基于DSP的变速泵供水系统的设计-直流无刷电机控制部分

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随着计算机技术和嵌入式微处理器技术的不断发展,智能控制技术在满足人们日常生活需要,提高人民生活质量方面发挥着越来越重要的作用。智能恒压供水系统的研究就是其中的一个重要课题。采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心的恒压供水系统速度高,运算能力强,与采用单片机进行控制的供水系统相比,在动力性、经济性和稳定性等各项性能方面得到了很大提高。本文对这种以DSP为控制核心的恒压供水控制系统进行了探讨、研究和设计。 本系统的主要任务是以DSP作为控制处理核心,与前向通道和后向通道共同构成一个稳定、可靠的负反馈系统,控制三相直流无刷电动机的状态转换和速度调整,在需水量不断变化的情况下,使送水管道保持相对稳定的水压,以满足恒压供水的需要。 本系统采用TMS320LF2407作为硬件控制处理核心。该芯片是美国TI公司推出的适用于工业控制的C2000系列产品之一,它的功耗低,执行速度快,实时控制能力强。本文比较了DSP与单片机的一些特点,分析了DSP在运算速度、集成度、嵌入功能和稳定性等方面的优势,介绍了TMS320LF2407芯片的CPU、存储器结构和片内外设等,并对它特别适合于电机控制的结构特点进行了讨论。 本文阐述了三相无刷直流电动机的PWM控制的基本工作原理,在进行了深入研究之后,决定采用根据电机转速和电流信号进行双闭环PID反馈控制的控制策略,并给出了为实现控制而需要配置的硬件电路设计,包括DSP基本电路、三相无刷直流电动机的信号采集电路、电机的执行机构、DSP的接口电路以及电源电路等。其中,电动机的信号采集电路主要包括霍尔传感器、电阻电压传感器和预处理电路,负责采集三相无刷直流电动机的转速和电流两个重要信号,并进行放大和整形等处理;执行机构是DSP对输入信号进行测算后去调整转速的电路部分。 本文在对控制策略进行研究的基础上,着重讨论了双闭环PID控制算法、软件设计以及在DSP硬件平台上的实现。本系统的软件设计采用了模块化设计,包括初始化模块、采集处理模块、控制模块和执行模块等。本文给出了系统软件流程总框图和模块框图,并分别给出了各个模块的设计思路和程序清单。本文还对编程难点作了详细说明,介绍了可能出现的问题及解决方案。 目前,DSP技术得到了迅猛发展,已经广泛应用于信息处理、通讯及工业控制等各个领域。本系统的设计与实现为进一步降低电力系统运作成本和提高恒压供水控制系统的可靠性作出了积极的探索。 由于时间和水平有限,还有一些其他客观原因,本课题仍存在诸多不足,如系统没有完成全部的现场调试,没有进行将其它算法(如模糊算法、神经网络算法等)使用于恒压供水控制系统的研究等,这些都需要在今后的工作和学习中进一步完善。
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