武汉纺织大学机械工程与自动化学院DSP实验室建设案例

 

 

武汉纺织大学是国家首批“中西部高校基础能力建设工程”建设高校、教育部“卓越工程师教育培养计划”实施高校、湖北省“国内一流学科”建设高校、全国十大时装名校。

学校在新中国振兴民族轻工业的呼声中应运而生，前身是始建于1958年的武汉纺织工学院，1999年更名为武汉科技学院，湖北省对外贸易学校、湖北财经高等专科学校先后并入，2010年更名为武汉纺织大学。

机械工程与自动化学院创建于1978年，是学校办学规模大、综合实力强、办学底蕴最为深厚的院系之一。

学院现有四个本科专业（机械设计制造及其自动化、智能制造工程、机器人工程、自动化）。其中机械设计制造及其自动化专业被评为国家一流特色专业、教育部“卓越工程师计划”专业、国家管理的本科专业点、湖北省品牌专业，自动化专业被评为湖北省一流特色专业。

 

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带您了解培训流程

实验室：控制理论及MCU技术实验室

实验箱：TL28335-PlusTEB

培训人：创龙教仪技术服务工程师

受训人：任课老师、实验室老师

 

 

 

参与培训的老师和学生们对TL28335-PlusTEB相关实验操作表现出十足的热情，并对创龙教仪专业的技术能力与认真的工作态度表示了肯定。

 

面对日新月异的技术发展，创龙教仪在不断学习与探索新技术与高校新需求之间的联系，并通过不断改进的产品助力高校培养能够适应新社会生产需求的高级人才，以响应国家“产教融合”的方针！

 

TL28335-PlusTEB相关实验（部分）
DSP实验环境搭建与CCS开发基础	安装CCS与串口调试工具 编写基于C语言的DSP程序
DSP基础外设实验	LED灯控制实验 4x4键盘输入控制实验 ECAN内部回环与数据通信实验 DMA在RAM内外搬移数据实验 UART串口收发实验 定时器/计数器控制实验 模数转换（A/D）测试实验 交通灯控制实验
电机控制类实验	直流有刷电机控制实验 减速编码电机控制实验 步进电机控制实验 BLDC开环控制实验 PMSM开环控制实验
语音类实验	音频采集与播放测试实验 G711A音频编码实验 G711A音频解码实验
DSP算法实验	有限冲激响应滤波器（FIR）算法 无限冲激响应滤波器（IIR）算法 快速傅立叶变换（FFT）算法 语音信号的FIR滤波 模拟DVR算法
图像类实验	灰度图像直方图 直方图均衡化 图像反色 边缘检测

 

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特色案例

实验名称：减速编码电机控制实验、

 

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。

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

 

 

 

 

 

 

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。

 

 

可得控制器在第k-1个采样时刻的输出值为：

 

 

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：

 

 

 

PID算法程序解析

打开光盘资料中的"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：

 

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：

 

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：

 

 

 

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。

 

 

实验现象

运行程序之后，串口显示如下图所示：

 

 

 

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：

 

 

 

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：

 

 

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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设备概述

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产品型号：TL28335-PlusTEB
 

处理器型号： TMS320F28335

应用领域：测控、自动化、工业控制、电力控制和电机控制