王學福++董玉林

摘 要：文章的目的是設計實現基于dsPIC30F6010微控制器雙閉環(huán)直流調速系統，研究數字伺服控制性能及控制方法；找出一種以dsPIC微控制器為核心進行直流調速的具體實現方法。在速度1200r/min進行測試，速度穩(wěn)態(tài)誤差2%；輕載情況下，可實現從50 r/min加速到1560r/min無振動調速。系統組成簡單可靠，對于大負載應用可通過調整軟件PI參數實現。

關鍵詞：直流伺服控制；dsPIC30F6010；PWM技術；PI控制

中圖分類號：TM32 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0054-02

1 概述

伺服系統隸屬于自動控制的一個組成部分，最早是用經典的頻率法來分析和設計的，50年代發(fā)展了根軌跡法。但這些方法對于多變量時變系統是無能為力的。60年代發(fā)展了現代控制理論，適用多變量時變系統，成為計算機在伺服系統設計理論的發(fā)展趨向。本文找出一種利用dsPIC30F6010控制直流調速的具體實現方法。從技術實現角度來看，充分發(fā)揮dsPIC運算速度快，控制能力強，精度高等優(yōu)點，能夠應用于被控目標要求較高的直流伺服系統，在電機控制領域具有廣泛的應用前景。

2 直流電動機的控制系統簡介

圖1是采用dsPIC30F實現的直流電動機控制系統的示意圖。在PC機上用MPLAB IDE編寫的雙閉環(huán)程序通過仿真器加載到dsPIC30F6010的芯片中，4路PWM信號經保護電路給功率驅動電路來驅動功率全橋電路，并由功率全橋電路來驅動直流電動機。

3 直流電動機控制系統的硬件設計

直流電動機控制系統硬件框圖如圖2所示?？刂葡到y硬件主要由dsPIC30F6010 DSC硬件開發(fā)板、驅動電路、直流電動機、測速電動機及信號調理電路四部分組成。

驅動電路主要由光電耦合隔離電路、功率電路、保護電路組成。

3.1 速度信號采集電路的設計

信號采集包括直流電機電流信號采集和測速電機電壓信號采集。信號采集電路采用TI（德州儀器）公司的高橋臂電流測量監(jiān)視器芯片INA168。信號采集電路如圖3所示，采樣電阻采用2.5m？贅，電機的最大電流為5A，控制器AD輸入電壓信號為0～5V。按照INA168數據手冊應在信號輸出端接1M？贅的輸出阻抗。

3.2 過流保護電路設計

由三級管和MOSFET共同組成的“泄流”電路共同實現驅動電路和電動機的過流保護。當直流電動機電流過大時，電流檢測監(jiān)視器INA168輸出的電壓信號經過有反向器組成的施密特觸發(fā)整形電路后將觸發(fā)電平信號使三級管和MOSFET導通，迫使直流母線電壓降低，以保護驅動電路和直流電動機。電路如圖4所示。

3.3 電壓平移電路設計

MOSFET起動時，需要給電壓平移電容充電。充電動作如圖5所示，通過開通下橋臂（N側）的MOSFET，電壓平移電路電容被充電?？刂菩盘枒峁┳銐虻拿}沖數或脈寬使電壓平移電路電容能被完全充電。

4 直流電動機控制系統的軟件設計

軟件設計分為開環(huán)和閉環(huán)兩部分。其中閉環(huán)主要包括轉速、電流PI調節(jié)；速度、電流采樣；雙、單極性控制等的設計。圖6為電流PI調節(jié)子程序框圖，從框圖中可知防飽和積分PI調節(jié)。在實際當中，控制器受到電源額定電壓、額定電流、占空比的影響，輸出電流不可能達到100%。在這時，要求輸出量在一定的范圍內，這就要對輸出量進行一定限制。

5 結束語

本論文設計是采用基于數字信號處理器（DSP）為核心的數字直流電動機伺服控制系統。本文選用H型PWM驅動方式進行控制，分別用單極性和雙極性兩種控制方法進行直流電機調速，為高精度直流電機數字控制提供可行性方案。

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