科学性、设计思想的新颖性、设计表述的规范性、设计条件的约束性、设计过程的综合性、设计结果的实用性等工程设计的特点外，还具有毕业设计任务的确定首先考虑教学基本要求、毕业设计时间的限定性及学业的规定性、毕业设计是在指导教师指导下独 立完成的等特点。 ②毕业设计的功能 178。 教学与教育功能 毕业设计教学过程是高等院校培养计划的重要组成部分；是进行设计科学教育，强化工程意识，接受工程基本训练，提高工程实践能力的重要培养阶段；是培养优良的思维品质，进行综合素质教育的重要途径。 通过毕业设计教学工作，培养学生综合运用多学科理论、知识与技能，解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力；培养学生树立正确的设计思想和掌握现代设计方法；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；培养学生优良的思维品质，强化工程实际意识；培养学生 2 大学 毕业设 计（论文）简明指导手册 勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神。 在毕业设计阶段，通过毕业设计教学与教育功能的实现，有益于学生科学的智能结构的形成及综合素质的全面培养。 178。 社会功能 毕业设计课题来源于实际，毕业设计成果直接或间接为经济建设服务，为生产、科研服务，为社会服务，以实现毕业设计的社会功能。 （ 2）毕业论文的特点与功能 ①毕业论文的特点 毕业论文或称学位论文是学术论文中的一种类型，具有学术性、科学性、创造性，即一般学术论文的共同属性，同时具有下列特点： 178。 毕业论文课题的确定，首先要符合教学基 本要求，同时也要兼顾科学研究实际需要，紧密联系实际。 178。 毕业论文具有时间的限定性及学业的规定性。 178。 毕业论文是在指导教师指导下独立完成的。 ②毕业论文的功能 178。 教学与教育功能 毕业论文教学过程是高等学校培养计划的重要组成部分，是学生毕业前提交的一份具有一定理论与实际价值的学术论文。 它是高等学校学生从事系统的科学研究的初步尝试；是在指导教师指导下，对取得的科研成果的综合表述。 通过毕业论文的教学过程，培养学生探求未知、探索真理的科学精神，以及优良的科学品质与科学素养；培养学生从事科学研究的基本能力。 通 过毕业论文的教学过程，检验学生综合运用基础理论、基本知识和实验技术，解决科学和技术领域有关问题的能力；检验科研基本训练的实际效果。 178。 社会功能 毕业论文是以应用研究成果作为媒介与生产和社会实际相联系。 然后，通过开发研究的成果应用于生产实际，为社会服务。 同时，毕业论文又是面向社会发表研究成果的重要手段，也是信息交流与信息存储的重要工具，从而实现其社会功能。 3 大学 毕业设计（论文）简明指导手册 毕业设计 (论文 )教学各阶段流程 表 1 毕业设计 (论文 )教学各阶段流程 指导教师上报 课 1教研室 (课程组 )召开会议进行课题审查、论证（要求纪录 院系（学术委员会）或邀请校外专家对教研室上报课题进行评 对学生公布课题，并确保一名学生做一个课题（或子课题 院系汇总通过评审的课题，并作为教学执行计划报教务 指导教师指导学生查阅相关文献（包括一定数量的外文文献 2 毕业生就课题撰写开题报告，开题报告包括以下内容 、实验方 （或阶段性结果 开题报告答辩（各院系制定答辩办法，报 教务处备案 中期检查，院系制定检查方 检查形 （含工作进展情况、存在问题、下一步计划安排等 ，学生进行答 检查组对学生的工作作出检查结 ，提出意见或建 重警告或终止毕业设计（ 院系向教务处报中期检查工作总 4 毕业答辩及成绩评定按 “大学 本科毕业设计（论文）工作规范 ”进 行 4 大学 毕业设计（论文）简明指导手册 毕业设 计 (论文 )程序安排表 内 容 教研室（课程组）确定指导 调研、选题，填写选题审批表；院系毕业设计（论文）领导小组审批选题； 负 责 人 以适当形式向学生公布课题、学生选题（指导教师选题必 以前 2 汇总选题，编制毕业设计 (论文 )教学执行计划报教务处 第 7学期 15周前 院系主任、教学秘书 3 完成毕业实习 (毕业调研 )报告及外文翻译、开题报告。 教务处随 院系主任、指导教师 4 中期检查：院制定中期检查方案。 教务处随机进 行进行抽查。 学生完成毕业设计（论 第 8学期 9周前 院系主任、教务处 院系部下达毕业设计答 会，报教务处备案。 完成 第 8学期 14周 第 教研室（课程组）、院系 6 院系部将毕业设计 (论文 )成绩 前 院系主任 处 学校毕业设计 (论文 )复答辩 8 院系组织优秀毕业设计 (论文 )评选，按教务处要 第 8学期 17周。