基于DSP的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 基于DSP的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要: 隨著電子節(jié)能技術(shù)，材料，稀土永磁，微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，傳感技術(shù)，控制理論和制造電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的迅速發(fā)展，交流伺服有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并已逐步取代援助DC，流量伺服系統(tǒng)的現(xiàn)行制度。近年來(lái)，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)維權(quán)援助體系的快速發(fā)展作出了越來(lái)越高的要求，分期和輔助系統(tǒng)尤其是高速旋轉(zhuǎn)陣列具有長(zhǎng)時(shí)間工作，并提出了系統(tǒng)的援助，如高速，高可靠性和強(qiáng)大的抗抗干擾能力強(qiáng)等更高的要求。本文結(jié)合文獻(xiàn)資料，從永磁同步電機(jī)、電力電子器件、控制策略及電機(jī)控制集成電路等方面比較全面地分析和總結(jié)了永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，并設(shè)計(jì)了基于 DSP 的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，以此來(lái)滿足伺服系統(tǒng)的需求。 關(guān)鍵字：伺服系統(tǒng)；永磁同步電機(jī)；DSP；PID Based On The DSP Synchronous MotorSpeed Control System Design Abstract: With the rapid development of power electronics, rare earth permanent magnet materials, microelectronics, computer control technology, digital signal processing technology, sensor technology, motor control theory and motor manufacturing technology, AC servo systems which gradually replac the DC servo systems have made great progress and become the mainstream in servo system. Recent years, demands such as high-speed, high-reliability and disturbance rejection in radar servo system are increasingly presented with the development of modern defense industry, especially in rotating phased array radar and the radar which needs to work long hours. In this paper, the development of permanent magnet synchronous motor servo system is analyzed and summarized comprehensively in the aspects of the permanent magnet synchronous motors(PMSM), power electronics, control strategy and motor control IC etc. A DSP-based PMSM servo system is designed and set up in order to satisfy the needs in modern radar servo system. Keywords: Servo System; Permanent magnet synchronous motor(PMSM); DSP；PID II 目錄 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 設(shè)計(jì)意義 2 第2章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 4 2.1本課題主要研究?jī)?nèi)容 4 2.2整體設(shè)計(jì)方案 4 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 5 3.2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 6 3.3 控制電源 6 3.4 DSP 最小系統(tǒng) 7 3.5 IGBT驅(qū)動(dòng)模塊 9 3.6 系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 10 3.6.1 整流電路 10 3.6.2 濾波電路 10 3.6.3 逆變電路 11 3.6.4 緩上電電路 11 3.6.5 泵能泄放電路 11 3.7 系統(tǒng)檢測(cè)與保護(hù)電路設(shè)計(jì) 12 3.7.1電流檢測(cè)與電流保護(hù) 12 3.7.2 角度位置（速度）檢測(cè) 12 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 14 4.1 軟件總體結(jié)構(gòu) 14 4.2 主程序 15 4.3 中斷服務(wù)程序 15 4.3.1 定時(shí)器中斷程序 15 4.3.2 功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷程序 16 4.3.3 SVPWM產(chǎn)生程序 17 4.3.4 電流和電壓采樣程序 17 4.3.5 速度計(jì)算程序 18 4.4 PID控制算法 18 4.5 PID參數(shù)整定 19 總結(jié) 21 致謝 22 參考文獻(xiàn) 23 附錄1 24 附錄2 25 附錄3 26 II 第1章 緒論 1.1 研究背景 永磁伺服系統(tǒng)屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要任務(wù)是受控對(duì)象的位置、方位、狀態(tài)等輸出量能夠精確、自動(dòng)、連續(xù)地跟隨給定值或輸入量的變化規(guī)律。在交通運(yùn)輸、國(guó)防、家用電器以及機(jī)械制造等領(lǐng)域永磁伺服系統(tǒng)都有非常廣泛應(yīng)用。 伴隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、電機(jī)控制理論及電機(jī)制造技術(shù)的快速發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)有了很大進(jìn)步，并已經(jīng)逐步取代了直流伺服系統(tǒng)子在應(yīng)用中的統(tǒng)治地位，成為了伺服系統(tǒng)的主流。近年來(lái)現(xiàn)代國(guó)防工業(yè)的飛速發(fā)展，雷達(dá)伺服系統(tǒng)也被提出了越來(lái)越高的要求，諸如高可靠性、高速和強(qiáng)抗干擾能力等要求。本文結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，比較全面地總結(jié)和分析了永磁電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并設(shè)計(jì)了基于 DSP技術(shù)的永磁電機(jī)伺服控制系統(tǒng)，以此來(lái)滿足社會(huì)高速發(fā)展和科技不斷進(jìn)步的需要。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)先進(jìn)的電機(jī)控制方法在永磁同步電機(jī)上的實(shí)際運(yùn)用研究較少，而永磁同步電機(jī)相對(duì)于異步電機(jī)效率較高，從我國(guó)節(jié)能減排國(guó)策來(lái)看，永磁同步電機(jī)必將取代異步電機(jī)，所以基于DSP的永磁電機(jī)必將有廣闊的發(fā)展前景。 國(guó)外交流伺服產(chǎn)品生產(chǎn)廠家很多，如日本的安川公司、三菱公司、松下公司，德國(guó)的西門子公司、KEB公司、BOSCH公司，美國(guó)的Kollmoen公司等已先后生產(chǎn)出了性能很好的伺服控制器。他們的交流伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)已采用驅(qū)動(dòng)部件在美國(guó)是最大的，而且在美國(guó)的技術(shù)最先進(jìn)的伺服系統(tǒng)生產(chǎn)廠擁有目前市場(chǎng)上大部分的全數(shù)字DSP芯片的市場(chǎng)份額。內(nèi)部交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)起步較晚落后海外發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)落后，有很多缺點(diǎn)，技術(shù)落后主要限于實(shí)用算法缺乏數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊更可靠，與國(guó)外相比能量。 國(guó)內(nèi)永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行了很多研究但主要還存在著以下不足；1）國(guó)內(nèi)對(duì)永磁同步電機(jī)的研究工作主要側(cè)重于電動(dòng)機(jī)本體的研究，對(duì)其調(diào)速控制系統(tǒng)的研究工作較少。2）對(duì)于永磁同步電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)的理論研究和仿真研究較多，生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的成果較少，比如，先進(jìn)的電機(jī)控制方法在永磁同步電機(jī)上的實(shí)際運(yùn)用研究較少。3)受到國(guó)內(nèi)設(shè)備經(jīng)費(fèi)等條件的限制，對(duì)國(guó)際上電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中的前沿性課題研究較少。目前的對(duì)交流電機(jī)的控制有恒壓比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方案。恒壓頻比控制屬于無(wú)傳感器的開環(huán)控制，因此調(diào)速性能不是很高。在電壓幅值、頻率和電機(jī)負(fù)載不匹配時(shí)容易出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。目前已經(jīng)提出許多方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，提高系統(tǒng)的效率并保持穩(wěn)定。矢量控制是基于坐標(biāo)變換的一種控制方法。以磁鏈這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量作為參考坐標(biāo)將定子電流分解為相互正交的兩個(gè)分量：定子電流勵(lì)磁分量和定子電流轉(zhuǎn)矩分量。然后分別對(duì)其獨(dú)立控制從而獲得像直流電機(jī)一樣的良好動(dòng)態(tài)特性。永磁同步電機(jī)的矢量控制實(shí)質(zhì)是對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量的相位和幅值進(jìn)行控制。直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，我國(guó)雖然對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究已取得了很大的發(fā)展，但在理論和實(shí)踐上還很不成熟，低速性能不高帶負(fù)載能力較差等，都直接影響著其在實(shí)踐中的應(yīng)用。 1.3 設(shè)計(jì)意義 隨著自動(dòng)化生產(chǎn)水平，性能伺服系統(tǒng)的需求越來(lái)越高的不斷發(fā)展。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，永磁同步電動(dòng)機(jī)，其運(yùn)行可靠，可實(shí)現(xiàn)高精度，高性能的動(dòng)態(tài)，大范圍的速度和位置控制，越來(lái)越多的關(guān)注和設(shè)備DSP與單片機(jī)目前流行的具有比較強(qiáng)大的性能結(jié)構(gòu)大提高其處理速度和控制精度已在基于DSP的永磁同步電機(jī)的順序，其性能大大提高不僅是它具有良好的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力，還因?yàn)榫哂胸S富的控制電路和電機(jī)周邊接口資源，使得簡(jiǎn)化了硬件和軟件設(shè)計(jì)，并且控制系統(tǒng)所需體積較小。 數(shù)字交流伺服系統(tǒng)在當(dāng)代許多高科技領(lǐng)域上都得到了比較廣泛的應(yīng)用，永磁同步電機(jī)因其有著很多電勵(lì)磁電機(jī)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，比如效率高，功率因數(shù)高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，溫升低，抗過(guò)載能力強(qiáng)等所以其作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的交流伺服系統(tǒng)也逐漸成為伺服系統(tǒng)發(fā)展的主流，加上全數(shù)字化必將是未來(lái)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，因此研發(fā)高品質(zhì)的全數(shù)字化永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)（DSP)的伺服控制單元將全面代替以模擬電子器件為主的伺服控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)。全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將原有的硬件伺服控制變成了軟件伺服控制，從而使在伺服系統(tǒng)中可以應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法成為可能。 永磁同步電機(jī)作為交流電機(jī)的一種克服了直流電機(jī)沒(méi)有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)和異步電動(dòng)機(jī)相比，它由于不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，因而效率高功率因數(shù)高力矩慣量比大定子電流和定子損耗減??；且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)、控制性能好；和普通同步電機(jī)相比，永磁同步電機(jī)省去了勵(lì)磁裝置簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)提高了效率；更為重要的是近年來(lái)，永磁材料的研究取得了新的突破，特別是具有高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性退磁曲線等優(yōu)異性能的新型磁材料的出現(xiàn)和相應(yīng)的工藝技術(shù)的發(fā)展使得永磁電機(jī)成本不斷降低，性能不斷提高?？朔诉^(guò)去永磁同步機(jī)成本高啟動(dòng)困難等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)已逐漸引起業(yè)內(nèi)人士的重視并出現(xiàn)了不少重要的研究成果特別是IT公司的TMS320C2000系列的DSP就提供了多種控制系統(tǒng)使用的外圍設(shè)備整合了DSP和微控制器的最佳特性，這類DSP特別適用于控制領(lǐng)域，使永磁同步電機(jī)的全數(shù)字控制成為可能。 本文綜述了國(guó)內(nèi)外永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。 第2章 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 2.1本課題主要研究?jī)?nèi)容 本課題主要是依托雷達(dá)伺服系統(tǒng)的需求，分析和研究了國(guó)內(nèi)外永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r，并在借鑒和吸收研究成果的基礎(chǔ)上，開展相關(guān)技術(shù)的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： （1）以 DSP（TMS320F28335）處理器作為控制核心，以這個(gè)IGBT模塊作為功率轉(zhuǎn)換核心，包括DSP最小系統(tǒng)電路，一個(gè)電路接口，一個(gè)電路檢測(cè)，整流濾波電路，逆變器電路中，泵可放電電路，一個(gè)電路緩沖，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路執(zhí)行測(cè)試和研究，考慮到這個(gè)基礎(chǔ)的硬件電路實(shí)施方案的不同組件。 （2）根據(jù)測(cè)試方法選擇的主題，電路硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的組合以在主程序執(zhí)行為核心，常規(guī)中斷服務(wù)為重心實(shí)現(xiàn)法規(guī)的PI，實(shí)現(xiàn)速度（位置）的采樣和計(jì)算，最近采樣和算術(shù)，矢量的變化，SVPWM算法，和PWM信號(hào)生成，通信的軟件設(shè)計(jì)。 （3）設(shè)計(jì)和構(gòu)建完善的永磁同步伺服電機(jī)平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，這樣的設(shè)計(jì)文件由系統(tǒng)完成，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證詳細(xì)，準(zhǔn)確性和合理性通過(guò)硬件測(cè)試系統(tǒng)和設(shè)計(jì)軟件的認(rèn)證，并驗(yàn)證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)必要的性能。 2.2整體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)主要包括數(shù)字控制電路、反饋電路、保護(hù)電路、逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電源電路等，控制板以DSP芯片（TMS320F28335）為控制核心；利用編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋，通過(guò)PID控制算法來(lái)控制IGBT導(dǎo)通的最終輸出波形PWM逆變器控制電路和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制。當(dāng)系統(tǒng)工作在閉環(huán)狀態(tài)控制伺服，DSP芯片的實(shí)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集和電流保護(hù)，根據(jù)該算法控制，以達(dá)到最佳性能所需的實(shí)際工作條件下，電源板驅(qū)動(dòng)IGBT模塊為基礎(chǔ)，通過(guò)整流電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)三相交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，然后將PWM控制電路波形以此來(lái)控制IGBT的開通和中斷，DC電源為電動(dòng)機(jī)所需交流電源后所述。硬件系統(tǒng)分為控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的電源，設(shè)計(jì)充分考慮到了各種組件的適用性和擴(kuò)展性的原則，將系統(tǒng)分為兩大部分，分別為控制硬件電路板和功率驅(qū)動(dòng)電路。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 硬件電路是永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它是系統(tǒng)安全、穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。本章包括DSP系統(tǒng)的最小設(shè)計(jì)，電路測(cè)試，整流濾波電路，逆變器電路，驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，本設(shè)計(jì)采用TMS320F28335為控制核心，使擴(kuò)展系統(tǒng)IS61LV51216選擇模塊，IGBT FP100R12KT4作為驅(qū)動(dòng)全省主要整流橋和一個(gè)溫度傳感器，以提高系統(tǒng)的集成，此外，利用MAX3160 RS485和RS232接口實(shí)現(xiàn)選擇電路，也用作轉(zhuǎn)換元件AD2S1210位置的串行通信接口電路。在通過(guò)電路設(shè)計(jì)硬件電路的細(xì)節(jié)和計(jì)算分析，考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和通用性，硬件電路設(shè)計(jì)，通過(guò)一章調(diào)試和測(cè)試驗(yàn)證的硬件電路設(shè)計(jì)的精度和效率。 永磁同步伺服電機(jī)系統(tǒng)集數(shù)字電路，模擬電路，驅(qū)動(dòng)電路和實(shí)時(shí)控制軟件為一體，以實(shí)現(xiàn)永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和位置控制。硬件電路設(shè)計(jì)決策的系統(tǒng)規(guī)格，同時(shí)也決定系統(tǒng)的操作安全可靠性。 本章分別DSP芯片TMS320F28335模塊和IGBT為電路控制系統(tǒng)的核心展開對(duì)功率驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)分析，在控制電路的外周的研究中以及控制電路的基礎(chǔ)上，主電路，短路檢測(cè)和電路防御，計(jì)算和選擇，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)分為一控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的電源，設(shè)計(jì)中充分考慮到的各種組件，功能和應(yīng)用的原理，其中分為控制面板硬件（控制電路）和汽車充電器（驅(qū)動(dòng)電路）兩部分?？刂瓢錎SP芯片（TMS320F28335），為通過(guò)電路輸出RDC分解器激勵(lì)信號(hào)和反饋分解器信號(hào)的控制中心進(jìn)行處理，以獲得轉(zhuǎn)子的最后位置的信息，多通道AD芯片電動(dòng)機(jī)電樞電流信號(hào)是冠軍相結(jié)合的信息轉(zhuǎn)角位置，最終控制PWM波形輸出，在IGBT導(dǎo)通逆變器控制電路和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制。當(dāng)系統(tǒng)在閉環(huán)伺服控制的狀態(tài)的工作原理，DSP芯片實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)電樞電流信號(hào)與給定的信號(hào)速度分別與所述參考電流和速度，比較根據(jù)由所述算法需要的實(shí)際的工作條件的限制，以達(dá)到最佳性能。其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-1。 圖 3-1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖 3.2 DSP介紹 DSP 最小系統(tǒng)是控制板能否正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是能對(duì) DSP 進(jìn)行調(diào)試的最基本硬件電路，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響整個(gè)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，最小系統(tǒng)主要包括了 TMS320F28335 芯片、電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和仿真接口電路 JTAG，其中 DSP 引腳圖如圖3-5所示。 圖3-2 DSP控制器引腳圖 TMS320F28335處理技能150MHz的高速處理速率，具有32位處理單元的浮點(diǎn)，六通道支持DMA ADC，McBSP的和EMIF，有多達(dá)18個(gè)通道的PWM輸出，包括更高準(zhǔn)確度的PWM輸出，為6路IT所特有，16通道12位ADC。由于其單元浮點(diǎn)，用戶可以快速地寫控制算法，而無(wú)需耗費(fèi)大量的時(shí)間和能量處理，相比前一代的DSC的分?jǐn)?shù)的操作中，平均的性能提高了50％，并且定點(diǎn)的C28x控制器和兼容軟件，簡(jiǎn)化了軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。F2833x 150MHz的時(shí)鐘速率，在保持相同的情況下，新的浮點(diǎn)控制器的F2833x與以往主要的TI控制器的數(shù)字信號(hào)，50％的平均性能改善相比較。具有32位定點(diǎn)快速傅立葉變換（FFT）算法的復(fù)雜計(jì)算采用后性能提升顯著，不斷引進(jìn)新技術(shù)后，相比于提高性能一倍以上， TMS320F28335熟悉信號(hào)處理器具有以下特性： （1）高性能靜態(tài)CMOS技術(shù) –多達(dá)18個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)輸出 –1.9V/1.8V內(nèi)核，3.3VI/O設(shè)計(jì) –高分辨率脈寬調(diào)制器(HRPWM)輸出 （2）高性能32位CPU（TMS320C28x） –高達(dá)6個(gè)事件捕捉輸入，單精度浮點(diǎn)單元（FPU）（只在F2833x上提供） –多達(dá)兩個(gè)正交編碼器接口 –16x16和32x32介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)運(yùn)算 –高達(dá)8個(gè)32位定時(shí)器 （6個(gè)eCAP以及2個(gè)eQEP） –16x16雙MAC –高達(dá)9個(gè)32位定時(shí)器 –哈佛(Harvard)總線架構(gòu)（6個(gè)ePWM以及3個(gè)XINTCTR） –快速中斷響應(yīng)和處理 （3）三個(gè)32位CPU定時(shí)器–統(tǒng)一存儲(chǔ)器編程模型 –高效代碼（使用C/C++和匯編語(yǔ)言） –多達(dá)2個(gè)控制器局域網(wǎng)(CAN)模塊?6通道DMA處理器 –高達(dá)2個(gè)McBSP模塊（可配置為SPI） （4）16位或32位外部接口(XINTF) –一個(gè)SPI模塊 –超過(guò)2M16地址范圍 （5）一個(gè)內(nèi)部集成電路(I2C)總線 （6）12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) –2x8通道輸入復(fù)用器128K16閃存，34K16SARAM –兩個(gè)采樣保持 –單一/同步轉(zhuǎn)換64K16閃存，26K16SARAM–內(nèi)部或者外部基準(zhǔn) –1Kx16一次性可編程(OTP)ROM?多達(dá)88個(gè)具有輸入濾波功能可單獨(dú)編程的多路復(fù)用 3.3 系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 主系統(tǒng)時(shí)鐘輸出信號(hào)由片上時(shí)鐘發(fā)生器，分頻或倍頻時(shí)鐘信號(hào)源ORA生成。時(shí)鐘發(fā)生器包括兩個(gè)獨(dú)立的元件，一個(gè)鎖相回路（PLL）和一個(gè)振蕩器。內(nèi)部振蕩器包括一個(gè)鎖相環(huán)（PLL），和一個(gè)振蕩器。鎖相環(huán)（PLL）可以使ORA時(shí)鐘信號(hào)的頻率是源時(shí)鐘頻率，相位和時(shí)間的倍數(shù)，其時(shí)鐘相位鎖定在源時(shí)鐘信號(hào)上。時(shí)鐘信號(hào)電路如圖 3-2 所示。 圖 3-3 時(shí)鐘電路信號(hào) 3.4 電源模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中的控制電源主要用到了+12V、-12V、+5V、+3.3V 和+1.9V，本系統(tǒng)的控制輸入電源為+24V，因此，系統(tǒng)中首先采用兩塊 DC/DC 電源模塊將+24V 轉(zhuǎn)換為12V 和+5V，模塊供電電源電路如圖 3-3所示。 而對(duì)于 TMS320F28335 所需的+3.3V 和+1.9V 電源，電源電路如圖 3-3所示。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用了 TI 公司的專用電源芯片TPS767D301，該電源芯片為5V 輸入，可輸出+3.3V 和+1.9V 兩路電源供 DSP 使用，CPU電源電路如圖 3-4和3-5所示。 圖 3-4 模塊供電電路原理圖 圖3-5 CPU供電電路原理圖 3.4 IGBT驅(qū)動(dòng)模塊介紹 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)門極 驅(qū)動(dòng)電路的電路圖如圖3-6所示 圖 3-6 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)遵循了以下幾條原則： (1) 柵極驅(qū)動(dòng)正偏壓脈沖應(yīng)該在+12V?+ 15V，負(fù)偏壓應(yīng)為-2V?-10V，實(shí)際應(yīng)用在+15V?-9V之間選擇; (2) 驅(qū)動(dòng)電源有足夠的功率，以防止IGBT損壞飽和，當(dāng)前的選擇大功率開關(guān)電源5W; （3）采用手術(shù)（HCPL-0454）提供的驅(qū)動(dòng)和控制隔離電路; （4）驅(qū)動(dòng)器電阻功率盡可能低，選擇柵極電阻適中，保證VGS前柵極電壓邊沿國(guó)語(yǔ)陡峭，但減少了交叉時(shí)間，為了減少損失推移，我們不能使柵極關(guān)斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)短太短將導(dǎo)致電壓尖峰的di / dt形成過(guò)高，所以從過(guò)壓損壞IGBT的，系統(tǒng)選擇的電阻的柵電極12; 摹POL（5）電路的駕駛和磁極S并聯(lián)二極管暫時(shí)抑制和電阻之間，以防止高壓電路尖峰門損壞，還能提高機(jī)體免疫力噪音電路的，最終還是要保護(hù)的目標(biāo)IGBT。 3.5 系統(tǒng)功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主電路采用典型的交-直-交的形式，利用熱敏電阻器實(shí)現(xiàn)了緩上電功能。系統(tǒng)主電路如圖 3-7 所示。 圖3-7 系統(tǒng)主電路圖 3.5.1 整流電路 采用三相不可控的橋式整流方式，設(shè)計(jì)時(shí)，主要選擇整流橋整流二極管的額定電壓和額定電流。 整流二極管額定電壓計(jì)算如下： （3-1） 式中， —交流輸入電源線電壓。 —安全系數(shù)，一般取2-3。 整流二極管峰值電流計(jì)算如下： （3-2） 式中， —負(fù)載額定電流。 整流二極管額定電流計(jì)算如下： (3-3) 式中， —為安全系數(shù)，一般取2-3。 3.5.2 濾波電路 電路輸出的直流電壓整流器有著豐富的脈沖成分，并通過(guò)脈動(dòng)產(chǎn)生的電流脈沖引起的直流電壓的逆變器電路和變化負(fù)荷，因此，整流電路的輸出應(yīng)該被添加到一個(gè)濾波器電路，一般采用電解電容器一方面起到作為過(guò)濾器，它也可以作為能量存儲(chǔ)。但在設(shè)計(jì)中主要考慮的電解電容器的壓力和體積。: (3-4) 式中， —交流輸入電源線電壓。 —為安全系數(shù)（輸入電壓波動(dòng)等因素引起）,通常取2-3。 根據(jù)結(jié)果和整體結(jié)構(gòu)和布局，我們使用串并聯(lián)方式獲得等于560?F900V電容器電容的壓力且選擇4560 UF450V電解電容器，除了考慮電解容器的情況下的串聯(lián)和并聯(lián)，濾波電路也需要增加平衡電阻R1 = R2 =為30kΩ，除了打在電容平衡的電壓，電容器提供一個(gè)路徑放電回關(guān)系圖呈現(xiàn)的電路的某些系統(tǒng)的主電路如圖3-7。 3.5.3 逆變電路 逆變器電路是驅(qū)動(dòng)電源電路的核心，它的主要作用是控制PWM信號(hào)控制轉(zhuǎn)換為永磁同步電動(dòng)機(jī)頻率的交流電壓（或電流）所需的直流電壓（或電流）。在逆變電路設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是功率器件的合理選擇。 IGBT是阻抗MOSFET的高輸入，速度快的開關(guān)，電源驅(qū)動(dòng)電壓低，良好的熱穩(wěn)定性和GTR通態(tài)壓降，高密度載體等于一體，功率變換電路廣泛使用和IPM是IGBT驅(qū)動(dòng)器電路和保護(hù)電路，檢測(cè)電路集成具有體積小，易于使用和發(fā)展的重點(diǎn)，但較低的工作溫度模塊中可以IPM模塊只能達(dá)到-20℃，而-40℃可滿足軍事任務(wù)的要求，因此系統(tǒng)選擇，因?yàn)樵O(shè)備的IGBT逆變器電路的功率，選擇額定電壓和額定電流是主要考慮因素。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的IGBT模塊額定電壓為1200V，該模塊包含七只功率管，用于逆變電路功率管額定電流為100A，可用于泄放電路功率管額定電流為50A，此外，該模塊還集成三相整流橋電路（額定電流為 50A）及過(guò)熱檢測(cè)熱敏電阻，選用該模塊利于系統(tǒng)整體布局，也減少了元器件數(shù)量，提高了系統(tǒng)的集成度。 3.5.4 緩上電電路 由于濾波電容能量?jī)?chǔ)存器在三相電源AC的作用即刻接通，如果不采取限制環(huán)路電流，大電流浪涌發(fā)生時(shí)，為了防止橋式整流器和供電電路故障或損壞系統(tǒng)設(shè)計(jì)慢電路，如圖中MF72-5D30M熱敏電阻系列三相電力線的電路圖中，當(dāng)電源接通時(shí)在圖3-7主系統(tǒng)電路中所示，電容器是由熱敏電阻充電，一旦電流流過(guò)通過(guò)熱敏電阻的增加，熱敏電阻溫度升高時(shí)，電阻急劇下降，最后的效果相當(dāng)于短路。 3.6.5 泵能泄放電路 當(dāng)電動(dòng)機(jī)（包括負(fù)載）在高速旋轉(zhuǎn)突然減速或停止，這將是一個(gè)現(xiàn)象“泵出”，如果不是泵浦抑制電壓，以壓力泵送增大沿，可以導(dǎo)致逆變器電路和整流電路濾波器電容器和其它裝置具有過(guò)壓的損害，所以，該系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)為泵泄放電路。泵可以辭退電路的滯后電路，采樣電路的輸入電壓總線當(dāng)電壓總線達(dá)到700V，滯后電路生產(chǎn)低，控制系統(tǒng)，排放控制信號(hào)主管電源電路V7搭載泄放電阻下載完整而當(dāng)母線電壓低于640V時(shí)，高遲滯電路生產(chǎn)，放電電路停止放電。3.6 系統(tǒng)檢測(cè)與保護(hù)電路設(shè)計(jì) 3.6.1電流檢測(cè)與電流保護(hù) 系統(tǒng)需要電動(dòng)機(jī)電樞電流，回路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的精確檢測(cè)。此外，該系統(tǒng)也停止當(dāng)前樣品，用于過(guò)電流保護(hù)。該方法包括：檢測(cè)一個(gè)電流取樣電阻，電流傳感器采樣，采樣和其他電流互感器，考慮美國(guó)Honeywell公司CSNE151-100電流傳感器，0.5％的電流傳感器的精度，比響應(yīng)時(shí)間線性更多更好0.2％的所選擇的系統(tǒng)是小于1μs的，高達(dá)150kHz的帶寬，-40℃?+ 85℃的工作溫度范圍。采樣濾波器流量傳感器電路后，然后將它們發(fā)送到控制和保護(hù)電路，電流檢測(cè)電路如圖3-8所示。 圖3-8 電流檢測(cè)電路 該系統(tǒng)使用一個(gè)比較值的過(guò)電流使匹配接收信號(hào)電流保護(hù)和過(guò)電流信號(hào)被發(fā)送到CPU進(jìn)行處理，在過(guò)流時(shí)間的情況下阻斷PWM母線電流樣本的保護(hù)，保衛(wèi)逆變器電路的作用IGBT模塊。本系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)值設(shè)置為65A。電路如圖3-9所示。 圖3-9 保護(hù)電路 3.6.2 角度位置（速度）檢測(cè) 在系統(tǒng)中需要精準(zhǔn)的檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角度位置（速度），目前常用的檢測(cè)方法分別有光電編碼盤（絕對(duì)式和增量式）、旋轉(zhuǎn)變壓器及無(wú)位置傳感器位置檢測(cè)等方法，本系統(tǒng)采用光電增量型旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)方法，選用歐姆龍編碼器E6B2-CWZ6C模塊。 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件總體結(jié)構(gòu) 當(dāng)確定了硬件系統(tǒng)和設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)的性能和可靠性在很大程度上取決于系統(tǒng)軟件的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于硬件電路相對(duì)來(lái)說(shuō)，控制軟件更加靈活，易于實(shí)現(xiàn)靈活的設(shè)計(jì)，具有高可靠性和通用性，合理的控制方式，控制策略和良好的控制算法將顯著提高控制系統(tǒng)的性能。 本章結(jié)合速度TMS320F28335，控制精度，充分發(fā)揮其要求更有利的電機(jī)控制整體設(shè)計(jì)，調(diào)度功能記錄和良好的環(huán)境，以設(shè)計(jì)完整的控制系統(tǒng)軟件，并充分考慮了設(shè)計(jì)空間設(shè)計(jì)和可操作性，控制并嘗試提高系統(tǒng)的性能和功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遵循模塊化設(shè)計(jì)，主要項(xiàng)目為中心，重心中斷服務(wù)例程中心和檢查SVPWM，電流和電壓的采樣率（位）計(jì)算，控制器等程序分析和設(shè)計(jì)。 這個(gè)系統(tǒng)DSP（TMS320F28335）為核心的控制系統(tǒng)中，DSP承擔(dān)的大多數(shù)設(shè)計(jì)軟件，充分分析本系統(tǒng)的實(shí)施所需的軟件的功能的早期階段的任務(wù)和計(jì)算機(jī)控制的主要實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)并計(jì)算環(huán)路電流和計(jì)算，SVPWM算法，PWM生成信號(hào)，信號(hào)處理和系統(tǒng)保護(hù)功能，使所有的軟件可分為主程序和中斷例程服務(wù)兩部分，整個(gè)系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示。 圖4-1 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) 主程序負(fù)責(zé)DSP和各種功能模塊，如定時(shí)器，GPIO等的初始化完成，并中斷服務(wù)程序被分成中斷計(jì)時(shí)器機(jī)動(dòng)力中斷保護(hù)。每次系統(tǒng)上電或時(shí)間復(fù)位，先進(jìn)行程序初始化，DSP內(nèi)部各功能模塊的工作來(lái)設(shè)置和檢測(cè)初始狀態(tài)，然后破開，系統(tǒng)將執(zhí)行主程序，主流程執(zhí)行方案提供中斷服務(wù)程序完成后，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行滿足條件立即終止服務(wù)程序。在這個(gè)系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)方案中斷具有最高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序。 4.2 主程序 主程序主要完成系統(tǒng)初始化和實(shí)現(xiàn)循環(huán)等待中斷功能。系統(tǒng)在上電或復(fù)位后，程序會(huì)執(zhí)行初始化子程序，主要完成對(duì)時(shí)鐘模塊、看門狗模塊、PWM 模塊、I/O、SCI、CAN、定時(shí)計(jì)數(shù)器以及中斷等的初始化，還完成相關(guān)參數(shù)變量初始值設(shè)置。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 4-2 所示。 圖4-2 系統(tǒng)主程序流程圖 4.3 中斷服務(wù)程序 當(dāng)所有的初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，然后運(yùn)行控制軟件程序服務(wù)中斷當(dāng)中斷到來(lái)時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的程序中斷服務(wù)，其中包括一個(gè)定時(shí)器中斷驅(qū)動(dòng)的削減國(guó)防預(yù)算的能量。 4.3.1 定時(shí)器中斷程序 定時(shí)器中斷服務(wù)程序是領(lǐng)先的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，間隔定時(shí)器中斷由PWM頻率決定，為10kHz的PWM系統(tǒng)的頻率，周期為100μs計(jì)時(shí)器中斷，定時(shí)器中斷服務(wù)程序，以實(shí)現(xiàn)以下功能：速度模塊，主旋翼來(lái)計(jì)算實(shí)際速度和速度誤差通過(guò)調(diào)節(jié)速度計(jì)算，調(diào)節(jié)器算法，得到一個(gè)交軸電流指令。 電流模塊，主要對(duì)定子電流信息進(jìn)行讀取，并計(jì)算直軸和交軸電流誤差，通過(guò)電流調(diào)節(jié)器得到直軸和交軸電壓的給定。 SVPWM 模塊，主要得到 PWM 控制脈沖的占空比，并對(duì) PWM 輸出寄存器定時(shí)計(jì)算和更新。定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程圖如圖4-3。 圖4-3 定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程圖 4.3.2 功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷程序 當(dāng)硬件電路的保護(hù)時(shí)，DSP將保護(hù)引腳TZ1接收信號(hào)設(shè)為低電平，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)中斷控制器停止工作和生產(chǎn)計(jì)數(shù)器和控制PWM脈沖，如圖所示。保護(hù)驅(qū)動(dòng)電源的中斷服務(wù)程序流程，主傳動(dòng)斷電保護(hù)如下： 中斷過(guò)流，過(guò)電流，一般是由于同一橋臂伸直，或由隔離降低電機(jī)電樞。過(guò)電壓中斷：總線過(guò)壓，一般是由于交流輸入電壓過(guò)高或泵能排出電路出現(xiàn)故障，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止并且所述泵可通過(guò)反應(yīng)而引起。功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷程序流程圖如圖4-4所示。 圖4-4 功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷程序流程圖 4.3.3 SVPWM產(chǎn)生程序 這里只介紹在 DSP 中的軟件實(shí)現(xiàn)。程序采用了七段式生成方案，根據(jù)系統(tǒng)及 IGBT 模塊的參數(shù)要求，PWM 的載波頻率按 10kHz 設(shè)定，且死區(qū)時(shí)間為 4s。使TMS320F28335 的定時(shí)器1工作在連續(xù)的增減計(jì)數(shù)模式，通過(guò)計(jì)算得到來(lái)產(chǎn)生 SVPWM。 4.3.4 電流和電壓采樣程序 在第 3 章已經(jīng)介紹了電流和電壓檢測(cè)，檢測(cè)得到的電流和電壓采樣信號(hào)均 為10V 范圍，系統(tǒng)中通過(guò)DSP控制器實(shí)現(xiàn) A/D 的轉(zhuǎn)換DSP，ADC模塊有12位的數(shù)據(jù)采集芯片，具有串行和并行模式下，適用于各種數(shù)字信號(hào)處理器的接口，它包括一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器，采樣保持放大器，+2.5V基準(zhǔn)電壓源，ADC12的高速度和高速接口電路，具有八個(gè)模擬通道，每個(gè)通道具有過(guò)壓保護(hù)。 1.4μs時(shí)間取樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間為1.6μs，當(dāng)只有一個(gè)信號(hào)采樣信道，采樣率高達(dá)500kbps，從采樣八通道信號(hào)，62.5kbps的采樣率，消耗低功率可以是串行或并行，也可以選擇一個(gè)范圍的輸入信號(hào)的它非常適合于電機(jī)控制，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測(cè)試設(shè)備等應(yīng)用。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，ADC設(shè)置為并行讀取模式，通過(guò)軟件方式選擇采樣通道和讀取輸出結(jié)果，并且考慮到 IGBT 開關(guān)對(duì)電流和電壓采樣會(huì)產(chǎn)生干擾，在軟件中設(shè)計(jì)了低通濾波器，濾除系統(tǒng)的高頻干擾信號(hào)。電流電壓采樣程序流程圖如圖4-5所示。 圖4-5 電流電壓采樣程序流程圖 4.3.5 速度計(jì)算程序 在第3章已經(jīng)介紹了速度（位置）的檢測(cè)方法，已經(jīng)提到編碼器處理芯片AM26LS32，而在電路設(shè)計(jì)中采用了串行讀取方式，速度計(jì)算程序如圖4-6所示。 圖4-6 速度計(jì)算程序流程圖 4.4 PID調(diào)節(jié)及參數(shù)整定過(guò)程 試湊法就是通過(guò)是湊比例、積分和微分的參數(shù)關(guān)系來(lái)達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定輸出溫濕度信號(hào)的效果，進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)，然后觀察該系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，再根據(jù)每個(gè)控制參數(shù)對(duì)該系統(tǒng)響應(yīng)的一些影響，進(jìn)行反復(fù)的試湊參數(shù)，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)滿意的響應(yīng)，最后得到PID系統(tǒng)控制的參數(shù)，試湊法不是盲目的方法，是在控制理論指導(dǎo)的前提下進(jìn)行的，在該課題中，當(dāng)溫濕度出現(xiàn)明顯變化時(shí)，此時(shí)先是湊P參數(shù)，如果由于P參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)度造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，反正震蕩，及溫濕度輸出信號(hào)處于波動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)需要引入積分環(huán)節(jié)，即開始是湊I參數(shù)。以下是是試湊法的一些具體實(shí)施過(guò)程。 （1）整定系統(tǒng)的比例部分，把比例系數(shù)P由小變到大，同時(shí)觀察系統(tǒng)溫度變化的響應(yīng)，直到能夠獲取超調(diào)量小而且反應(yīng)快的響應(yīng)曲線，如果系統(tǒng)的靜差量小到該系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，響應(yīng)曲線則符合要求，那么只選用比例控制就可以，由此確定系統(tǒng)的比例系數(shù)P。 （2）如果溫濕度在比例控制前提下靜差滿足不了設(shè)計(jì)的要求，則需要加入一個(gè)積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)參數(shù)整定時(shí)要先置積分時(shí)間量I為一個(gè)較大的值，并且將第一步整定后得到的比例系數(shù)P略微縮小（例如縮小到原值的0.8倍），然后縮小系統(tǒng)的積分時(shí)間，這樣使得該系統(tǒng)溫濕度調(diào)節(jié)信號(hào)能夠準(zhǔn)確輸出的基礎(chǔ)上，靜差可以得到有效消除，在該過(guò)程中可以根據(jù)響應(yīng)曲線來(lái)反復(fù)改變積分時(shí)間和比例系數(shù)，以得到滿意的控制效果完成系統(tǒng)的整定參數(shù)。 4.5 PID控制算法 PID 控制器由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為： 4.8 式中積分的上下限分別是0 和t 。因此它的傳遞函為: G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TIs)+TDs) 4.9 其中kp為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù) 比例KP 用來(lái)控制當(dāng)前，誤差值和一個(gè)表示比例的負(fù)常數(shù)P相乘，然后同預(yù)定量相加，P只有在系統(tǒng)誤差和控制器輸出成比例時(shí)才成立，KP可以快速的跟蹤變化量，及時(shí)的產(chǎn)生與之相關(guān)的調(diào)節(jié)作用。但是是有差調(diào)節(jié)，無(wú)法消除靜態(tài)誤差。積分KI用來(lái)控制以前的量，誤差量是過(guò)去的一段時(shí)間內(nèi)的誤差和，再乘一個(gè)負(fù)常數(shù)I后和預(yù)定值相加，預(yù)定值的平均誤差和系統(tǒng)輸出結(jié)果由I從過(guò)去的平均誤差量來(lái)獲取。只有一個(gè)簡(jiǎn)單的比例的系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生振蕩，而且在預(yù)定值上下會(huì)來(lái)回變化，因此系統(tǒng)無(wú)法消除其多余的糾正，通過(guò)加上負(fù)的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差量就會(huì)總是減少。因此最終這個(gè)PID控制器的回路系統(tǒng)會(huì)在其預(yù)定值附近定下來(lái)。 微分KD用來(lái)控制將來(lái)，計(jì)算系統(tǒng)誤差的一階導(dǎo)，并且乘以一個(gè)負(fù)常數(shù)D，然后與預(yù)定值相加，這個(gè)導(dǎo)數(shù)值的控制會(huì)對(duì)該系統(tǒng)的改變作出相應(yīng)的反應(yīng)，導(dǎo)數(shù)結(jié)果越大，那么該控制系統(tǒng)對(duì)輸出結(jié)果作出的反應(yīng)就越快速。這個(gè)參數(shù)D也是PID成為可預(yù)測(cè)控制器的原因。參數(shù)D對(duì)減少控制器短期內(nèi)的改變有很大的幫助。在一些實(shí)際中，速度較緩慢的系統(tǒng)可不需要參數(shù)D。 由于溫度控制加熱裝置是一個(gè)具有大的延遲的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所以在PID 控制中不能加入積 分環(huán)節(jié)。否則會(huì)導(dǎo)致控制器調(diào)節(jié)輸出效果震蕩。所以該溫度控制采用PD控制。同時(shí)加入一個(gè)一階慣性 環(huán)節(jié)，構(gòu)成不完全微分，給調(diào)節(jié)單元一個(gè)超前的調(diào)節(jié)。實(shí)際使用中，為了減少計(jì)算時(shí)間，將位置式PID轉(zhuǎn)化為增量式。 PID調(diào)節(jié)溫濕度的具體程序如下所示。 　void pid_tune(struct _pid *pid, float p_gain, float i_gain, float d_gain, int dead_band) 　　{ 　　 pid->pgain = p_gain; 　　 pid->igain = i_gain; 　　 pid->dgain = d_gain; 　　 pid->deadband = dead_band; 　　 pid->integral= integral_val; 　　 pid->last_error=0; 　　} 總結(jié) 自畢業(yè)設(shè)計(jì)開題以來(lái)，通過(guò)不斷查找資料，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)方案，編寫程序，分析問(wèn)題，最后終于完成了該篇論文，定下了現(xiàn)在這個(gè)方案。在此份技術(shù)報(bào)告中，主要介紹了課題設(shè)計(jì)的基本思路，包括自動(dòng)控制理論，電機(jī)逆變驅(qū)動(dòng)電路，以及最重要的控制算法等內(nèi)容。 在電路方面，仔細(xì)查閱各個(gè)芯片的技術(shù)文檔，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證電源模塊、最小系統(tǒng)模塊、傳感器模塊、電機(jī)逆變及IGBT驅(qū)動(dòng)模塊等穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)其中的部分模塊進(jìn)行了升級(jí)。最后以報(bào)告中所提到的形式?jīng)Q定了最終的電路圖。 在控制算法方面，查閱了有關(guān)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、倒立擺系統(tǒng)等算法的相關(guān)資料，學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理。最后根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)積累，最終確定了基于非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制算法，加入了動(dòng)態(tài)模糊PID的速度修正，并在軟件中抑制系統(tǒng)零點(diǎn)自激振蕩方面有了顯著的效果。 經(jīng)過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間，我受益匪淺，收獲了很多課本上學(xué)不到的知識(shí)，提升了自己分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，在歷時(shí)幾個(gè)月的充分準(zhǔn)備之后，我有信心順利通過(guò)答辯。我的知識(shí)還不夠豐富，考慮問(wèn)題也不夠全面，但是這份技術(shù)報(bào)告作為我在杜麗敏老師指導(dǎo)下幾個(gè)月辛勤汗水來(lái)的結(jié)晶，隨著該論文的完成，這份經(jīng)驗(yàn)將永伴我們一生，成為我們最珍貴的回憶。 致謝 在杜麗敏老師的親切關(guān)懷和耐心指導(dǎo)下我順利的完成了本次的淪文，無(wú)論是從一開始的定題，收集資料再到撰寫論文，修改最終定稿，我的導(dǎo)師杜麗敏女士都給了我無(wú)私的幫助在此向杜麗敏老師表示我誠(chéng)摯的感謝，同時(shí)感謝所有的所有同學(xué)以及我的任課老師在這四年里給我的指導(dǎo)和幫助，是他們讓我更好的接收和掌握了專業(yè)課知識(shí)，讓我知道如何去學(xué)習(xí)，在此表示由衷的感謝。 時(shí)光荏苒，大學(xué)生活即將結(jié)束我們也將走向社會(huì)開始新的征程，此次畢業(yè)論文是個(gè)值得回味的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，感謝我親愛(ài)的室友和同學(xué)要不是在你們的幫助下我也不能解決一個(gè)又一個(gè)的困難這么順利的玩成這次畢業(yè)論文，在此感謝我親愛(ài)的室友和同學(xué)們希望你們畢業(yè)后前程似錦。 通過(guò)寫畢業(yè)論文，自己系統(tǒng)的總結(jié)了大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)，將書本知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，這次撰寫畢業(yè)論文也意味著大學(xué)生活即將結(jié)束馬上又要開始新的學(xué)習(xí)和生活。 杜麗敏老師是個(gè)十分負(fù)責(zé)任的老師，每天工作之余也不忘找我們到自動(dòng)化教研室開會(huì)給我們講解論文查看我們，論文進(jìn)度。杜麗敏老師每天工作都十分忙但是他對(duì)工作卻一點(diǎn)也不含糊，杜老師這種對(duì)工作一絲不茍的態(tài)度值得我們每個(gè)即將畢業(yè)走向工作崗位的同學(xué)習(xí)，杜麗敏老師確實(shí)是個(gè)優(yōu)秀的老師，一個(gè)老師的責(zé)任不但是傳道授業(yè)解惑，更是教會(huì)他的學(xué)生們?nèi)绾巫鋈巳绾稳?duì)待自己的生活和身邊的朋友。即將走向工作崗位的我認(rèn)為這次的畢業(yè)論文經(jīng)歷是個(gè)值得我以后回憶的一次經(jīng)歷因?yàn)檫@次畢業(yè)論文我收獲了友情，還學(xué)會(huì)了對(duì)學(xué)術(shù)知識(shí)一定要本著一絲不茍的態(tài)度去做，最后再次感謝我們的杜老師在這個(gè)炎熱的夏天給了我們幫助使我們不會(huì)在炎熱的夏天感到煩躁，感到畢業(yè)論文帶來(lái)的壓力，謝謝杜麗敏老師我保證以后走向工作崗位一定將你這種兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度和一絲不茍的學(xué)術(shù)態(tài)度傳承下去發(fā)揚(yáng)光大。在臨近畢業(yè)時(shí)i能夠經(jīng)歷一次這么有意義的經(jīng)歷，我感覺(jué)我的大學(xué)生活已經(jīng)圓滿了，感謝大學(xué)生活中幫助我的老師和同學(xué)們，希望我們都前程似錦擁有一個(gè)美好的明天，不忘初衷，方得始終。 參考文獻(xiàn) [1] 李路青.電力電子與電力傳動(dòng)/基于DSP的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的研究D].南京航空航天大學(xué)碩士論文2005.3：36~37 [2] 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