基于DSP的直流伺服电机的控制.doc

安徽工程大学毕业设计（论文）
基于DSP的直流伺服电机的控制
摘 要

在现代工业生产中，为了实现过程自动化的要求，机电传动和控制系统越来越广泛的应用于各个领域和行业当中。尤其是直流电机和伺服系统在控制系统中的应用，更是促进了现代化工业的高速发展。直流伺服电动机以其优秀的线性机械特性、宽调速、大转距以及简单的控制电路等优点，经过长期的发展，已经成为各自动化系统中应用最多的电机。而随着DSP 的出现，以它处理能力强、内置较大的存储器、芯片功耗低及配置资源灵活等特点使直流伺服电机的控制更广泛地应用于各种驱动装置和伺服系统。可见，机电一体化产品质量和技术水平的高低，已经是当今世界衡量一个国家实力和国际地位的重要标志。
本论文的研究内容是设计并实现一个基于DSP的直流伺服电机转速控制系统。本设计完成的主要工作不仅要设计调速系统硬件总体结构，对系统各主要部件设计进行详细的分析，对所设计的控制方法进行仿真，而且还要求转速控制达到一般工业要求的标准，并在控制电机启动时控制其启动的电流大小，防止启动过程中的过压和过流。

关键词：DSP；直流伺服电机；PWM；PID

DC servo electromotor controlling based on DSP
Abstract
Produce in the modern industry, for carrying out the request of process automation, the machine fax moves and controls system more and more extensive apply in each realm and profession. Particularly direct current electrical engineering and servo system are controlling the application in the system, it is also promote the high speed development of modern industry. The direct current servo electric motor is adjusted with it’s excellent line machine characteristic, breadth speed’s control and greatly turn to be apart from and simple control electric circuit etc advantage, process long-term of development, have been already became applied most electrical engineering in each automation. But with the DSP emergence, Because it’s strongly processing ability and it’s inside place bigger saving machine, chip achievement consume low and allocation the resources vivid etc characteristics make the control of the direct current servo electrical engineering more broadly applied in various drive equipment and servo system. It is thus clear that, the height of machine electricity product and the level of technique, it’s already become the important sign of measure national real strength and international position nowadays.
The research contents of this thesis is design and carry out an according to DSP of the direct current servo electrical engineering turn speed control system. The main work of this design not only needs to design to adjust the system hardware total structure, carries on detailed analysis to system each main parts design, carries on imitating to the control method designed really, but also carry out turning of electrical engineering control attain the standard of generally industrial request, and control the electric current size when starting of control it’s start, prevent from lead press and lead flow in start process.

Keywords: DSP ；the direct current servo electrical engineering；PWM； PID

目 录
引 言 - 1 -
1.1 课题背景 - 2 -
1.2 主要研究内容 - 2 -
1.3 研究意义 - 2 -
1.4 实现的主要思路 - 3 -
1.5论文后续内容的组织和安排 - 3 -
第2章 总体技术方案 - 4 -
2.1总体技术方案 - 4 -
2.2方案的确定 - 4 -
2.3本章小结 - 5 -
第3章 系统硬件设计 - 6 -
3.1硬件组成 - 6 -
3.2硬件分析 - 7 -
3.2.1 三角波发生器 - 7 -
3.2.2电压-脉冲变化器 - 9 -
3.2.3 脉冲分配器及功率放大电路 - 10 -
3.2.4驱动芯片的选择 - 11 -
3.2.5 H型功率驱动电路设计 - 13 -
3.2.6 电源部分的设计 - 15 -
3.2.7 上电复位电路的设计 - 16 -
3.2.8 时钟电路设计 - 16 -
3.2.9 JATG接口 - 17 -
3.2.10 串行通信接口（SCI） - 19 -
3.2.11 TMS320LF2407A与D/A转换器接口 - 20 -
3.2.12过流保护 - 21 -
3.2.13 过压和欠压保护 - 22 -
3.2.14 键盘输入接口电路和LED显示电路设计 - 22 -
3.2.15 PID调节器的实现 - 23 -
3.3本章小结 - 26 -
第4章 系统软件设计 - 27 -
4.1软件组成 - 27 -
4.2各子功能实现 - 27 -
4.2.1 系统初始化模块 - 27 -
4.2.2 电机起停控制模块 - 28 -
4.2.3中断服务模块 - 29 -
4.3实现举例 - 30 -
4.4 本章小结 - 31 -
第5章 仿真 - 32 -
5.1 电机的启动，调速与制动 - 32 -
5.2 电机控制系统仿真模型的建立 - 33 -
5.3 结果分析 - 35 -
5.4 本章小结 - 40 -
第6章 结论与展望 - 41 -
6.1 结论 - 41 -
6.2 展望 - 41 -
致 谢 - 42 -
参考文献 - 43 -
附录A 外文文献及翻译 - 45 -
附录B 主要参考文献及摘要 - 52 -

插图清单

图2-1系统的整体方案图 …………………………………………………………………4
图3-1硬件组成框图…………………………………………………………………………6
图3-2 DSP最小控制系统……………………………………………………………………6
图3-3电路保护部分…………………………………………………………………………7
图3-4三角波发生器…………………………………………………………………………7
图3-5电压脉冲变器………………………………………………………………………10
图3-6脉冲分配器及功率放大路…………………………………………………………11
图3-7IR2133S引脚图………………………………………………………………………12
图3-8 H型功率驱动电路图…………………………………………………………………13
图3-9电源转换路…………………………………………………………………………15
图3-10 上电复位电路………………………………………………………………………16
图3-11 外接晶体与DSP连接示意图………………………………………………………17
图3-12时钟电路图…………………………………………………………………………17
图3-13 JTAG接口……………………………………………………………………………18
图3-14 JATG端口插针定义………………………………………………………………18
图3-15串行通信接口………………………………………………………………………19
图3-16外扩存储器接口……………………………………………………………………20
图3-17 TMS320LF2407A与D/A转换器口…………………………………………………21
图3-18过流保护电路………………………………………………………………………22
图3-19 键盘输入接口电路…………………………………………………………………23
图3-20 LED显示电路………………………………………………………………………23
图3-21 模拟PID控制系统原理图…………………………………………………………24
图4-1 系统软件总体主程序流程图………………………………………………………27
图4-2 系统初始化模块流程图……………………………………………………………28
图4-3 电机起停控制模块…………………………………………………………………29
图4-4 中断服务程序………………………………………………………………………30
图5-1 电机速度控制器……………………………………………………………………33
图5-2 基于DSP的PID调节双闭环仿真结果……………………………………………38
图5-3 速度阶跃响应………………………………………………………………………38
图5-4 电流阶跃响应………………………………………………………………………39
图5-5 理想电机双闭环运行结果…………………………………………………………39

表格清单

表3-1 PWM输出与电机工作状态的关系表…………………………………………………14
表3-2 简化9线接口RS-232标准…………………………………………………………19

- 55 -

引 言

运动控制起源于早期的伺服控制，而对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是指对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速、转角、电压、电流等物理量进行控制，有时往往需要非常精确的控制。其中电动机的控制部分己由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统的应用。
随着电力电子技术，微电子技术，现代控制理论的发展，直流伺服系统逐渐成为控制系统的主流。伺服电动机亦称执行电动机，它具有服从控制信号的要求和动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动;信号来到之后，转子能立即转动，当信号消失，转子能即时自行停转。由于这种“伺服”的性能，因此而命名。
当前，电子产品正在发生从模拟到数字的转化，数字化是当前信息领域发展的一大趋势。在这一场数字化的革命中，DSP器件取得了飞速的发展，成为集成电路中继微处理器和微控制器之后，又一个引人注日的产品。在70年代末和80年代初，DSP只有在大学和航天部门才能用到。今天，DSP己经成为通信、计算机、网络、工业自动控制和家用电器等电子产品中不可缺少的基础器件。DSP技术的迅速发展和提高，己经成为决定电子产品更新换代的决定性因素。
本系统利用TMS320LF2407A芯片实现了直流伺服控制系统的设计。采用该DSP 芯片可使本系统的硬件结构简化，控制精度提高，实时性变强。而且本系统中电机的控制主要由脉宽调制(PWM)系统的微处理器控制，就是将微处理器引入PWM系统，使微处理器成为PWM系统的环节，同时选用适合于微处理器控制的各种现代伺服元件和接口电路，组成一个数字伺服系统。应用软件程序，实现数字比较、数字脉宽调制以及模拟系统中控制回路所需要的各种附加功能，从而实现设计的各种需求。总之，直流伺服技术是一个正在发展中的新技术领域，具有很好的发展前景。

第1章 绪论
1.1 课题背景

电机控制系统的发展从主传动机电能量转换角度来说，由机械控制系统（如齿轮箱变速），机械和电气联合控制系统（如感应电机电磁离合器调速）发展到全电气控制系统（基于电力电子电源变换器的电机控制系统）；从控制电路来说，由模拟电路，数字和模拟混合电路发展到全数字电路控制系统：从控制策略来看，最初是低效有极控制（如直流电机电枢回路串分级电阻调速），接着是低效无级控制（如感应电机改变转差率调速），后来又改进成高效率无极控制（如交流电机变频调速 ），发展到现在的高性能智能型控制系统（如自适应系统参数辨识与自校正控制）；从电子控制器结构来说，由体积庞大的电子管控制系统，小功率晶体管控制系统，大功率无自关断能力的晶闸管控制系统发展到全控型电力电子器件构成的控制系统。
电机控制系统分为发电机和电动机两个方面，就电动机的控制目标来说，主要有速度控制和位置控制两大类。电机的速度控制系统也称为电机调速系统，它广泛的应用于机械，冶金，化工，交通等工业部门。电机的位置控制系统或位置伺服系统也称为电机的运动控制系统。
而直流伺服电机主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲 的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.01mm。
电机的控制系统是通过电机伺服驱动装置将给定的位置指令变成期望的机构运动，一般系统功率不大，但有定位精度的要求，并具有频繁启动和制动的特点，在雷达，导航，数控机床，机器人等领域得到广泛的应用。

1.2 主要研究内容

本论文的研究内容是设计并实现一个基于DSP的直流伺服电机转速控制系统。本系统要求达到的控制目标为：
（1）设计调速系统硬件总体结构，对系统各主要部件设计进行详细的分析，对所设计的控制方法进行仿真。
（2） 研究DSP数字处理器的原理和电机的PWM控制原理以及PID 算法，并给出相关的硬件电路图。
（3）控制电机启动的电流大小，防止启动过程中的过流，实现电动机的正反转控制。

1.3 研究意义

伺服系统在机械制造行业中用的最多最广泛，各种高性能机床运动部件的速度控制、运动轨迹控制、位置控制，都是依靠各种伺服系统控制的。电动机是伺服系统的重要执行元件，又称为执行电动机。在自动控制系统中，其任务是将输入的电信号转换为转角或转速，以带动控制对象。因此，对伺服系统的控制关键所在就是对伺服电机的控制。
直流伺服电动机具有非常优秀的线性机械特性、宽调速、大转距以及简单的控制电路等优点，经过长期的发展，又具有交流伺服电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点。DSP 的出现，以它处理能力强、内置较大的存储器、芯片功耗低及配置资源灵活等特点使直流伺服电机的控制更广泛地应用于各种驱动装置和伺服系统。

1.4 实现的主要思路

设计PWM信号产生电路，并通过功率驱动电路放大后来配合DSP芯片进行电机的控制，主要利用其控制电机电枢电压，从而实现调速。

1.5论文后续内容的组织和安排

在后面的设计当中，首先完成主电路的设计，即PWM信号产生和功率驱动电路的设计。然后，对DSP最小系统进行设计，主要完成的是电源转换模块，上电复位电路，时钟电路，JTAG仿真接口以及相关外围电路的设计。最后，阐述下相关算法和程序控制的实现，以及仿真结果的分析。

第2章 总体技术方案
2.1总体技术方案

本文所设计的系统包括三部分:主电路、控制部分和用户定义部分。主电路就是由电机和功率模块共同组成的电机驱动部分。
控制部分由DSP控制，由速度环和位置环组成，完成电机的驱动和速度、位置的初始信号以及实时信号的采集和运算，实现系统的循环伺服控制;设定和显示部分完成系统的起动、停止、复位的设定以及速度和位置的给定值和实时值的显示，实现人机对话。本系统的整体方案图如下图2-1所示：

图2-1系统的整体方案图

2.2方案的确定

常用的伺服电机控制方法有：
（1）基于晶体管的PWM直流伺服电机控制系统：
该系统主要由电流内环，速度中环，以及位置外环和晶体管开关式放大器以及PWM信号电路组成。电流调节器，速度调节器以及位置调节器由模拟电路组成PID调节器。晶体管开关式放大器是控制系统的主回路，一般为双极性和单极式两种。PWM的作用是将电压量转换成脉冲宽度可由控制信号调节而变化的脉冲电压。脉冲宽度调节器从结构上由调制信号发生器和比较放大器两部分组成，调制信号发生器采用三角波发生器或者锯齿波发生器。
虽然PWM波动大，硬件成本高，但是与可控硅相比其控制简单，开关性能更好，驱动电路响应快，PWM控制波形易于才用软件实现，故随着晶体管技术的成熟已经广泛的用于电机控制系统中。
（2）基于DSP的直流伺服电机控制：
方式（1）虽然能实现全数字化控制，但是由于单片机的处理速度慢而不能很好的实现电机的实时控制。而在直流伺服电机控制系统中引进DSP控制器，可以更好的处理电流环，速度环与位置环，足以实现电机的实时控制。而且基于DSP的数字化直流伺服电机控制系统缩小了系统体积，提高了系统可靠性，随着控制系统的批量增大，软硬件成本低的优势越来越显著。
对于上述中的速度环，位置环和电流环，其主要组成和作用如下[1]：
速度环由脉冲编码器、信号处理电路、捕获单元、速度给定、以及速度控制器组成。电机转速由脉冲编码器进行检测。脉冲编码器将转速转化为对应脉冲信号，通过信号处理电路的处理，由捕获单元捕获并且送入DSP。经过速度控制器(PI调节器)的运算，得出相应的控制信号送出到比较单元，同时作为电流环的给定值。
位置环是一个单环电路。它是从速度环的检测电路送出，包括脉冲编码器、信号处理电路、捕获单元、位置给定以及位置控制器。脉冲编码器安装在电机的转子上，转子旋转一周，脉冲编码器也跟着转过一周，通过计算脉冲编码器产生的脉冲数就可以得出当前转子所转过的位置信息护捕获单元将脉冲编码器产生的脉冲捕获并且送入DSP内部的计数器。通过位置控制器(PID调节器)运算得出输出量送到比较单元。通过位置控制器运算得出输出量，并将输出量作为速度环的给定。
电流环由主电路、霍尔电流传感器、信号处理电路、AD转换器、电流调节器、电压比较电路组成。霍尔电流传感器可以检测主电路的电流信号并且将电流信号转化为成比例的电压信号。由于DSP只能处理数字信号，因此要将电流传感器送出的电压信号经过A/D转换器转换为数字信号送入DSP进行处理，从而决定功率模块输出。当主电路的工作电流过大时，很容易损坏电机，因此必须要对电流进行上限限制。电流调节器采用PI调节器。
用户定义部分由PC控制，它和DSP控制器之间通过串行通信来实现数据交换。
综上所述，本直流伺服电机控制系统的设计采用方式(1)和(2)结合的方法，即基于DSP的基础上，运用PWM脉宽调制信号对直流电机进行控制。其中，在PWM模块中，对主电路和驱动电路的设计是本设计的重点，而在接下来完成DSP控制系统设计和相关硬件的设计，以及相关电路图的完善，这是本设计中的难点和重点。

2.3本章小结

在本章先对电机控制的常用方法以及DSP芯片在控制系统中的应用进行了阐述，最终根据实际情况确定了控制系统的整体方案和核心的控制方法。在本章设计中，分析了电机控制常用的两种方案，即基于晶体管的PWM直流伺服电机控制系统和基于DSP的直流伺服电机控制。在分析两者之间的优缺点之后，最终把本设计的控制方法定为：基于DSP芯片实时控制的基础上，采用PWM脉宽调制的方法来实现电机的数字化实时控制。故本设计电机控制系统综合了前两种方法的优点，着重体现了电机控制系统的数字化和实时化。

第3章 系统硬件设计
3.1硬件组成

全数字化控制电机系统，大体上可以分为控制电路和功率电路两大部分。主电路部分即功率电路，采用H桥型主电路，该形式电路主要用于直流电机的控制。而三相桥型主电路则主要用于同步电机，异步电机以及无刷直流电机和永磁同步电机的驱动控制。
而本设计系统主要由三大硬件部分组成，第一部分是主功率电路部分，其主要是由PWM信号产生部分和功率驱动部分组成。其硬件组成框图如下图3-1：

图3-1硬件组成框图

另一部分是DSP最小控制系统部分，主要由电源转换电路，上电复位电路，时钟电路，外围电路及仿真接口组成。其组成框图如下图3-2：

图3-2 DSP最小控制系统

第三部分是电路保护部分。主要实现电路的过流和过压保护。其硬件组成框图如下图3-3所示：

图3-3电路保护部分

3.2硬件分析

首先进行主功率电路设计，即PWM信号发生电路和驱动放大电路的设计。
本设计的主功率电路采用H型双极式功率放大电路。其主要由三角波发生器，电压-脉冲变换器和脉冲分配器及功率放大电路组成。

3.2.1 三角波发生器

系统连接电源后，通过三角波发生器形成所需要的三角波信号，为以后的
脉冲信号形成提供电信号基础。其电路图如下图3-4所示：

图3-4三角波发生器
该三角波发生器主要由运算放大器和组成。在开环下工作，其输出电压为正或负饱和值。和稳压管VZ组成一个限幅电路。为积分器，当输入电压为正时，其输出电压向负方向变化，当为负时，向正方向变化，故正负交替变化时，就形成了一个三角波了。
改变积分时间常数的数值可以改变三角波电压的频率，改变电阻与的比值，可以改变的幅值。
当电路稳定后，当为时，由叠加原理求出同向输入端的电位为：
(3-1)
其中，第一项是的输出电压单独作用时的同相输入端的电位；第二项是N2的输出电压单独作用时的同相输入端的电位。比较器的参考电压。要使从变为，必须在时，这时可以从上式（3.1）中得出
(3-2)
即当上升到时，才能从变为。
同理可求，当为时：
(3-3)
如此周期性的变化，输出的是矩形波电压,输出的是三角波电压.
本设计对三角波信号的要求为：
频率范围：1-1000
输出电压：方波幅值 三角波幅值
波形特征：方波
三角波非线性失真系数小于2%
运放和依经验选用AD308型号通用运算放大器，其输入失调电压为,偏置电流，消耗功率，工作电压3~18V，输入电压，共模输入电流
则计算过程如下：
由三角波波形可以推导出公式：
(3-4)
又因为 (3-5)
所以可求出 (3-6)

又因为要求输出的三角波频率为，此处我们设计的输出电压幅值为。
取R3=R7=10K欧，则由 (3-7)
可求得R4=25K欧 C=100uf
由N1所在的同相放大电路有：
(3-8)
依经验取=2K,=10K,==20K，则由上式可求R2=2K
3.2.2电压-脉冲变化器

PWM为脉宽调制,PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲。按一定的规则对这些脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路的输出电压大小，也可改变频率，这就是PWM的基本原理。在本系统中，只涉及到改变脉冲的宽度来改变逆变电路的输出电压大小，而不涉及改变频率。直流电机的调速，就是调节输出脉冲的宽度，得到不同的逆变电路的输出电压，从而使电机可以得到不同的转速。
生成的三角波信号通过电压-脉冲变化器后形成一正负脉宽相等的矩形波电压，用于以后电动机的脉宽调制。其电路图如下图3-5：

图3-5电压脉冲变换器

如上图所示，运算放大器的同向输出端电位为：
(3-9)
又因为 (3-10)
由以上两式代入数据可求得：<<1 (3-11)
故可选取R3=200，R4=20
依经验选取R=10,R1=200,R2=4.7,C=0.1
若为正，则它使升高。在为正的半周期，当超过时，发生负跳变，升高使充电时间延长。在为负的半周期，当时，发生正跳变，使输出信号处于低电平的时间缩短，即使输出信号处于高电平的脉宽加大，处于低电平的脉宽减小。反之，下降使输出信号处于低电平的脉宽加大，处于高电平的脉宽减小，从而使脉宽受到调制。
运算放大器N工作在开环状态，是三角波电压，是由系统输入电压经速度调节器ASR和电流调节器ACR后输出的直流控制电压。当>0时，>0. <0 ,为正的限幅值，在接下来的时间区间内+>0, 故=0（因为负脉冲已消去）。以此类推，重复上述过程，随着的变化，在BU的输出端形成一串正的矩形脉冲，BU的输出电压为一正负脉宽相等的矩形波电压。（注;ASR和ACR均采用比例积分调节器）

3.2.3 脉冲分配器及功率放大电路

由于所产生的矩形波很小，不足以驱动电路，故将上述的矩形波通过脉冲分配器分配后经过功率放大电路进行放大后才可以驱动电路工作。其电路图如下图3-6：

图3-6脉冲分配器及功率放大电路

当为高电平时，非门1输出低电平，一方面他使与非门5输出Uc1,4为高电平，V1截止，光电管B1也截止，则，经功率放大电路，其输出Ub1,4为低电平，使开关管VT1,VT4（即H型双及式脉宽调制放大器电路中的V1和V4对应的两个功率开关管）截止。另一方面，非门2输出高电平，其后使与非门6的输出Uc2,3为低电平，V2导通发光，使光电管B2导通，则为高电平，经功率放大后，其输出Ub2,3为高电平，使开关管VT2,VT3导通。反之，当U4为低电平时，Uc2,3为高电平，B2截止，Ub2,3为低电平，使VT2,VT3截止；而Uc1,4为低电平，使VT1,VT4导通[2]。
可见，随着电压的周期性变化，电压Ub1,4和Ub2,3正负交替变化，从而控制开关管VT1,VT4与VT2,VT3的交替导通与截止。其中功率放大器的作用是把控制信号放大，使能驱动大功率开关管。

3.2.4驱动芯片的选择

驱动的关键是为上桥的栅极产生一个高于正极12V~15V的电位。本系统所采用的方法是采用国际整流器公司的IR2133专用驱动芯片，外加一个隔离二极管和自举电容获得高于供电正极12V~15V的电源。
IR2133是MOS功率器件专用栅极驱动集成器，只需要一个供电电源，即可驱动6个功率开关器件，可以使整个驱动电路更加简单可靠。
一片IR2133可代替三片IR2100。且仅需一个输入级电源。其工作温度范围是-50~150度，工作频率从几十赫兹到上千赫兹。可对同一桥臂上下两功率器件的栅极驱动信号产生长达250ns的互锁延时时间。它的工作电压为3~20V,输入信号与TTL及CMOS电平兼容。
IR2133的工作原理简述如下[3]:正常工作时，当外部电路不发生过电流、直通故障且IR2I33的自举电路工作电路不欠电压，以及脉冲处理和电平移位器PULSEGENERATOR LEVEL SHIFTER输出的上桥臂栅极驱动信号不发生欠电压情况时，则从封锁逻辑CLEAR LOGIC故障逻辑处理单元FAULT LOGIC及欠电压检测器UVDETECTOR来的封锁信号均为无效，从脉冲形成部分来的六路脉冲信号，经三个输入信号处理器，经过相应转化后，变为六路输出脉冲，其对应的驱动三路下桥臂功率MOS管的信号，经三路输出驱动器功率放大后，直接送往被驱动功率MOS器件的栅源极。而另外三路上桥臂驱动信号H 1, H2,H3先经集成于IR2133内部的脉冲处理和电平移位器PULSEGENERATORLEVEL SHIFTER中的自举电容进行电位变换，变为三路电位悬浮的驱动脉冲，再经过对应的三路输出锁存器锁存，并经严格的驱动脉冲欠电压与否检验之后，送到输出驱动器进行功率放大，最后才加到被驱动的功率MOS器件的栅源极。一旦外电路发生过电流或直通即电流检测单元送出的信号高于0.5 V时，则IR2133内部的比较器CURRENT COMPARATOR迅速翻转，促使故障逻辑处理单元FAULT LOGIC输出低电平，一则封锁三路输入脉冲处理器INPUTSIGNALGENERATOR的输出，使IR2133的输出全为低电平，保证六个被驱动的功率
MOS器件的栅源极迅速反偏而全部截止，保护功率管;另一方面经IR2133的8脚输出信号，封锁脉冲形成部分的输出或给出声光报警。若发生IR2133的工作电源欠电压，则欠电压检测器UV DETECTOR迅速翻转，同以上的分析一样，使得被驱动MOS功率器件全部截止而得到可靠的保护，并从8脚输出故障信号。
当IR2133因某种原因驱动上桥臂功率管的自举电源工作电压不足时，则驱动电压检测器UV DETECTOR迅速动作，封锁驱动输出，保护功率器件不因驱动电压幅值不足而损坏。还有当用户脉冲形成环节输出发生故障，IR2133接收到逆变器中同一桥臂上、下两功率器件的栅极驱动信号都为高电平时，则内部的巧妙设计可保证该通道实际输出的两路栅极驱动信号全为低电平，从而可靠的保护该支路上的两个功率MOS器件，防止驱动信号有误而引起的直通现象的发生。
其引脚图如下图3-7所示

图3-7 IR2133引脚图
工作原理分析:
主控制器DSP输出的四路PWM控制信号分别接至IR2133芯片的H1N1, H1N2 和L1N1, L1N2引脚，经过IR2133功率放大后，通过高压侧引脚H01, H02(接功率主电路的上半桥)和低压侧引脚L01, L02(接功率主电路的下半桥)经过限流电阻分别接至V1, V3, V2, V4等四个MOSFET的栅极以控制功率管的通断。
在使用IR2133时必须注意以下几点:
(1) 如果要求驱动电路输出的正脉冲宽度较宽，则必须加大自举电容容量，否则会使欠压保护电路工作。
(2) 为了防止自举电容两端电压放电，二极管应选择快速恢复二极管。
(3) 驱动电路输出串接电阻一般应在10~33欧，而对于小功率器件，串接电阻
应该增加到30~50欧。

3.2.5 H型功率驱动电路设计

在直流伺服电机调速控制系统中，就是通过改变电枢两端的平均电压来实现电机的调速。下图3-8为驱动电路图：

图3-8 H型功率驱动电路图

本文设计的系统驱动电路为H桥双极性功率驱动电路。可以看到，在一个PWM周期里，当控制信号V1, V4为高电平时，开关管V1, V4导通，此时V2, V3为低电平，开关管V2, V3截止，电枢绕组承受A到B的电压;当控制信号V1, V4为低电平时，开关管V1, V4截止，控制信号V2, V3为高电平，开关管V2,V3导通，电枢绕组承受B到A的电压，实现电机的正反转。
由于机械惯性的作用，决定电动机转向和转速的为电枢电压的平均值。
设矩形波的周期为T,正向脉冲宽度为，并设为导通占空比，则可求出电枢电压的平均值为：
(3-12)
其中为电枢两端的电压。由上式可知，在T为常数时。人为的改变正脉冲的宽度以改变占空比r，即可改变，达到调速的目的。当r=0.5时， =0，电机转速为0；当r>0.5时， >0,电机正转，且在r=1时，，此时正向转速最高；当r<0.5时，<0,电机反转，且在r=0时，此时反向转速最高。所以，连续改变脉冲宽度。即可以实现直流伺服电机的无极调速。
由表3-1可以看出 ，PWM控制信号进入双极性直流伺服电机驱动电路。控制V1 -V4开关的工作状态，从而控制电机运行[4]。

表3-1 PWM输出与电机工作状态的关系表

控制电路除了能完成最基本的核心算法外，还应当具有一个调速系统所必须的其他功能。在下面我们将进行对DSP控制最小系统的设计，以及DSP基本外围电路和通信接口的设计。
本系统以TMS320LF2407A为控制核心，采用PWM调速方式，PWM信号由DSP的四路PWM输出口输出，调制频率选择1KHZ。 DSP中主要由事件管理模块完成PWM脉宽调制。
TMS320LF2402有一个事件管理模块EV，事件管理模块(Event Ma