DSP直流电机调速系统研究

凌晔华

（广西民族师范学院，崇左 532200）

DSP直流电机调速系统研究

凌晔华

（广西民族师范学院，崇左 532200）

在工程实践中，大量的机械要求要有良好的静态性能和动态性能，并且还要具有在一定范围内保持速度的平滑调节功能。DSP的功能有多，如具有灵活的指令集，改进并行结构，在实际操作中灵活多变，且运转速度快。采用DSP控制器后，使整个调控系统实现数字化，结构简单，操作方便，且电机稳态运行时，其时转速精度可达到很高的水平。本文将介绍直流电机和DSP的发展，直流电机的控制原理及DSP在电机领域的应用。

DSP 直流电机 调速系统

引言

在当今时代的电器领域中，直流电机具有两个突出性能，即运行性能和控制特性，速度调节范围宽，响应快，因此以直流电动机作为执行电机的直流调速系统在电器传动领域被广泛使用，是调速系统的主要形式。近年来，计算机发展迅猛，渗透到各个领域，随着计算机被应用到控制领域，直流电机朝着智能化的方向发展。随着工作生产的发展，直流电动机在速度控制方面的要求更高、更精准，DSP直流电机调速系统的研究与开发，满足这一发展需求，在很多对于系统性能要求高的场合得到广泛的使用。

1 DSP的概述及发展

1.1 DSP技术简介

DSP，即数字信号处理，是电子信息技术的基础学科，它的概念和基本分析方法已渗透到电路与系统、生物医学工程、电磁与微波技术等多个领域，是一门新兴且应用广泛的学科。DSP在通常的信号处理过程中有着突出的优点，如精度高、稳定性好、易于实现自适应算法、大规模集成等，DSP的这些优点是其他系统无法比拟的。

1.2 DSP技术的发展进程

纵观DSP技术的发展史，大致经历三个发展阶段。20世纪50年代到60年代，数字信号处理技术得到初步发展，直到20世纪70年代，提出了DSP的理论和算法的基础，即1978年由AIM公司发布的世界上第一个单片芯片S2811。在1979年，由美国英特尔公司组织投入研究并开发的商用可编程器件2920，被业内人士推崇为DSP芯片的里程碑作品。但是，无论是AIM公司研发的DSP芯片还是美国因特尔公司研发的DSP芯片，都缺少DSP芯片必有的单周期乘法器。世界上第一个拥有硬件乘法器的DSP芯片是由日本公司在1980年推出的mpD7720，被认为是第一块单片器件。1982年，美国德州仪器公司推出了世界上第一代DSP芯片及其系列产品，这一系列产品的出现推动了实时数字信号处理系统的大跨步发展。在90年代以后，DSP芯片进入高速发展阶段，前后推出了六代芯片。

目前，在工业中，电机耗电量大，电机的工作效率问题一直是人们关注的重点，为提高电机的效率，可以通过智能手段从以下两方面着手：一方面，在提高电机的运行性能方面，智能控制所使用的算法更加先进；另一方面，由于系统采用智能控制，就有可能将现有的电机更换为效率更高的电机。

2 DSP系统在电机控制领域的应用

感应电动机或永磁电动机控制器的构成，不仅包括微处理器、存储器和外围芯片，还需要专用门陈列组合，在这种情况下，芯片的使用数量就会增加，相应的软件应用程序更为复杂，从而使使用成本增加，企业的利润降低。为解决上述出现的问题，提高电机的性能同时降低成本，各个公司都致力于在这方面的研究。其中由TI公司研制出的TMS320C24X系列和由AD公司研制出的ADMC系列的控制器，不仅具有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点，而且有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备。

由此可以看出，选择以DSP技术为核心的控制系统的直流电机多很有优点，在系统硬件中，减少了芯片的使用，提高了控制系统的可靠性，体积变小，节约成本。

3 直流电机的DSP控制

3.1 直流电机的主要结构

直流电机主要包括两部分，定子和转子，其中定子主要包括主磁极、换向磁极、电刷装置、机座和端盖。主磁极是由铁心和励磁绕组成，产生恒定的气隙磁通。换向磁极主要用于改善换向。电刷装置与换向片相结合，完成直流与交流的互换，机座与端盖起到支撑和固定的作用。转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和轴承五部分组成。电枢铁心是主磁路的一部分，用来放置电枢绕组，电枢绕组是电路部分，由带绝缘的导线绕制而成。换向器与电刷装置相配合，完成直流与交流的互换。

3.2 直流电机的工作原理

直流电机作为一种旋转电机，通过直流电能与机械电能之间的相互转化完成工作。首先把电刷A与电源的正极链接在一起，电刷B与电源的负极连接在一起，然后再把电刷A与电刷B分别连接到直流电源上，就形成一个闭合电路，保证电枢线圈中有电流产生并且流过，在磁场的作用下，N极性下导体ab受力方向从右到左，S极下导体cd受力方向是从左到右，该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩，当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针方向旋转，当电枢旋转到所示的位置时，原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左到右，原S极导体cd转到N极下，受力方向从右到左，该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩的作用下，继续逆时针方向旋转。

3.3 直流电机的DSP控制方法

在整个系统的硬件设施部分中，其中硬件TMS320F2812在研发制作的过程中使用了带有2812的DSP开发板，是控制部分的核心硬件，除使用DSP外，还要有一个电源管理芯片，该电源管理芯片能够链接一个5V转为3.3V为系统供电。首先，2812从电机处采集三部分的信息信号，即电机的转速、电流反馈信号以及位置反馈信号，然后DSP再把这三个信号进行处理并输出对外的控制信号。从驱动部分反馈的过流信号是一个0、1信号，DSP在工作时始终监视这一信号，一但监视到1，即表示电机过载，则立即给出一个让电机停止转动的信号，以免损坏电机和调速器。MC33035是驱动部分的控制核心，它的主要作用是根据电机反馈的位置信号，通过分辨出电机转子的位置达到控制开关的目的。在显示部分所采用的主控元件是AT89C51。

在整个系统软件设计的设计部分，通过采集到的电机转速，与给出的速度指令相比较，同时综合滤波算法，不断修正速度误差，一直到这两个速度相同，程序就会认为系统已入锁，如果发生异常，便会启动报警机制，让电机停止发电。

任何电动机的调速系统都转速为给定量，并使电动机的转速跟随给定值进行控制。为使系统具有良好的调速性能，通常要构建一个闭环系统。需要速度调节器与电流调节器对其进行调节。

4 结语

近几年科学技术的不断发展与进步，为直流电机系统信息化、数字化的发展提供了技术支持，并且对其发展起到了巨大的推动作用。DSP有着突出的优点，耗能小、速度快，DSP的使用使整个系统数字化信息化，操作简单易行，可极大地满足电机调速的要求。

[1]阮毅，陈维钧.运动控制系统[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]贺益康，徐大中.电机控制[M].杭州：浙江大学出版社，2011.

[3]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20 程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]胡仁喜.LabVIEW8.21 虚拟仪器实例指导教程[M].北京：机械工业出版社，2011.

[5]孙增圻.计算机控制理论与应用[M].北京：清华大学出版社，2011.

[6]孙立志.PWM与数字化电动机控制技术应用[M].北京：中国电力出版社，2011.

Research on DSP DC Motor Speed Regulation System

LING Yehua
(Guangxi Normal University for Nationalities, Chongzuo 532200)

In engineering practice, a large number of mechanical requirements have good static performance and dynamic performance, but also have a certain range to maintain the smooth speed adjustment function. DSP has many functions, such as flexible instruction set, improved parallel structure, flexible operation and fast running speed. After using DSP controller, the whole control system is digital, simple structure and easy to operate, the motor speed can reach a high level when the motor runs steadily. This paper will introduce the development of DC motor and DSP, control principle of DC motor and application of DSP in motor field.

DSP, DC motor, speed regulation system