嵌入式DSP C2000 电机电力控制专业实验室解决方案

描述

基于 TI DSP C2000 教学实验箱

实验箱基于TI TMS320F28335浮点DSP C28x控制器,主频150MHz,实验箱采用一体板结构,含实验板和DSP仿真器,可配置电机配件箱,包含步进电机、直流无刷电机(含电机驱动器)和永磁同步电机(含电机驱动器)。

实验箱适用于测控、自动化、工业控制、电力控制和电机控制等教学领域。

实验箱板载固定仿真器,金属材质,免驱动安装,支持防反插功能,实验底板上板载波形发生器,采用AD9833芯片,可输出三种波形:正弦波、方波、三角波,可通过旋钮控制输出范围为0~4.5V。实验板上支持安装可拆卸亚克力保护板,保护实验电路。

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实验箱支持:CAN、RTC、以太网口、音频输入输出接口、AD、DA、RS232、RS485、LCD、蜂鸣器、直流有刷电机、减速电机、4*4 矩阵键盘、数码管、十字交通灯等外设与接口。


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实验箱可配置电机配件箱,包含步进电机、直流无刷电机(含电机驱动器)和永磁同步电机(含电机驱动器)。

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步进电机(可选)参数

相数

2

步距角

1.8°

绝缘等级

B

额定电流

5A

相电阻

0.39Ω

相电感

1.7Mh

静力矩

2N.m

转子惯量

480g.平方厘米

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BLDC无刷电机(可选)参数

相数

3

额定电压

24 VDC

额定转矩

0.38N.m

额定电流

5.9A

空载电流

0.8A

额定功率

100W

额定转速

2500rpm

空载转速

3500rpm

级对数

8

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PMSM永磁同步电机(可选)参数

相数

3

电压

24 VDC

额定功率

62W

额定转矩

0.2N.m

额定电流

4.0A

额定转速

3000rpm

磁极

8

电阻

1.02Ω±10%

电感

0.59mH±20%

实验内容丰富,满足多场景教学需求

创龙教仪提供丰富的教学实验案例,让学生更全面地了解 DSP 电力控制、电机控制相关知识与应用,实验类别如下表:


第一章

DSP实验环境搭建与CCS开发基础

第二章

DSP基础外设实验

第三章

电机控制类实验

第四章

语音类实验

第五章

DSP算法实验

第六章

图像类实验

保姆式实验操作教程,减少老师备课时间

创龙教仪提供保姆式实验操作教程,提供教学实验手册、教学实验视频,在明确重点知识的前提下,指导学生一步步操作,帮助快速打好专业基础,同时大大减少老师们的备课时间,减轻老师们的负担。手册内容如下表:

实验目的

帮助学生理解实验重点并掌握知识点运用。

实验原理

包含模块原理图、源码解析、现象原理等,帮助学生理解实验现象的实现方式。

实验设备

介绍实验所需的硬件设备、软件设备等,让学生提前做好实验准备,节约时间成本。

实验步骤

详细介绍实验操作步骤,包含源码编译、硬件连接、软件操作等,帮助学生快速上手。

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案例分享:3-2 减速编码电机控制实验

一、实验目的:

(1) 理解PID控制原理。

(2) 学习增量式PID算法的原理。

(3) 掌握PID闭环控制电机的实现。

二、实验原理:

模拟PID控制原理

在过程控制中,按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(亦称PID调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器。PID控制器原理简单,易于实现,适用面广,控制参数相互独立,参数的选定比较简单。

模拟PID控制系统的常规原理框图如下图所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成,r(t)是给定值,y(t)是系统的实际输出值,给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)。

e(t)=r(t)-y(t)

控制偏差e(t)是PID控制的输入,u(t)是PID控制器的输出和被控对象的输入。模拟PID控制器的控制规律为

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控制器的输出与输入误差信号成比例,当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。在模拟PID控制器中,比例控制的作用是对偏差瞬间做出反应。偏差产生后控制器立刻起控制作用,使偏差变小。比例系数Kp决定了控制作用的强弱,Kp越大,控制作用越强,过度越快,偏差也就越小。但是Kp越大,也更加容易产生振荡,破坏系统的稳定性。因此,比例系数Kp必须选择适当,才能使过渡时间变小,偏差小又稳定。

增量式PID算法

数字式PID控制算法可以分为位置式PID和增量式PID控制算法。在本实验中使用的增量式PID算法。增量式PID控制算法只需要计算控制量的增量。

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可得控制器在第k-1个采样时刻的输出值为:

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如果采用恒定的采样周期T,一旦确定了A、B、C,只要使用前后3次测量值的偏差,就可以求出控制增量。

除此之外,还有另一种算法:

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PID算法程序解析

打开光盘资料的"Demo\KingBox\Application\DC_GEAR_MOT\main.c"文件,可查看相关代码。比例常数、积分时间常数、微分时间常数和调控周期如下:

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主函数中首先初始化系统控制,配置CPU主频、寄存器和初始化PIE控制等。调用InitMeasureSpeed函数初始化时钟、中断等。InitMeasureSpeed函数如下:

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InitMeasureSpeed函数中,cpu_timer0_isr定时器中断函数中定时采集速度,并用于PID算法。freq.freqhz_pr为采集的电机脉冲数,M0_PWM_ON为高电平时间,M0_PWM_ON_NEW为新的高电平时间,PWM_ON_PID是经过PID算法后的高电平时间。cpu_timer0_isr定时器中断函数如下:

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三、实验步骤

(1)对实验设备进行硬件部分连接,连接好仿真器和USB串口线(默认为USB to UART串口输出)并上电。

(2)右击计算机图标,点击“设备管理器->通用串行总线控制器”或者“设备->端口(COM和LPT)”,查看是否有对应的仿真器的选项出现,如有说明仿真器驱动已经正常安装,否则请先正确安装CCS。同时查看串口的端口号。

(3)打开串口软件并设置串口调试工具,波特率为115200。

(4)按照工程导入步骤导入光盘资料"Demo\KingBox\Application"路径下的DC_DEAR_MOT工程。

(5)编译工程生成DC_DEAR_MOT.out的可执行程序。

(6)实验箱上电,确认仿真文件(.ccxml 文件)配置,并连接CPU。

(7)加载DC_DEAR_MOT.out可执行程序,并运行程序,本实验的功能是实现PID闭环控制电机。

四、实验现象

运行程序之后,串口显示如下图所示:

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同时,数码管显示电机的转速和转向(0是转速,F代表顺时针转),如下:

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第一次按下按键1后,减速直流电机开始顺时针(Forward)转动,占空比(DutyCycle)约为12%,转速(Speed)约为60R/min,显示如下图所示:

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按下按键3后,电机会停止转动,同时串口打印电机转向为逆时针(Backward),电机转向由顺时针改为逆时针,如下:

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