之为空载损耗用空载转矩To表示。因此电动机的输出转矩Tr，比电磁转矩Te小，相差一个空载转矩To。其转矩平衡方程式表示为：
Tr=Te-To=Ta （2.4）
电动机的准周与生产机械的工作机构直接相连，构成了机电伺服系统。转动方程式为：
Te-Ta=Jdw/dt （2.5）
其中Te为系统中的电磁转矩，Ta为负载转矩。
2.3直流电机的调速控制方法
直流电动机的转速控制方法有三种：对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，改变电枢回路电阻的方法以及对电机进行控制电枢电压控制法。
（1）励磁控制法。这种方法是在电动机的电枢电压保持不变时，通过调整励磁电流来改变励磁磁通，从而实现调速的，属恒功率调速方法。但是这种调速方法的调速范围比较小，在低速的时候受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制。并且励磁线圈电感比较大，动态响应较差，所以这种控制方法在实际中应用的比较少。
（2）改变电枢回路电阻。这种方法是在电动机电枢回路外串电阻进行调速的，设备简单，操作方便。但只能是有级调速，调速平滑性差，机械特性较软，空载时几乎没有什么调速作用，同时也在调速电阻上消耗了大量电能。
（3）电枢电压控制法。这种方法是在保持励磁磁通不变的情况下，通过调整电枢电压来实现调速的，属恒转矩调速方法。在调速时，保持电枢电流不变，即保持电动机的输出转矩不变，可以得到具有恒转矩特性的宽调速范围。
改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转事件不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大,往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。因此在直流电机的调速系统中通常以调压调速为主[9]。
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
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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。
下面以直流电机为例来说明PWM实现调速的原理。绝大部分的直流电机都采用开关驱动方式。开关驱动方式使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制(PWM)来控制电动机电枢电压，实现调速。利用开关管对直流电机进行PWM调速控制的原理图和输入输出电压波形。当开关管MOSFET栅极输入高电平电压时，开关管导通，直流电机电枢绕组两端有电压Us。t1时间后，栅极输入变为低电平，开关管截止，电机电枢两端电压为零。t2时间后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。直流电机电枢绕组两电动机电枢绕组两端的电压平均值为：
Ua=t1Us/(t1+t2)=t1/T=αUs （2.6） 式中α为占空比。占空比α表示了在一个周期T里，开关管导通的时间长短与周期的比值。α的变化范围为0≤α≤1。由式可知，当电源电压Us不变时，电枢的端电压的平均值Ua取决于占空比α的大小。改变α的值极可以改变端电Us压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。
在PWM调速时，改变占空比口值的方法有以下三种：
（1）定宽调频法：这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期(或频率)也随之改变。
（2）调宽调频法：这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期(或频率)也随之改变。
（3）定频调宽法：这种方法是保持周期T(或频率)保持不变，而同时改变t1和t2。
前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法使用比较少。目前在真流电机控制系统中，主要是使用定频调宽[10,11]。
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2.4 DSP介绍
本文运用的控制器是TMSLF2407，因此介绍的重点是TMSLF2407。 TMSLF2407系列DSP有以下特点：
（1）采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz）,从而提高了控制器的实时控制能力。
（2）基于TMS320C2xxDSP的CPU核，保证了F240x系列DSP代码与TMS320系列DSP代码兼容。
（3）片内有高速32KB的FLASH程序存储器、高达1.5KB的数据/程序RAM、544字双口RAM和2KB的单口RAM。
（4）2个时间管理器模块EVA和EVB，每个包括：2个16位通用定时器；8个16位脉宽调制PWM通道。他们能够实现：三相反相器控制，PWM的对称和非对称波形，快速的PWM通道关闭，当外部引脚PDPINTx出现低电平时，可编程的PWM死区控制，以防止上下桥臂同时输出触发脉冲，3个捕获单元，片内光电编码器接口电路，16通道AD转换器。事件管理器模块适用于控制交流感应电动机、无刷直流电动机、开关磁阻电动机、步进电动机、多级电动机和逆变器。
（5）可扩展的外部存储器LF2407总共192KB空间：64KB程序存储器空间、64KB数据存储器空间和64KBI/O寻址空间。
（6）看门狗定时模块WDT。
（7）10位A/D转换器最小转换时间为500ns,可选择由两个事件管理器来触发的两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入A/D转换器。
（8）控制器局域网络CAN2.0B模块。 （9）串行通信接口SCI模块。 （10）16位串行外设SPI接口模块。 （11）基于锁相环的时钟发生器。
（12）高达40个可单独编程或复用的通用I/O引脚GPIO。 （13）5个外部中断2个电机驱动器保护/复位和2个可屏蔽中断。 (14)电源管理包括3种低功耗模式，能独立的将外设器件转入低功耗工作模式。
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2.5 DSP电机控制产生的问题
在电机控制系统中，根据控制电路的器件构成可分为模拟电路、模拟数字混合电路和全数字电路。未来电机控制系统的发展将会主要以数字控制为主导。在电机的DSP控制中主要有以下几个方面的问题：
（1）控制系统结构。电动机作为主要动力执行元件之一，在实际工作中承担的主要任务是拖动机械负载实现位置伺服、速度调节、转矩或力的控制。从机械运动的角度来看，电机的转矩或力是最基本的控制量。对于一般的闭环(速度环和电流环)电机控制系统，可以看成是机械运动正向控制，信号检测、传感，机电耦合关系与电气控制这几个部分。机械运动控制根据外部给定的位置信号与转子位置传感器检测的位置信号相比较，获得位置误差信号。信号检测、传感主要指转子位置检测，电流与电压检测等。例如用霍尔传感器或光电编码器检测转子位置，获取转子实际位置角信号。电机内部的机电耦合关系是通过磁场作为媒体。首先要解决的问题是如何利用检测到的电机转子位置、电流和电压信号观测电机内部磁场的变化。其次是如何反映电机产生的电磁转矩大小，以便有效地控制电机的电磁转矩。电机控制离不开电源，包括强电部分的供电电源和弱电部分的驱动电源。驱动电机主要靠供给逆变器的动力电，逆变器由滞环比较器输出的控制信号按一定规律触发导通，将动力电加到电机绕组上控制电机拖动负载运行.
（2）DSP控制的硬件基础。以DSP为基础构建电机控制系统，其硬件资源包括：信号检测与转换、系统接口、PWM控制器等。控制系统中信号检测是必不可少的，尤其是在闭环控制系统中，状态信息的检测更加重要。检测信号分为电量和非电量两类。电量信号有电流、电压和电功率等。非电量信号包括位置、速度、力或转矩、温度等。它们的检测过程通常根据物理学原理利用传感器将非电量信号转换成电信号再来检测。系统接口部分配置包括时钟信号、速度给定电路、按键电路、电流检测电路、速度检测电路等。电机的控制离不开驱动系统,例如直流电机控制系统的可逆PWM系统，无刷直流电机的三相全控桥系统等。系统桥路中的功率管是采用脉宽控制方式。由DSP输出脉宽波来决定功率管的导通时间、方式与顺序，从而实现对电机的控制[12]。
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