嵌入式DSP C2000 電機電力控制專業(yè)實驗室解決方案

基于 TI DSP C2000 教學(xué)實驗箱

實驗箱基于TI TMS320F28335浮點DSP C28x控制器，主頻150MHz，實驗箱采用一體板結(jié)構(gòu)，含實驗板和DSP仿真器，可配置電機配件箱，包含步進電機、直流無刷電機（含電機驅(qū)動器）和永磁同步電機（含電機驅(qū)動器）。

實驗箱適用于測控、自動化、工業(yè)控制、電力控制和電機控制等教學(xué)領(lǐng)域。

實驗箱板載固定仿真器，金屬材質(zhì)，免驅(qū)動安裝，支持防反插功能，實驗底板上板載波形發(fā)生器，采用AD9833芯片，可輸出三種波形：正弦波、方波、三角波，可通過旋鈕控制輸出范圍為0~4.5V。實驗板上支持安裝可拆卸亞克力保護板，保護實驗電路。

實驗箱支持：CAN、RTC、以太網(wǎng)口、音頻輸入輸出接口、AD、DA、RS232、RS485、LCD、蜂鳴器、直流有刷電機、減速電機、4*4 矩陣鍵盤、數(shù)碼管、十字交通燈等外設(shè)與接口。

實驗箱可配置電機配件箱，包含步進電機、直流無刷電機（含電機驅(qū)動器）和永磁同步電機（含電機驅(qū)動器）。

步進電機（可選）參數(shù)

BLDC無刷電機（可選）參數(shù)

PMSM永磁同步電機（可選）參數(shù)

丨?

實驗內(nèi)容豐富，滿足多場景教學(xué)需求

創(chuàng)龍教儀提供豐富的教學(xué)實驗案例，讓學(xué)生更全面地了解 DSP 電力控制、電機控制相關(guān)知識與應(yīng)用，實驗類別如下表：

丨?

保姆式實驗操作教程，減少老師備課時間

創(chuàng)龍教儀提供保姆式實驗操作教程，提供教學(xué)實驗手冊、教學(xué)實驗視頻，在明確重點知識的前提下，指導(dǎo)學(xué)生一步步操作，幫助快速打好專業(yè)基礎(chǔ)，同時大大減少老師們的備課時間，減輕老師們的負擔(dān)。手冊內(nèi)容如下表：

向下滑動查看所有內(nèi)容

這是一條分割線

丨?

案例分享：3-2 減速編碼電機控制實驗

一、實驗?zāi)康模?/strong>

（1）理解PID控制原理。

（2）學(xué)習(xí)增量式PID算法的原理。

（3）掌握PID閉環(huán)控制電機的實現(xiàn)。

二、實驗原理：

模擬PID控制原理

在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。PID控制器原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單。

模擬PID控制系統(tǒng)的常規(guī)原理框圖如下圖所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，r(t)是給定值，y(t)是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t)。

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

控制偏差e(t)是PID控制的輸入，u(t)是PID控制器的輸出和被控對象的輸入。模擬PID控制器的控制規(guī)律為

控制器的輸出與輸入誤差信號成比例，當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。在模擬PID控制器中，比例控制的作用是對偏差瞬間做出反應(yīng)。偏差產(chǎn)生后控制器立刻起控制作用，使偏差變小。比例系數(shù)Kp決定了控制作用的強弱，Kp越大，控制作用越強，過度越快，偏差也就越小。但是Kp越大，也更加容易產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，比例系數(shù)Kp必須選擇適當(dāng)，才能使過渡時間變小，偏差小又穩(wěn)定。

增量式PID算法

數(shù)字式PID控制算法可以分為位置式PID和增量式PID控制算法。在本實驗中使用的增量式PID算法。增量式PID控制算法只需要計算控制量的增量。

可得控制器在第k-1個采樣時刻的輸出值為：

如果采用恒定的采樣周期T，一旦確定了A、B、C，只要使用前后3次測量值的偏差，就可以求出控制增量。

除此之外，還有另一種算法：

PID算法程序解析

打開光盤資料的"Demo\KingBox\Application\DC_GEAR_MOT\main.c"文件，可查看相關(guān)代碼。比例常數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)和調(diào)控周期如下：

主函數(shù)中首先初始化系統(tǒng)控制，配置CPU主頻、寄存器和初始化PIE控制等。調(diào)用InitMeasureSpeed函數(shù)初始化時鐘、中斷等。InitMeasureSpeed函數(shù)如下：

InitMeasureSpeed函數(shù)中，cpu_timer0_isr定時器中斷函數(shù)中定時采集速度，并用于PID算法。freq.freqhz_pr為采集的電機脈沖數(shù)，M0_PWM_ON為高電平時間，M0_PWM_ON_NEW為新的高電平時間，PWM_ON_PID是經(jīng)過PID算法后的高電平時間。cpu_timer0_isr定時器中斷函數(shù)如下：

三、實驗步驟

（1）對實驗設(shè)備進行硬件部分連接，連接好仿真器和USB串口線（默認為USB to UART串口輸出）并上電。

（2）右擊計算機圖標，點擊“設(shè)備管理器->通用串行總線控制器”或者“設(shè)備->端口（COM和LPT）”，查看是否有對應(yīng)的仿真器的選項出現(xiàn)，如有說明仿真器驅(qū)動已經(jīng)正常安裝，否則請先正確安裝CCS。同時查看串口的端口號。

（3）打開串口軟件并設(shè)置串口調(diào)試工具，波特率為115200。

（4）按照工程導(dǎo)入步驟導(dǎo)入光盤資料"Demo\KingBox\Application"路徑下的DC_DEAR_MOT工程。

（5）編譯工程生成DC_DEAR_MOT.out的可執(zhí)行程序。

（6）實驗箱上電，確認仿真文件（.ccxml 文件）配置，并連接CPU。

（7）加載DC_DEAR_MOT.out可執(zhí)行程序，并運行程序，本實驗的功能是實現(xiàn)PID閉環(huán)控制電機。

四、實驗現(xiàn)象

運行程序之后，串口顯示如下圖所示：

同時，數(shù)碼管顯示電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向（0是轉(zhuǎn)速，F(xiàn)代表順時針轉(zhuǎn)），如下：

第一次按下按鍵1后，減速直流電機開始順時針（Forward）轉(zhuǎn)動，占空比（DutyCycle）約為12%，轉(zhuǎn)速（Speed）約為60R/min，顯示如下圖所示：

按下按鍵3后，電機會停止轉(zhuǎn)動，同時串口打印電機轉(zhuǎn)向為逆時針（Backward），電機轉(zhuǎn)向由順時針改為逆時針，如下：