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        基于TMS320C2000系列DSP的步進(jìn)電機(jī)控制方法研究

        2015-08-27 00:31:56朱成喜
        機(jī)電信息 2015年33期

        朱成喜

        (江蘇理工學(xué)院電氣信息工程學(xué)院,江蘇 常州213001)

        0 引言

        目前步進(jìn)電機(jī)在數(shù)字控制系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用得十分廣泛,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的電脈沖信號也可以由很多種方式來產(chǎn)生,比如單片機(jī)、PLC等控制芯片產(chǎn)生脈沖信號,但這些方法可能存在輸出電脈沖不穩(wěn)定、可調(diào)節(jié)性差等缺點。因此,本文研究設(shè)計了一種使用TMS320C2000系列DSP控制步進(jìn)電機(jī)的方法,基于DSP的事件管理器產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波功能,對四相步進(jìn)電機(jī)采用四相八拍的通電方式,利用輸出PWM波的順序和調(diào)節(jié)PWM波的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速,以達(dá)到穩(wěn)定控制步進(jìn)電機(jī)的目的。

        1 步進(jìn)電機(jī)控制原理

        本系統(tǒng)控制對象以 M35SP-7N為例,其步進(jìn)角為7.5°,是一種單極性的四相五線步進(jìn)電機(jī)。它的引腳與線圈對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

        圖1 M35SP-7N引腳與線圈的對應(yīng)關(guān)系

        步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D四相分別對應(yīng)DSP的引腳PWM1、PWM2、PWM3和PWM4。步進(jìn)電機(jī)的控制一般分為四相四拍和四相八拍兩種方式,我們使用DSP的事件管理器來產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號。

        2 DSP控制信號原理

        TMS320C2000內(nèi)設(shè)有事件管理器EV,事件管理器的比較單元可以產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波。其中比較單元1可產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM1和PWM2波形,比較單元2可產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM3和PWM4波形。我們可以利用PWM1、PWM2、PWM3和PWM4這四路PWM波為步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生脈沖信號。

        比較單元1和比較單元2全部使用定時器T1作為時基,使定時器T1工作在連續(xù)增計數(shù)模式。圖2為比較單元1產(chǎn)生PWM1和PWM2的原理。

        圖2 比較單元1產(chǎn)生PWM波原理

        比較單元2利用比較寄存器CMPR2與T1CNT的比較匹配點產(chǎn)生PWM3和PWM4波。原理與比較單元1相同。

        由于使用比較匹配點產(chǎn)生的PWM波都是互補(bǔ)的波形,不會產(chǎn)生四相四拍的脈沖波形,所以我們使用比較單元的強(qiáng)制電平高和強(qiáng)制電平低來產(chǎn)生。此功能由事件管理器EVA的比較行為控制寄存器A來完成。產(chǎn)生四相PWM脈沖的原理如圖3所示。

        圖3 四相PWM脈沖產(chǎn)生原理

        脈沖的高電平時間t即為PWM波的周期T,即:

        式中,T1PR為周期寄存器的值;T1CLK為計數(shù)脈沖的周期。

        由式(1)可知,通過改變T1CLK和T1PR的值即可改變脈沖的頻率。并且在編程時,也可改變PWM波高電平的寬度,從而使脈沖的頻率進(jìn)行整數(shù)倍的分頻。即脈沖的脈寬t為:

        本系統(tǒng)控制對象以 M35SP-7N為例,其步進(jìn)角為7.5°,即電機(jī)運(yùn)行一周需要的脈沖數(shù)為:

        由式(2)和(3)可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速n(r/min)為:

        由式(4)可知,可以通過調(diào)節(jié)周期寄存器T1PR的周期值、計數(shù)時鐘脈沖T1CLK的頻率以及分頻數(shù)j的值,達(dá)到指定的轉(zhuǎn)速。

        3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

        系統(tǒng)主要完成步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和位置調(diào)節(jié),程序流程如圖4所示。

        圖4 系統(tǒng)程序流程圖

        系統(tǒng)程序主要分為主函數(shù)流程圖和中斷子程序流程圖。其中主程序主要完成一些初始化的操作,包括系統(tǒng)控制初始化、事件管理器初始化、GPIO初始化、各中斷初始化等。初始化結(jié)束后,程序進(jìn)入死循環(huán),等待周期中斷。每隔一定時間,程序便會進(jìn)入周期中斷子程序,它主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及位置的調(diào)節(jié)。電機(jī)的轉(zhuǎn)向通過提供正向或反向脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)速通過設(shè)置T1PR、T1CLK和j的值調(diào)節(jié),而位置通過提供給電機(jī)特定的脈沖個數(shù)來調(diào)節(jié)。

        4 結(jié)語

        本文主要研究設(shè)計了一種使用TMS320C2000系列DSP控制步進(jìn)電機(jī)的方法,基于DSP的事件管理器產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波功能,利用輸出PWM波的順序和調(diào)節(jié)PWM波的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速,以達(dá)到穩(wěn)定控制步進(jìn)電機(jī)的目的。

        [1]顧衛(wèi)鋼.手把手教你學(xué)DSP——基于TMS320X281x[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011.

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