电动机的DSP控制——TI公司DSP应用 (2008 年度畅销榜NO.1720 )

电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势。为电动机控制而专门设计的DSP已逐渐成为实现电动机全数字实时控制的最有力的工具。本书以TI公司的DSP为例，详尽、系统地介绍了直流电动机、交流异步电动机、交流永磁同步电动机、步进电动机、无刷直流电动机和开关磁阻电动机这些常用电动机的控制原理，并介绍了利用DSP对电动机进行控制的方法。结合每一种控制原理和方法的介绍，都给出了具体的编程例子，并给出了非常详细的程序注释，使读者一看就懂，一学就会。

本书适合于对电动机的DSP控制感兴趣的初学者使用，可作为从事电动机控制和电气传动研究的工程技术人员、高校教师、研究生和本科生自学用书。

第1章TMS320LF2407A DSP
1.1 TMS320LF2407A DSP的特点及引脚功能1
1.1.1 特点1
1.1.2 引脚功能2
1.2 TMS320LF2407A DSP的组成及结构8
1.2.1 总体结构8
1.2.2 存储器结构及I/O空间10
1.2.3 CPU12
1.2.4 系统及I/O端口的配置17
1.3 TMS320LF2407A DSP的指令系统20
1.3.1 程序控制20
1.3.2 寻址方式23
1.3.3 指令集25
1.4 TMS320LF2407A DSP的中断系统27
1.4.1 中断分类27
1.4.2 可屏蔽中断结构28
1.4.3 中断寄存器32
1.4.4 可屏蔽中断服务子程序34
1.5 TMS320LF2407A DSP的事件管理器及PWM37
1.5.1 事件管理器模块结构38
1.5.2 定时器39
1.5.3 PWM和空间矢量PWM波形的生成48
1.5.4 增量式光电编码器接口（QEP）55
1.5.5 捕捉单元57
1.6 TMS320LF2407A DSP的A/D转换器59
1.6.1 ADC编组自动转换功能59
1.6.2 ADC的转换时间、校准与自测66

第2章 直流电动机的DSP控制
2.1 直流电动机的控制原理68
2.2 直流电动机单极性驱动可逆PWM系统71
2.3 直流电动机双极性驱动可逆PWM系统72
2.4 直流电动机的DSP控制方法及编程例子74
2.4.1 数字PI调节器的DSP实现方法74
2.4.2 定点DSP的数据Q格式表示方法78
2.4.3 单极性可逆PWM系统DSP控制方法及编程例子79
2.4.4 双极性可逆PWM系统DSP控制方法及编程例子87

第3章 交流异步电动机的SPWM与SVPWM技术以及DSP控制的实现94
3.1 交流异步感应电动机变频调速原理94
3.1.1 变频调速原理94
3.1.2 变频与变压94
3.1.3 变频与变压的实现——SPWM调制波97
3.2 三相采样型电压SPWM波生成原理与控制算法100
3.2.1 自然采样法101
3.2.2 对称规则采样法102
3.2.3 不对称规则采样法103
3.2.4 不对称规则采样法的DSP编程106
3.3 电压空间矢量SVPWM技术120
3.3.1 电压空间矢量SVPWM技术的基本原理120
3.3.2 电压空间矢量SVPWM技术的DSP实现方法126

第4章 交流异步电动机的矢量控制
4.1 交流异步电动机的矢量控制基本原理154
4.2 矢量控制的坐标变换157
4.2.1 Clarke变换158
4.2.2 Park变换162
4.3 转子磁链位置的计算165
4.4 交流异步电动机的DSP矢量控制166
4.4.1 三相异步电动机的DSP控制系统166
4.4.2 三相异步电动机的DSP控制编程例子167

第5章 三相永磁同步伺服电动机的DSP控制
5.1 三相永磁同步伺服电动机的结构和工作原理185
5.2 转子磁场定向矢量控制与弱磁控制186
5.3 三相永磁同步伺服电动机的DSP控制187
5.3.1 三相永磁同步伺服电动机的DSP控制系统187
5.3.2 三相永磁同步伺服电动机的DSP控制编程例子188

第6章 步进电动机的DSP控制
6.1 步进电动机的工作原理208
6.1.1 步进电动机的结构208
6.1.2 步进电动机的工作方式210
6.2 步进电动机的DSP控制方法214
6.2.1 步进电动机的脉冲分配214
6.2.2 步进电动机的速度控制217
6.3 步进电动机的驱动218
6.3.1 双电压驱动218
6.3.2 高低压驱动219
6.3.3 斩波驱动219
6.3.4 集成电路驱动220
6.4 步进电动机的运行控制221
6.4.1 步进电动机的位置控制221
6.4.2 步进电动机的加减速控制223

第7章 无刷直流电动机的DSP控制
7.1 无刷直流电动机的结构和原理229
7.1.1 结构229
7.1.2 无刷直流电动机的工作原理230
7.2 三相无刷直流电动机星形连接全桥驱动原理232
7.3 三相无刷直流电动机的DSP控制235
7.3.1 三相无刷直流电动机的DSP控制策略235
7.3.2 电流的检测和计算237
7.3.3 位置检测和速度计算238
7.3.4 无刷直流电动机的DSP控制编程例子240
7.4 无位置传感器的无刷直流电动机DSP控制249
7.4.1 利用感应电动势检测转子位置原理249
7.4.2 用DSP实现无位置传感器无刷直流电动机控制的方法250
7.4.3 DSP控制编程例子252

第8章 开关磁阻电动机的DSP控制
8.1 开关磁阻电动机的结构、工作原理和特点266
8.2 开关磁阻电动机的功率驱动电路268
8.3 开关磁阻电动机的线性模式分析270
8.3.1 开关磁阻电动机理想的相电感线性分析271
8.3.2 开关磁阻电动机转矩的定性分析272
8.4 开关磁阻电动机的控制方法272
8.5 开关磁阻电动机的DSP控制及编程例子276
附录ATMS320LF2407A寄存器符号、名称和地址
附录BTMS320C24x指令说明及举例
附录CTMS320C24x伪指令
附录D命令文件和头文件
附录E附带光盘程序目录

DSP（Digital Signal Processors）以运算速度快为显著特征，而单片机则以数字控制功能强为特点。电动机的数字控制既要求控制器有强大的I/O控制功能，又要求控制器有高速的信号处理能力以实现实时控制。因此，世界上各大DSP生产商将DSP的高运算速度与单片机的高控制能力相结合，开发出电动机控制的专用DSP。这种DSP还集成了电动机控制所必需的可增加死区且灵活多变的多路PWM信号发生器、高速高精度ADC，以及用于电动机速度和位置反馈的编码器接口等电路，因而可以说这种DSP是目前用于电动机控制中功能最强大的控制器。近几年来，随着这种DSP价格的不断下调，并与单片机的价格越来越接近，以及其开发工具价格的不断下降，一个电动机DSP控制的普及时代已经来临。本书正是为了普及电动机的DSP控制技术知识而编写的，目的是为了满足越来越多的对电动机DSP控制技术感兴趣的人们的学习要求。 为此，本书在编写思路上有如下特点： 第一，力求使本书面向初学者。不仅面向电动机的DSP控制的初学者，而且还面向电动机的数字控制的初学者。因此，在各种电动机的控制原理和用DSP实现控制这两方面内容的介绍中，都力求尽量通俗、具体和详细。 第二，注重DSP软件编程方法的介绍。因为DSP的高度集成化，所以外围电路用得最少，成为真正意义上的低成本、全数字控制。因此将重点放在控制软件编程方法的介绍上，尽可能将软件编写的思路、数据格式的设计、软件设计的技巧介绍给读者。 第三，详细和实用的编程例子可供读者直接使用，或至少给读者一个启发，以帮助读者在此基础上开发出自己的应用产品。 全书共有8章和5个附录：第1章介绍TI公司TMS320LF2407A DSP的结构原理和基本外设；第2章～第8章分别介绍直流电动机、交流异步电动机、交流永磁同步电动机、步进电动机、无刷直流电动机和开关磁阻电动机的结构特点、驱动方法、调速控制原理、用DSP实现调速的方法及编程例子。附录A给出TMS320LF2407A DSP全部寄存器的名称、符号和地址；附录B给出每一条汇编指令的说明和例子，使读者能够快速地掌握指令系统；附录C给出汇编伪指令的含义；附录D给出TI公司定义的命令文件和头文件，附录E给出光盘程序目录。 本书得到了辽宁省教育厅高校科研基金的资助（项目编号：20032087）。 在编写过程中，得到了美国德州仪器（TI）公司于振宇博士的技术指导和郑晓龙先生的热心帮助，在此表示衷心的感谢。 全书由王晓明和王玲共同编写。研究生崔建、庄喜润、孙维涛参与了本书的资料收集、整理和部分程序的调试工作；单艺斌、黄梦桃、才桂明参与了本书的图形绘制、文字输入和校对工作；另外对本书的编写提供帮助和支持的还有佟绍成、宋长清、王艳秋、李卫民、王天利、常国威、鲁宝春、卫绍元、李国义、李铁军、齐世武、李成英、王德江，在此一并表示谢意。 最后还要感谢北京航空航天大学出版社对本书的出版所给予的支持。 向在本书编写过程中所参阅的文献的作者们深表敬意。 由于作者水平有限，加之时间紧迫，书中难免有错误和不完善之处，敬请读者批评指正。 辽宁工学院 王晓明 2004年2月

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