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【摘要】设计出应用于直流电动机的单闭环直流调速系统，结合控制理论的相关知识以及直流调速系统的新型算法，采用光电传感器测速，采用了目前比较流行的数字信号处理器(DSP)作为系统的控制器，其处理速度较高，正好符合本实现实时性要求高的特点；在主电路上，本系统采用了传统的三相桥式全控整流电路，从而使该系统更适用于调速系统。
【关键词】直流电机，TMS320LF2407，DSP控制
1.绪论
在工程实践中，有许多生产机械如铣床电机要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，大有取代直流调速系统的趋势，由于全数字直流调速系统的出现，目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，直流调速系统的应用研究具有实际意义。
2.控制系统的硬件设计
为了满足电极快速前进与快速回退的双向运动需要，驱动器产生的驱动力必须能改变方向，这就要求在磁场方向恒定的条件下，线圈内能流过两个方向的电流，因此功率驱动电路必须是H型桥式斩波驱动电路。其中功率开关器件采用IR公司的IRF640功率MOSFET管。IR640的最小漏源击穿电压为200V，最大栅源电压为±20V，超过此限度值，即使电流被限制在很小值，也可能击穿栅源间的氧化层而造成损坏。为此，在IRF640的栅源间加了15V的齐纳二极管IN4744和一个20KΩ的无感电阻，用以降低振荡和减小峰值电流。由于MOSFET内部的续流二极管在高频PWM开关下恢复时间不甚理想，为此，分别在4个IRF640的漏源之间各接了一个快恢复二极管，即VD1、VD2、VD3、VD4，选用MUR820，驱动电路见图1。
直流电机方向控制：
H桥的前置驱动采用IR公司的IR2110。IR2110是一种双通道高压高速功率MOSFET驱动器。由TMS320LF2407提供的PWM脉冲信号通过隔离变换后作用于控制输入端和，两路输出和与输入和相对应，当关闭功能端SD为低电平时，在对应输入端的上升沿时刻，对应输出端有输出信号；当SD端为高电平时，将同时关断高端和低端的输出信号，这为保护功率管和电机提供了很好的可控性。正常工作时，电源对自举电容的充电是在快恢复二级管VD1的导通期间进行。此时MOSFET截止，其源极电位接近地电位，+15V电源通过D7给C9充电，使C9上的电压接近+15V。当MOSFET导通而VD1截止时，C9自举，D7截止，C9上存储电荷为IR2110的高端驱动输出提供电源。自举电容应选用损耗小、绝缘电阻高、频率特性好的电容。D7、D8应选用快恢复二极管，且反向耐压要能满足电路要求。由软件来生成两路带死区的PWM信号PWM1和PWM2。经过隔离、驱动、光电隔离整形电路，分别加到功放前置驱动芯片IR2110的高低输入端。然后驱动H型桥式功放电路中两组MOSFET管，产生有规律的双极性电压，加在直流直线电机线圈上，从而控制直流电机的转动方向。通过调节PWM脉冲宽度，从而控制直流电机的速度[2]。
3.液晶显示模块(如图2)
在液晶显示方面，我们利用到了LED及驱动，液晶显示能有效直观的反应出结果，使我们能对所发生的现象一目了原，驱动芯片为74HC244。
4.试验结果与误差分析
按照以上原理和设计结构。设计该调速系统参数如下：(1)输入电压：单相交流220V士10%。(2)直流电机额定电压：5V。(3)调速范围：1:30。
对该系统的运行的可靠性做了实验验证。
该电流控制凋速系统进行了开环运行试验和闭环运行试验。系统开环试验使用直流发电机作负载。在保证电枢电压Ud=5V的情况下得到系统开环静特性曲线.如图3-1所示。可以看出系统开环运行调速特性基本保持线性，这是与理论分析相吻合的。保持速度给定不变，调节系统负载，可以得到加入闭环调节后调速系统的静特性曲线，图3为给定速度分别为1750r/min，l400r/min，1000r/min时的静特性曲线。
在直流电机控制系统的仿真模型上，对直流电机的权值自调整模糊PI的控制算法进行了仿真测试。直流电机参数为：额定电压Un=5V；电枢电阻Rn=0.087，电枢电感La=0.01H，励磁电阻Rf=240，励磁电感为Lf=0，互感lf=1.23H；粘滞摩擦系数Bm=0.02。通过常用PID参数整定法，确定PI参数为：Kp=1.6，Ki=16，L=le一4。
5.小节
本调速系统，在设计完整个系统的基础上，进行试验，试验结果证明系统控制方案、控制芯片选择等方案的可行性。
参考文献
[1]陈国呈.PWM变频调速技术[M].机械工业出版社,2000.
[2]王跷明,王玲.电动机的DSP控制[M].北京:航空航天大学出版社,2006.
[3]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社,2008.
【基金项目】黄冈师范学院2011年实验教学示范中心大学生创新活动项目（项目编号：zx1105）。
作者简介：
雷学堂（1968—），男，湖北罗田人，黄冈师范学院物理与电子信息系教授，主要从事电子技术应用方面的教学和研究工作。
巩厚富（1989—），男，湖北人，大学本科，现就读于黄冈师范学院物理与电子信息系电子信息工程专业。
【关键词】直流电机，TMS320LF2407，DSP控制
1.绪论
在工程实践中，有许多生产机械如铣床电机要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。当然，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展很快，大有取代直流调速系统的趋势，由于全数字直流调速系统的出现，目前，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，直流调速系统的应用研究具有实际意义。
2.控制系统的硬件设计
为了满足电极快速前进与快速回退的双向运动需要，驱动器产生的驱动力必须能改变方向，这就要求在磁场方向恒定的条件下，线圈内能流过两个方向的电流，因此功率驱动电路必须是H型桥式斩波驱动电路。其中功率开关器件采用IR公司的IRF640功率MOSFET管。IR640的最小漏源击穿电压为200V，最大栅源电压为±20V，超过此限度值，即使电流被限制在很小值，也可能击穿栅源间的氧化层而造成损坏。为此，在IRF640的栅源间加了15V的齐纳二极管IN4744和一个20KΩ的无感电阻，用以降低振荡和减小峰值电流。由于MOSFET内部的续流二极管在高频PWM开关下恢复时间不甚理想，为此，分别在4个IRF640的漏源之间各接了一个快恢复二极管，即VD1、VD2、VD3、VD4，选用MUR820，驱动电路见图1。
直流电机方向控制：
H桥的前置驱动采用IR公司的IR2110。IR2110是一种双通道高压高速功率MOSFET驱动器。由TMS320LF2407提供的PWM脉冲信号通过隔离变换后作用于控制输入端和，两路输出和与输入和相对应，当关闭功能端SD为低电平时，在对应输入端的上升沿时刻，对应输出端有输出信号；当SD端为高电平时，将同时关断高端和低端的输出信号，这为保护功率管和电机提供了很好的可控性。正常工作时，电源对自举电容的充电是在快恢复二级管VD1的导通期间进行。此时MOSFET截止，其源极电位接近地电位，+15V电源通过D7给C9充电，使C9上的电压接近+15V。当MOSFET导通而VD1截止时，C9自举，D7截止，C9上存储电荷为IR2110的高端驱动输出提供电源。自举电容应选用损耗小、绝缘电阻高、频率特性好的电容。D7、D8应选用快恢复二极管，且反向耐压要能满足电路要求。由软件来生成两路带死区的PWM信号PWM1和PWM2。经过隔离、驱动、光电隔离整形电路，分别加到功放前置驱动芯片IR2110的高低输入端。然后驱动H型桥式功放电路中两组MOSFET管，产生有规律的双极性电压，加在直流直线电机线圈上，从而控制直流电机的转动方向。通过调节PWM脉冲宽度，从而控制直流电机的速度[2]。
3.液晶显示模块(如图2)
在液晶显示方面，我们利用到了LED及驱动，液晶显示能有效直观的反应出结果，使我们能对所发生的现象一目了原，驱动芯片为74HC244。
4.试验结果与误差分析
按照以上原理和设计结构。设计该调速系统参数如下：(1)输入电压：单相交流220V士10%。(2)直流电机额定电压：5V。(3)调速范围：1:30。
对该系统的运行的可靠性做了实验验证。
该电流控制凋速系统进行了开环运行试验和闭环运行试验。系统开环试验使用直流发电机作负载。在保证电枢电压Ud=5V的情况下得到系统开环静特性曲线.如图3-1所示。可以看出系统开环运行调速特性基本保持线性，这是与理论分析相吻合的。保持速度给定不变，调节系统负载，可以得到加入闭环调节后调速系统的静特性曲线，图3为给定速度分别为1750r/min，l400r/min，1000r/min时的静特性曲线。
在直流电机控制系统的仿真模型上，对直流电机的权值自调整模糊PI的控制算法进行了仿真测试。直流电机参数为：额定电压Un=5V；电枢电阻Rn=0.087，电枢电感La=0.01H，励磁电阻Rf=240，励磁电感为Lf=0，互感lf=1.23H；粘滞摩擦系数Bm=0.02。通过常用PID参数整定法，确定PI参数为：Kp=1.6，Ki=16，L=le一4。
5.小节
本调速系统，在设计完整个系统的基础上，进行试验，试验结果证明系统控制方案、控制芯片选择等方案的可行性。
参考文献
[1]陈国呈.PWM变频调速技术[M].机械工业出版社,2000.
[2]王跷明,王玲.电动机的DSP控制[M].北京:航空航天大学出版社,2006.
[3]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统[M].北京:机械工业出版社,2008.
【基金项目】黄冈师范学院2011年实验教学示范中心大学生创新活动项目（项目编号：zx1105）。
作者简介：
雷学堂（1968—），男，湖北罗田人，黄冈师范学院物理与电子信息系教授，主要从事电子技术应用方面的教学和研究工作。
巩厚富（1989—），男，湖北人，大学本科，现就读于黄冈师范学院物理与电子信息系电子信息工程专业。