電動機的DSP控制技術(shù)與實踐

前言

　　TMS320F2812是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前國際市場上最先進、功能最強大的32位定點DSP芯片。它既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合，如工業(yè)自動化控制、電力電子技術(shù)應(yīng)用、智能化儀器儀表及電動機伺服控制系統(tǒng)等。為了幫助廣大工程技術(shù)人員及教學(xué)人員盡快掌握TMS320F2812的DSP編程技術(shù)及其在電動機控制中應(yīng)用，我們特編寫了本書。　　本書介紹DSP芯片的結(jié)構(gòu)、功能和接口原理，深入淺出地闡述了電動機控制的各種基本原理和方法，以及電動機控制所必需的常用信號檢測元件，使讀者對電動機及其數(shù)字控制有較為系統(tǒng)的了解，以便為進一步解決實際問題打下理論基礎(chǔ)；另外，本書較為系統(tǒng)地介紹了電動機控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計方法，并提供大量的范例給讀者參考，有助于讀者快速地了解整個電動機的DSP控制系統(tǒng)的框架、需要設(shè)計的重點及難點。本書共分為6章，第1章為TMS320F2812編程技術(shù)基礎(chǔ)；第2章為電動機控制的編程技術(shù)；第3章為無刷直流電動機的DSP控制技術(shù)；第4章為異步電動機的SPWM控制技術(shù)；第5章為基于坐標(biāo)變換的異步電動機矢量控制技術(shù)；第6章為永磁同步電動機的DSP控制技術(shù)?！　”緯山骼砉ご髮W(xué)任志斌教授編寫，參加編寫及程序調(diào)試的還有梁建偉、龍宇濤、劉森、王中科、王業(yè)占等?！　∥覀冊诰帉戇^程中雖然花了不少精力，仍難免有錯誤與不足之處，殷切期望廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《電動機的DSP控制技術(shù)與實踐》主要以11公司TMS320F2812的DSP為對象，以電動機控制技術(shù)為重點，介紹了11公司的TMS320F2812芯片在電動機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。全書共分為6章，第1章介紹了TMS320F2812的主要原理，包括DSP的結(jié)構(gòu)及性能、存儲空間及時鐘、中斷系統(tǒng)、事件管理器及A/D轉(zhuǎn)換器；第2章圍繞電動機控制技術(shù)方面的編程需要，重點介紹了數(shù)據(jù)Q格式、帶有死區(qū)的PWM波形、數(shù)字PI調(diào)節(jié)器、數(shù)字測速及電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)的DSP實現(xiàn)方法；第3章～第6章分別對直流無刷電動機、異步電動機SPWM控制、基于坐標(biāo)變換的異步電動機的矢量控制技術(shù)及永磁同步電動機的DSP控制技術(shù)作了詳細介紹。
　　本書以DSP的電動機控制實踐技術(shù)為主要內(nèi)容，并且各個環(huán)節(jié)都有作者在實際工作中的實例，使讀者通過實例加深對內(nèi)容的理解，全書講解通俗易懂、深入淺出。
　　本書適合作為電動機與電器、電氣工程及其自動化、電力電子與電力傳動專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的高年級本科生和研究生教材，也可作為工程技術(shù)人員研究、開發(fā)電動機DSP控制系統(tǒng)的參考書。

書籍目錄

前言
第1章 TMS320F2812編程技術(shù)基礎(chǔ)
1.1 TMS320F28x系列芯片的結(jié)構(gòu)及性能
1.2 TMS320F2812的存儲空間及時鐘
1.2.1 存儲空間
1.2.2 CMD文件
1.2.3 時鐘
1.3 TMS320F2812的中斷系統(tǒng)
1.3.1 外設(shè)中斷介紹
1.3.2 PIE中斷向量及其映射方式
1.3.3 TMS320F2812的3級中斷機制
1.3.4 CCS對中斷的定義、初始化及使用
1.3.5 TMS320F2812中斷處理過程舉例
1.4 事件管理器（EV）
1.4.1 事件管理器功能
1.4.2 事件管理器的寄存器地址
1.4.3 通用目的（GP）定時器
1.4.4 全比較單元電路
1.4.5 QEP電路
1.4.6 捕獲單元
1.5 DSP的A/D轉(zhuǎn)換器
1.5.1 ADC模塊結(jié)構(gòu)
1.5.2 TMS320F2812內(nèi)部A/D的工作方式
1.5.3 舉例
第2章 電動機控制的編程技術(shù)
2.1 定點DSP的數(shù)據(jù)Q格式
2.1.1 Q格式說明
2.1.2 電動機控制中電流采樣值的Q格式處理
2.2 帶有死區(qū)的PWM波形
2.3 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的DSP實現(xiàn)方法
2.3.1 模擬PI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化
2.3.2 改進的數(shù)字PI算法
2.3.3 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的舉例
2.4 數(shù)字測速
2.4.1 旋轉(zhuǎn)編碼器
2.4.2 數(shù)字測速方法的精度指標(biāo)
2.4.3 M法測速
2.4.4 T法測速
2.4.5 M/T法測速
2.4.6 速度測量的實現(xiàn)
2.4.7 例程
2.5 電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)
2.5.1 空間矢量的定義
2.5.2 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系
2.5.3 PWM逆變器基本輸出電壓矢量
2.5.4 正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場
2.5.5 期望電壓空間矢量的合成與實現(xiàn)
2.5.6 SVPWM的三個關(guān)鍵問題解決
2.5.7 SVPWM編程實現(xiàn)舉例
第3章 無刷直流電動機的DSP控制技術(shù)
3.1 無刷直流電動機的組成結(jié)構(gòu)和工作原理
3.1.1 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)
3.1.2 無刷直流電動機的霍爾傳感器位置檢測
3.1.3 無刷直流電動機的工作原理
3.2 無刷直流電動機的基本公式
3.3 無刷直流電動機的DSP控制
3.3.1 一般交流傳動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.3.2 無刷直流電動機控制框圖
3.3.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
3.3.4 控制程序設(shè)計
3.4 無刷直流電動機相序測定方法
第4章 異步電動機的SPWM控制技術(shù)
4.1 異步電動機調(diào)速基本原理
4.1.1 基頻以下調(diào)速
4.1.2 基頻以上調(diào)速
……
第5章 基于坐標(biāo)變換的異步電動機矢量控制技術(shù)
第6章 永磁同步電動機的DSP控制技術(shù)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   3.1.2無刷直流電動機的霍爾傳感器位置檢測 從前面的分析可知，無刷直流電動機正常工作的關(guān)鍵是在定子上安裝有位置傳感器，它的信號檢測直接影響電動機的正常工作。位置傳感器的種類很多，有電磁式、光電式、磁敏式等。它們各具特點，然而由于磁敏式霍爾位置傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝靈活方便、易于機電一體化等優(yōu)點，目前得到越來越廣泛的應(yīng)用。磁敏式傳感器是一種以磁場激發(fā)的磁敏元器件，磁敏傳感器的種類很多，有磁阻元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁抗元件、方向性磁電元件、霍爾元件、霍爾集成電路，以及利用這些元器件二次集成的磁電轉(zhuǎn)換組件。其中以霍爾效應(yīng)原理構(gòu)成的霍爾元件、霍爾集成電路、霍爾組件統(tǒng)稱為霍爾效應(yīng)磁敏傳感器，簡稱霍爾傳感器。 1.霍爾傳感器的工作原理 1879年美國霍普金斯大學(xué)的霍爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁場中的導(dǎo)體有電流通過時，其橫向不僅受到力的作用，同時還出現(xiàn)電壓。這個現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng)。隨后人們又發(fā)現(xiàn)，不僅是導(dǎo)體，而且在半導(dǎo)體中也存在霍爾效應(yīng)，并且霍爾電動勢更明顯，這是由于半導(dǎo)體有比導(dǎo)體更大的霍爾系數(shù)的緣故。 我們知道，任何帶電粒子在磁場中沿著與磁力線垂直的方向運動時，都要受到磁場的作用力，該力稱為洛倫茲力。例如，在一長方形半導(dǎo)體薄片上加上電場后的情況，在沒有外加磁場時，電子沿外加電場Ex的相反方向運動，形成一股沿電場方向的電流I，當(dāng)加以與外電場垂直的磁場B時，運動著的電子受到洛倫茲力的作用將偏移，并在該側(cè)面形成電荷積累。由于該電荷的積累產(chǎn)生了新的電場，稱為霍爾電場。該電場使電子在受到洛倫茲力的同時還受到與它相反的電場力的作用。隨著半導(dǎo)體橫向方向邊緣上的電荷積累不斷增加，霍爾電場力也不斷增大。它逐漸抵消了洛倫茲力，使電子不再發(fā)生偏移，從而使電子又恢復(fù)到原有的方向無偏移地運動，達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。然而，與無磁場時不同的是，在半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生了一電場，這個霍爾電場的積分，就在元件兩側(cè)間顯示出電壓，成為霍爾電壓，這就是所謂的霍爾效應(yīng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)將霍爾元件與半導(dǎo)體集成電路一起制作在同一塊硅外延片上，這就構(gòu)成了霍爾集成電路。 2.霍爾傳感器的分類 霍爾傳感器按其功能和應(yīng)用可分為線性型、開關(guān)型、鎖定型三種。 （1）線性型。線性型傳感器是由電壓調(diào)整器、霍爾元件、差分放大器、輸出級等部分組成的。輸入為線性變化的磁感應(yīng)強度，得到與磁感應(yīng)強度呈線性關(guān)系的輸出電壓?？捎糜诖艌鰷y量、非接觸測距、黑色金屬檢測等。 （2）開關(guān)型。開關(guān)型傳感器是由電壓調(diào)整器、霍爾元件、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級等部分組成的。輸入為磁感應(yīng)強度，輸出為數(shù)字信號。這種開關(guān)的導(dǎo)通和截止過程只和外界磁感應(yīng)強度的大小有關(guān)，而不需要磁場極性的變換。它的磁滯回線相對于零磁場軸是非對稱的。 （3）鎖定型。鎖定型傳感器同樣也是由電壓調(diào)整器、霍爾元件、差分放大器、施密特觸發(fā)器、輸出級等五部分組成的。鎖定型傳感器實質(zhì)上也是一種開關(guān)型器件，與一般霍爾開關(guān)的差別在于，它是由雙磁極激發(fā)的。由于雙磁極霍爾鎖定器的磁滯回線相對于零磁場軸是對稱的，在交變磁場作用下輸出波形可得到1：1的占空比，且不受外界溫度及交變磁場峰值大小的影響?；魻栨i定器的基本工作過程是：當(dāng)外界磁場方向為正時，霍爾元件的差分輸出電壓為正，這個電壓經(jīng)放大器放大后作為觸發(fā)器的觸發(fā)信號。當(dāng)信號電壓隨外界磁感應(yīng)強度的增強而增加，達到觸發(fā)器導(dǎo)通電壓閾值時，電路的輸出隨之由高電平變?yōu)榈碗娖?，此后，如果外界磁感?yīng)強度繼續(xù)增加，觸發(fā)器維持導(dǎo)通狀態(tài)不變。由于觸發(fā)器的導(dǎo)通和截止電壓閾值的設(shè)計是對稱的，所以當(dāng)外界磁感應(yīng)強度減弱時，觸發(fā)器仍維持導(dǎo)通狀態(tài)。只有當(dāng)外界磁場改變極性并達到一定強度時，霍爾元件輸出的負觸發(fā)信號達到觸發(fā)器的截止閾值電壓，觸發(fā)器才由導(dǎo)通躍變?yōu)榻刂梗蚨艌龅臉O性每變換一次，電路的輸出就完成一次開關(guān)轉(zhuǎn)換。

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