一种基于TMS320F2812的直流电机调速系统的制作方法

本实用新型涉及一种直流电机调速系统，尤其是涉及一种基于TMS320F2812的直流电机调速系统。

背景技术：

作为电机主要类型之一的无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高、启动性能以及调速性能良好、无换向火花及无励磁损耗等优势，同时其线性度良好，可与其他电力电子设备广泛结合应用，实现高效的、经济的调速控制。

闭环控制系统较开环控制系统具有如下一系列优点：在反馈控制系统中，外部扰动和系统内部变化均易引起被控制量偏离预定值，而采用闭环控制则会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，闭环控制系统抑制干扰能力强，并且能够显著改善系统的响应特性。因此选用闭环控制系统来进行直流电机的精确调速。

作为闭环控制系统的核心部分，控制器的处理速度和运算精度对直流电机转速控制起到了关键性的作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高精确度及设备可靠性的基于TMS320F2812的直流电机调速系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于TMS320F2812的直流电机调速系统，包括电源模块以及分别与电源模块连接的驱动模块、控制模块和检测反馈模块，所述的驱动模块和检测反馈模块分别与控制模块及电机连接，所述的控制模块的主控制板为HDSP-BASIC2812开发板，开发板上的控制芯片为TMS320F2812。

所述的驱动模块为HDSP-DCM。

所述的驱动模块包括依次连接的光电隔离电路、控制芯片L298N和续流保护电路。

所述的检测反馈模块为光电编码器。

所述的调速系统还包括与控制模块连接的显示模块。

所述的显示模块为1602液晶显示屏。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)主控制板采用HDSP-BASIC2812开发板，其功能强大，具有保存直流电机调速程序、AD采样、计算直流电机转速等功能，控制芯片为TI公司的数字信号处理器TMS320F2812，其采用了新型高性能32位数字信号处理器，最高运行频率可以达到150MHz，具有更为先进的哈佛总线结构，保证了足够快的运算速度与精度。同时其具有专门的32x32硬件乘法器，可以用来进行复杂的逻辑处理和精确的计算，从而提高对直流电机转速控制的速度以及精确度。其具有的强大的事件处理器特别适用于运动控制领域。

(2)驱动模块为HDSP-DCM，具有提供模拟电压值和AD采样功能。

(3)驱动模块包括光电隔离部分、控制芯片L298N和续流保护电路，具有抗干扰能力强的优点，并能有效保护保护直流电机不被感应电压击穿或烧坏。

(4)光电编码器用于测速反馈，移动方便，抗干扰，带载能力强。

(5)1602液晶显示屏可以显示多行文字，用来实时显示电机转速，可直接与控制器的显示连接，方便组装。

附图说明

图1为本实施例调速系统的组成示意图；

图2为本实施例调速系统的硬件系统总体设计图；

图3为本实施例驱动模块的电路原理图；

图4为本实施例调速系统的原理结构框图；

图5为本实施例调速系统的双闭环原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种基于TMS320F2812的直流电机调速系统，包括电源模块1以及分别与电源模块1连接的驱动模块2、控制模块3、检测反馈模块4和显示模块5，驱动模块2和检测反馈模块4分别与控制模块3及电机连接，控制模块3的主控制板为HDSP-BASIC2812开发板，开发板上的控制芯片为TMS320F2812。

驱动模块2为HDSP-DCM，包括依次连接的光电隔离电路、控制芯片L298N和续流保护电路，控制信号通过光电隔离电路后输入到L298N主芯片、流经续流保护电路后驱动直流电机。

检测反馈模块4为光电编码器。显示模块5与控制模块3连接，为1602液晶显示屏。

主控制板采用HDSP-BASIC2812开发板，其功能强大，具有保存直流电机调速程序、AD(Analog-to-Digital)采样、计算直流电机转速等功能。驱动模块的型号为HDSP-DCM，与开发板、直流电机相连接，具有提供模拟电压值和AD采样功能。测速模块采用光电编码器，具有采集直流电机转速的功能。显示模块为LED显示器，实时显示直流电机的转速。

DSP通过电机编码盘将电机信息实时显示在LED显示器上，并同时接收检测模块的速度和电流信息，通过指定的运算处理将相应的PWM(Pulse Width Modulation)脉宽调制信号输出至驱动模块，从而驱动电机转动；同时检测模块将电机的转速、电流信息反馈至DSP，构成转速、电流双闭环结构控制系统。

图2是本实用新型直流电机调速系统的硬件系统总体设计图。如图2所示，是本实用新型直流电机调速系统的硬件系统总体设计图。主要的硬件为HDSP-BASIC2812开发板。1号元件为开发板上的电源模块，其在开发板上的接口为19号接口，对应2812芯片的69、163引脚，其额定电压为3.3V。2号元件为1602液晶显示屏，可以显示多行文字，用来实时显示电机转速，直接与1602液晶显示接口相连接。3号元件为1602液晶显示接口，其在开发板上的接口为4号CON16接口，对应2812芯片的20、22、25、26、28、29、34、35、40、41、69、163引脚，液晶显示屏直接与此接口相连接。4号元件为电机控制驱动接口，其在开发板上的接口为7号JTAG接口，对应2812芯片的92-95、98、101、102、104、110、111、115-117、122-124、165、167-175引脚，具有AD采样和PWM脉宽调制信号输出的功能。5号元件为电机驱动模块，与7号JTAG接口的电机控制驱动相连接，驱动模块包括光电隔离部分、控制芯片L298N、续流保护电路三部分，用以提供模拟电压和驱动直流电机。6号元件为无刷直流电机，与电机驱动模块相连接，额定电压为12V。直流电机的转轴上装有光电编码器，电机转动时会由光电编码器产生两组脉冲信号并通过9号CON5接口传输给电机编码盘。7号元件为电机编码盘接口，其在开发板上的接口为9号CON5接口，对应2812芯片的69、106、107、109、163引脚，内置QEP(Quadrature Encoder Pulse)计算电路，与光电编码器相连，接收光电编码器输出的脉冲信号并进行计算，得到电机转速。

图3是本实用新型电机驱动模块的电路图。如图3所示，L298N芯片的信号端IN1-IN4分别是OUT1-OUT4的控制端,IN输入为低电平则OUT输出为高电平,IN输入为高电平则OUT输出为低电平。其中OUT1-OUT4是输入到直流电机的输出端；引脚ENA和ENB是OUT1-OUT4的使能端，其由PWM脉宽调制信号来驱动，若ENA为高电平则OUT1和OUT2被使能。VSS为逻辑部分输入电压5V，VS为驱动部分输入电压12V。D2-D5以及D9-D12为续流二极管保护电路。ISENA和ISENB可单独引出接电流采样电阻器,形成电流传感信号，接入主电路回路中通过电流调节器形成电流负反馈。

该芯片可驱动一台直流电机M1。引脚ENA可用于输入PWM脉宽调制信号对电机M1进行调速控制。如果无须调速可将其接5V，使电机工作在最高速状态。若要实现控制直流电机的正反转，则使输入信号端IN1接高电平，输入端IN2接低电平，电机M1正转；如果信号端IN1接低电平，IN2接高电平，则电机M1反转。

如图4所示，PWM控制的原理是通过控制输出脉冲的占空比来达到改变施加在电机两端的平均电压，从而控制BLDCM(Brushless Direct Current Motor)直流无刷电机的转速，同时与电流调节器(ACR，Automatic Current Regulator)形成负反馈。光电码盘实现对电机的测速，速度调节器(ASR，Automatic Speed Regulator)的输出又反作用于电流调节器，形成稳态双闭环。

图5是本实用新型直流电机双闭环调速系统的原理图。如图5所示，ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，两个调节器的连接方式为串联，TG为测速光电编码器。转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE(User Plane Entity)，控制直流电动机的电枢电压从而控制电动机的转速。从闭环结构上看，转速环在外边，因而称作外环；电流环在里面，因而称作内环。这样就形成了转速、电流双闭环的调节系统。在电流上升阶段和恒流升速阶段，转速调节器不起调节作用，只有电流负反馈，没有转速负反馈，在转速动态过程中，可以保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。转速调节器起效后，能使转速很快地跟随给定电压的变化，达到稳态时可减小转速误差。