用于摄像头自动对焦的音圈电机驱动器 (Rev. A)

直线音圈电机结构设计与数学建模分析

直线音圈电机结构设计与数学建模分析 音圈直线电机是一种将电能直接转化为直线运动而不需要任何中间转换机构的特种电机，由于具有体积小、质量轻、高响应等一系列优点，因而在一些精密领域及快速响应场合得到了广泛的应用。文章重点介绍了一种自主设计的音圈电机的结构，并且在分析动态特征的基础上通过数学推导建立了比较精确的数学模型。 标签：音圈直线电机；结构；工作原理；数学模型 引言 音圈电机（V oice Coil Motor）是一种特殊形式的直接驱动电机，因其工作原理与扬声器类似而得名。其工作原理就是安培力原理，通电线圈（导体）放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。音圈电机将电能直接转换成机械能，省去了中间转换机构，在一些精密定位系统、高加速领域中得到了广泛的应用，如磁盘定位、光学透镜定位等[1，2]。 根据运动部件的不同，音圈电机可以分为动铁式与动圈式；根据运动方式的不同，音圈电机可分为直线型与旋转型；根据音圈电机内线圈的长短可分为长音圈型与短音圈型；根据磁通源的不同，音圈电机可分为永磁式与电磁式[3，4]。文章所研究的音圈电机为动圈型永磁式直线音圈电机，将电能直接转换为直线运动的机械能。 1 直线音圈电机的结构 文章所设计的音圈电动机为直线电机的一种，动线圈型永磁式直线直流电动机，这种直流直线电机由以下几部分组成，主要包括外壳、环形磁铁、铁芯、底座、电枢骨架和电枢线圈。图1所示就是音圈电机的结构示意图。 图1 音圈电机结构示意图 本设计在结构上非常简单。动子部分包括电枢骨架及缠绕在上面的金属线圈，定子部分主要由四部分组成，外壳是圆柱形的，使用的是钢性材料；铁芯中间部分采用空心结构，这样可以使电机的重量大大减轻；磁场是由永磁铁产生的，永磁铁紧贴着外壳内壁，与铁芯之间构成气隙；铁芯是与外壳的底部连接在一起的，在外壳和铁芯的气隙之间形成固定的磁场，线圈通直流电后，线圈上就会产生电磁力，推动线圈沿轴线方向直线移动。 当动子线圈沿轴线来回做直线运动的时候，它所受到的电磁力必须要大于运动时所产生的惯性力与摩擦力。 2 音圈电机的数学模型

音圈电机技术原理

音圈电机技术原理 音圈电机技术原理 2011年05月25日 音圈电机(Vo ice Co il A ctuato r) 是一种特殊形式的直接驱动电机. 具有结构简单、体积小、高速、 高加速、响应快等特性. 其工作原理是, 通电线圈(导体) 放在磁场内就会产生力, 力的大小与施加在线 圈上的电流成比例. 基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧. 近年来, 随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展, 音圈电机不仅 被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中[ 1 ] , 在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广 泛应用.如, 光学系统中透镜的定位; 机械工具的多坐标定位平台; 医学装置中精密电子管、真空管控 制; 在柔性机器人中, 为使末端执行器快速、精确定位, 还可以用音圈电机来有效地抑制振动[ 2 ]. 但有关音圈电机详细技术原理的文献还不多见, 为此, 本文将系统讨论音圈电机的基本原理, 并阐 述其选型方法和应用场合. 1 音圈电机的基本原理 1. 1 磁学原理 音圈电机的工作原理是依据安培力原理, 即通电导体放在磁场中, 就会产生力F , 力的大小取决于 磁场强弱B , 电流I , 以及磁场和电流的方向(见图1). 如果共有 长度为L 的N 根导线放在磁场中, 则作用在导线上的力可表示为 F = kB L IN , (1)

式中 k 为常数. 由图1 可知, 力的方向是电流方向和磁场向量的函数, 是二者 的相互作用. 如果磁场和导线长度为常量, 则产生的力与输入电流 成比例. 在最简单的音圈电机结构形式中, 直线音圈电机就是位于 径向电磁场内的一个管状线圈绕组(见图2). 铁磁圆筒内部是由永 久磁铁产生的磁场, 这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的 极性. 铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上, 与永久磁体的一端相连, 用来形成磁回路. 当给线圈 通电时, 根据安培力原理, 它受到磁场作用, 在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力. 通电线圈两端电 压的极性决定力的方向. 将圆形管状直线音圈电机展开, 两端弯曲成圆弧, 就成为旋转音圈电机. 旋转音圈电机力的产生方 式与直线音圈电机类似. 只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的, 输出转矩见图3. 1. 2 电子学原理 音圈电机是单相两极装置. 给线圈施加电压则在线圈里产生电流, 进而在线圈上产生与电流成比例 的力, 使线圈在气隙内沿轴向运动. 通过线圈的电流方向决定其运动方向. 当线圈在磁场内运动时,会 在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势). 驱动音圈电机的 电源必须提供足够的电流满足输出力的需要, 且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势, 以及 通过线圈的漏感压降. 1. 3 机械系统原理 音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售. 线圈与磁体之间的最小气隙通常是

直流电机驱动电路设计

直流电机驱动电路设计 一、直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1. 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电 器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。 如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 2. 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。 二、三极管-电阻作栅极驱动

1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。 不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。 2．栅极驱动部分： 后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约 1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。 当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效

直流电机控制

（1）直流电机选择 由于本次毕业设计采用的是飞思卡尔公司提供的伺服电机，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W 三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数），而且伺服电机一般是功率小,运行精确,能高速制动,惯量小,适合闭环控制,也就是能检测到实际位置和理论位置的误差,并消除。 （2）直流电机的控制 PWM控制 脉宽调制的全称为：Pulse Width Modulator，简称PWM。由于它的特殊性能，常被用作直流回路中灯具调光或直流电动机调速。这里将要介绍的就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达控制器。该装置可用于12v或24v直流电路中，两者间只需稍做变动。它主要是通过改变输出方波的占空比，使得负载上的平均接通时间从0-100％变化，以达到调整负载亮度/速度的目的。PWM信号一般可有微控制器产生。如图1

图1 微控制器产生的PWM控制信号 （3）直流电机的反馈与控制 旋转编码器 旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。编码器若以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。增量型编码器(旋转型)由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z

l298n电机驱动直流电机各种程序

#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit INPUT1 = P1^0; //控制口 sbit INPUT2 = P1^1; sbit INPUT3 = P1^2; sbit INPUT4 = P1^3; sbit ENA = P1^4; //产生PWM波sbit ENB = P1^5; uint MA=0,MB=0; uint SpeedA=20;//50%占空比 uint SpeedB=20; void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=125;y>0;y--); } void main(void) { delay(1000) ; delay(1000) ; INPUT1=1; INPUT2=0; INPUT3=1; INPUT4=0; TH0 = 0xF4; TL0 = 0x48; TH1 = 0xF4; TL1 = 0x48; TMOD = 0x11; TR0 = 1; TR1 = 1; ET0 = 1; ET1 = 1; EA = 1; while(1){} } void time0_int() interrupt 1 using 1

TR0=0; TH0=0xF4; TL0=0x48; MA++; if(MA< SpeedA){ ENA = 1; } else ENA = 0; if(MA == 40){ MA = 0; } TR0 = 1; } void time1_int() interrupt 3 using 1 { TR1=0; TH1=0xF4; TL1=0x48; MB=MB + 1; if(MB < SpeedB){ ENB=1; } else ENB = 0; if(MB == 40){ MB = 0; } TR1 = 1; } (2) #include sbit KEY1 = P3^1; sbit PWM = P1^5; unsigned char CYCLE; //定义周期该数字X基准定时时间如果是10 则周期是10 x 0.1ms unsigned char PWM_ON ;//定义高电平时间 void delay(unsigned int cnt)

较大功率直流电机驱动电路的设计方案

1 引言 直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便、调速围广，过载能力强，可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转，能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求，因此在工业控制领域，直流电机得到了广泛的应用。 许多半导体公司推出了直流电机专用驱动芯片，但这些芯片多数只适合小功率直流电机，对于大功率直流电机的驱动，其集成芯片价格昂贵。基于此，本文详细分析和探讨了较大功率直流电机驱动电路设计中可能出现的各种问题，有针对性设计和实现了一款基于25D60-24A 的直流电机驱动电路。该电路驱动功率大，抗干扰能力强，具有广泛的应用前景。 2 H 桥功率驱动电路的设计 在直流电机中，可以采用GTR 集电极输出型和射极输出性驱动电路实现电机的驱动，但是它们都属于不可逆变速控制，其电流不能反向，无制动能力，也不能反向驱动，电机只能单方向旋转，因此这种驱动电路受到了很大的限制。对于可逆变速控制， H 桥型互补对称式驱动电路使用最为广泛。可逆驱动允许电流反向，可以实现直流电机的四象限运行，有效实现电机的正、反转控制。而电机速度的控制主要有三种，调节电枢电压、减弱励磁磁通、改变电枢回路电阻。三种方法各有优缺点，改变电枢回路电阻只能实现有级调速，减弱磁通虽然能实现平滑调速，但这种方法的调速围不大，一般都是配合变压调速使用。因此在直流调速系统中，都是以变压调速为主，通过PWM(Pulse Width Mo dulation)信号占空比的调节改变电枢电压的大小，从而实现电机的平滑调速。 2.1 H 桥驱动原理 要控制电机的正反转，需要给电机提供正反向电压，这就需要四路开关去控制电机两个输入端的电压。当开关S1 和S4 闭合时，电流从电机左端流向电机的右端，电机沿一个方向旋转;当开关S2 和S3 闭合时，电流从电机右端流向电机左端，电机沿另一个方向旋转， H 桥驱动原理等效电路图如图1 所示。

直流电机转速控制

. 直流电机转速控制 课程设计

姓名： 学号： 班级： 目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6)

3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11 1．直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。

1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示： 图1

2．直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电

直流电机驱动电路设计

应用越来越广泛的直流电机，驱动电路设计 Source：电子元件技术| Publishing Date：2009-03-20 中心论题： ?在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑功能和性能等方面的因素 ?分别介绍几种不同的栅极驱动电路并比较其性能优缺点 ?介绍PWM调速的实现算法及硬件电路 ?介绍步进电机的驱动方案 解决方案： ?根据实际电路情况以及要求仔细选择驱动电路 ?使用循环位移算法及模拟电路实现PWM调速 ?对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值，同时用一个变量进行计数可实现步进电机的分频调速 直流电机驱动电路的设计目标 在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1。输出电流和电压围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2。效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3。对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。

4。对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5。可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。 三极管-电阻作栅极驱动 1．输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2。7V 基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。

轮廓测量仪原理及应用

轮廓测量仪概述 SJ5700轮廓测量仪是一款集成表面粗糙度和轮廓测量的测量仪器；采用进口高精度光栅测量系统、高精度研磨导轨、高性能非接触直线电机、音圈电机测力系统、高性能计算机控制系统技术，实现对各种工件表面粗糙度和轮廓进行测量和分析。通过高精度研磨导轨、高性能直线电机保证测量的高稳定性及直线度，采用进口高精度光栅测量系统建立工件表面轮廓的二维坐标，计算机通过修正算法对光栅数据进行修正，最终还原出工件轮廓信息并以曲线图显示出来，通过软件提供的分析工具可对轮廓进行各种参数分析。 轮廓仪为全自动测量设备，操作者只需装好被测工件，在检定软件上设定扫描的开始、结束位置，点击“开始”按钮，测针会自动接 触工件表面，并按设定的位置扫描；可高精度地测量精密加工零部件的粗糙度和轮廓形状，再选择所需评价参数即可进行评价。 系统软件为简体中文操作系统，操作方便。

轮廓测量仪功能 SJ5700 轮廓测量仪可测量各种精密机械零件的素线轮廓形状参数，角度处理（坐标角度，与 Y 坐标的夹角，两直线夹角）、圆处理（圆弧半径，圆心到圆心距离，圆心到直线的距离，交点到圆心的距离，直线到切点的距离）、点线处理（两直线交点，交点到直线距离，交点与交点距离，交点到圆心的距离）、直线度、凸度、对数曲线、槽

深、槽宽、沟曲率半径、沟边距、沟心距、轮廓度、水平距离等形状参数。 轮廓测量仪性能特点 1、高精度、高稳定性、高重复性：完全满足被测件测量精度 要求。 1) 选用国际领先的高精度光栅测量系统和高精度电感测量系 统，测量精度高； 2) 自主研发高精度研磨导轨系统，导轨材料耐磨性好、保证 系统稳定可靠工作； 3) 高性能直线电机驱动系统，保证测量稳定性高、重复性好； 2、智能化管理与检测软件系统： 仪器操作界面友好，操作者很容易即可基本掌握仪器操作，使用十分简便。 1) 10多年积累的实用检定软件设计经验，向客户提供简洁、 实用、快速的操作体验； 2) 功能强大、自动处理数据、打印各种格式的检定报告，自 动显示、打印、保存、查询测量记录； 3) 测量围广，可满足绝大多数类型的工件粗糙度轮廓测量； 4) 可自动和手动选取被测段进行评定，可依据客户要求进行 软件功能的定制； 5) 纯中文操作软件系统，更好的为国用户服务； 6) 打印格式正规、美观。检定数据可存档，或集中打印，不 占用检定操作时间；

音圈电机原理及应用

音圈电机的原理及应用 音圈电机(Voice Coil Motor)是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单、体积小、高速、高加速、响应快等特性。近年来，随着对高速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展，音圈电机不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中，在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应用。如：光学系统中透镜的定位、机械工具的多坐标定位平台、医学装置中精密电子管、真空管控制等。本文将系统讨论音圈电机的工作原理、结构及其应用场合。 1. 音圈电机的工作原理 1.1 磁学原理 音圈电机的工作原理是依据安培力原理，即通电导体放在磁场中，就会产生力F，力的大小取决于磁场强弱B、电流I、以及磁场和电流的方向(见图1)。如果共有长度为L的N根导线放在磁场中，则作用在导线上的力可表示为 kNBIL F (1) 式中k为常数。 由图1可知，力的方向是电流方向和磁场向量的函数，是二者的相互作用，如果磁场和导线长度为常量，则产生的力与输入电流成比例，在最简单的音圈电机结构形式中，直线音圈电机就是位于径向电磁场内的一个管状线圈绕组(见图2)，铁磁圆筒内部是由永久磁铁产生的磁场，这样的布置可使贴在线圈上的磁体具有相同的极性，铁磁材料的内芯配置在线圈轴向中心线上，与永久磁体的一端相连，用来形成磁回路。当给线圈通电时，根据安培力原理，它受到磁场作用，在线圈和磁体之间产生沿轴线方向的力，通电线圈两端电压的极性决定力的方向。 将圆形管状直线音圈电机展开，两端弯曲成圆弧，就成为旋转音圈电机。旋转音圈电机力的产生方式与直线音圈电机类似，只是旋转音圈电机力是沿着弧形圆周方向产生的，输出转矩见图3。 1.2电子学原理 音圈电机是单相两极装置。给线圈施加电压则在线圈里产生电流，进而在线圈上产生与电流成比例的力，使线圈在气隙内沿轴向运动，通过线圈的电流方向决定其运动方向。当线圈在磁场内运动时，会在线圈内产生与线圈运动速度、磁场强度、和导线长度成比例的电压(即感应电动势)。驱动音圈电机的电源必须提供足够的电流满足输出力的需要，且要克服线圈在最大运动速度下产生的感应电动势，以及通过线圈的漏感压降。 1. 3 机械系统原理 音圈电机经常作为一个由磁体和线圈组成的零部件出售。线圈与磁体之间的最小气隙通常是(0. 254～0. 381) mm，根据需要此气隙可以增大，只是需要确定引导系统允许的运动范围，同时避免线圈与磁体间摩擦或碰撞。多数情况下，移动载荷与线圈相连，即动音圈结构。其优点是固定的磁铁系统可以比较大，因而可以得到较强的磁场；缺点是音圈输电线处于运动状态，容易出现断路的问题。同时由于可运动的支承，运动部件和环境的热接触很恶劣，动音圈产生的热量会使运动部件的温度升高，因而音圈中所允许的最大电流较小，当载荷对热特别敏感时，可以把载荷与磁体相连，即固定音圈结构。该结构线圈的散热不再是大问题，

直流电机转速控制(DOC)

直流电机转速控制 课程设计 姓名： 学号： 班级：

目录 1．直流电机转速控制方案设计 (2) 1.1设计要求 (2) 1.2设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 2.1主要器件功能 (3) 2.2硬件原理图 (6) 3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 4.1硬件测试 (8) 4.2软件调试……………………………………………………………(11

1．直流电机转速控制方案设计 1.1设计要求 通过设计了解如何运用电子技术来实现直流电机转速控制，完成直流电机转向和转速的控制，提高分析电路设计、调试方面问题和解决问题的能力。 1、用按键1控制旋转方向，实现正转和反转。 2、电机的设定转速与电机的实际转速在数码管上显示。 3、旋转速度可实时改变。 1.2设计框图 本课题中测量控制电路组成框图如下所示： 图1

2．直流电机转速控制硬件设计 2.1主要器件功能 1、L298N 是专用驱动集成电路，属于H 桥集成电路，与L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。此外可能通过使能端的高低电平的变换,从而使电机通断,来控制电机的转速。 图2 板上的EN1 与EN2 为高电平时有效，这里的电平指的是TTL 电平。EN1 为IN1 和IN2 的使能端，EN2为IN3 和IN4 的使能端。POWER 接直流电源，注意正负，电源正端为VCC，电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、

L298N电机驱动模块详解

L298N电机驱动器使用说明书 注意：本说明书中添加超链接的按CTRL并点击连接，即可看到内容。

实例一：步进电机的控制实例 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 一、步进电机最大特点是： 1、它是通过输入脉冲信号来进行控制的。 2、电机的总转动角度由输入脉冲数决定。 3、电机的转速由脉冲信号频率决定。 二、步进电机的驱动电路 根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。(或者其他信号源)

三、基本原理作用如下： 两相四拍工作模式时序图： (1)控制换相顺序 1、通电换相这一过程称为脉冲分配。 例如： 1、两相四线步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为(A-B-A ’－B ’)通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B 相的通断。) 2、两相四线步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为: (A －AB －B －BA ’－A ’－A ’B ’-B ’－B ’依次循环。(出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用八拍工作方式)

(2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。如：正转通电顺序是：（A-B-A’－B’依次循环。）则反转的通电顺序是：（B‘-A’-B－A依次循环。） 参考下例： (3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。（注意：如果脉冲频率的速度大于了电机的反应速度，那么步进电机将会出现失步现象）。参考下例： (4)四相电机的控制程序

音圈电机主要结构形式

音圈电机主要结构形式 传统结构形式 在音圈电机的传统结构中，有一个圆柱状线圈，圆柱中心杆与包围在中心杆周围的永久磁体形成的气隙，在磁体和中心杆外部罩有一个软铁壳。线圈在气隙内沿圆柱轴向运动。依据线圈行程，线圈的轴向长度可以超出磁铁轴向长度，即长音圈结构。而有时根据行程，磁体又可以比线圈长，即短音圈结构。长音圈结构中的音圈长度要大于工作气隙长度与最大行程长度之和；而短音圈结构中的工作气隙长度大于音圈长度与最大行程长度之和。长音圈结构充分利用了磁密，但由于音圈中只有一部分线圈处于工作气隙中，所以电功率利用不足；短音圈结构则正好相反。两种结构相比，前者可以允许较小的磁铁系统，因此音圈电机的体积也可以比较小；后者则体积较大，但功耗较小，可以允许较大音圈电流。与短线圈配置相比，长音圈配置可以提供更好的力2功率比，且散热好。而短音圈配置电时间延时较短，质量较小，且产生的电枢反动力小。 集中通量结构形式 在运动控制中，有时需要的力比传统移动音圈电机所能提供的力要大，传统结构形式的音圈电机不能满足要求。为解决此问题，需要提高音圈电机工作效率，为此应合理设计其结构，尽量减少磁路漏磁。设计音圈电机时总是希望磁钢的磁力线尽可能多地通过气隙，以提高气隙磁密，从而产生尽可能大的磁力。采用集中磁通技术，能够使制造的电机气隙磁密等于甚至大于磁体中的剩余量。基于该技术的电机内部是一个一端封闭的空心圆柱磁铁。圆柱内部形成N极，圆柱的外部形成S极紧贴磁体外部由一个。也有一端封闭的软铁圆柱壳罩住，软铁壳的开口端伸出磁体开口端。由软铁制成的圆柱芯在磁体内部紧紧贴合，并从其开口端伸出。壳的内表面与圆柱芯的外表面之间的环形空间形成气隙，圆柱状线圈可在气隙中沿轴向运动。该电机结构形式允许磁体面大于气隙面。这样的设计不会引起泄漏，几乎从磁体表面发出的所有磁力线都通过气隙。 集中磁通技术的音圈电机结构

音圈电机的基本结构与工作原理001

音圈电机的电磁场计算与分析 音圈电机是一种将电信号转换成直线位移的直流伺服电机。以音圈电机为动力的直线定位系统具有整体结构简单、驱动速度快、定位精度高等优点，已广泛应用于计算机磁盘驱动器、激光微调机、六自由度机器人手臂等高新技术设备中。 评价音圈电机的指标包括出力大小和“力一位移”曲线的平滑度。在音固电机设计中，需要合理确定各个尺寸和电磁参数，以得到理想的出力和“力一位移”曲线。尽管音圈电机的结构比较简单，但是设计方法有其特殊性，目前关于该电机设计计算的参考文献仍较少，仅有国外的产品介绍可供参考。音圈电机的出力和“力一位移”曲线的计算应以电磁场计算为基础。 音圈电机的结构主要由定子和动子组成。其中定子包括外磁轭、环形磁钢、隔磁环和内磁轭，动子由音圈绕组和绕组支架组成。 音圈电机的工作原理与电动式扬声器类似，即在磁场中放入一环形绕组，绕组通电后产生电磁力，带动负载作直线运动；改变电流的强弱和极性，即可改变电磁力的大小和方向。 音圈电机的设计应遵循以下几个基本原则： (1)在电机体积给定的情况下，应尽可能增加气隙磁密与线圈总长度的乘积，以提高单位电流产生的磁推力。 (2)减小漏磁，降低磁路的饱和程度，从而减小电机的体积。 (3)合理设计电机定子和动子的轴向长度，以得到平滑的“力-位移”曲线。 电磁场计算 音圈电机的设计与分析应以电磁场计算为基础。由于音圈电机内的磁场是一个轴对称场，所以可采用二维有限元法进行计算。 影响音圈电机性能的结构参数主要包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离和定动子长度。 磁钢厚度越大，则气隙磁场越强，电机的出力也越大，但在电机外径一定的条件下，音圈的直径要减小。因此须适当选择磁钢厚度，才能使电机出力最大。 音圈厚度不但影响电机绕组的安匝数，同时影响气隙磁密，两者相互矛盾。而电机的出力与这两项乘积成正比，因此存在最优厚度使电机出力最大。可以看出，音圈厚度对电机出力的影响较为明显，音圈厚度过大过或小都会使电机的出力降低。 外磁轭厚度主要影响磁路的饱和程度。厚度过小，饱和程度增加，电机的漏磁将增大；反之，厚度太大，音圈直径将减小。所以必须合理地设计外磁轭厚度。 音圈电机的两个环形磁极之间存在着较大的漏磁。漏磁场将使外磁轭的磁通增加，饱和程度增加；为了减小极问漏磁，在极间设计一个隔磁环，从而降低外磁轭部分的饱和程度，减小磁轭的厚度。但是极间距离必须合理设计，否则会影响电机的总磁通，反而降低电机的出力。可以看出，极间距离对电机的出力也有较明显的影响。 定子和动子长度的选取主要影响电机“力-位移”曲线的平滑度。定子长度一定时，适当改变动子长度，可以使“力-位移”曲线更平滑，但是应以满足电机的行程要求为主，否则会造成电机体积的增加和成本的浪费。 通过本文的分析，可得出以下结论： (1)数值计算是进行音圈电机设计的有效方法，可以准确地计算出电机的出力和特性。 (2)影响音固电机的结构参数包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离以及定子和动子长度，其中影响较大的是磁钢厚度和音圈厚度。 (3)为了减小漏磁并降低磁路的饱和程度，在磁极之间设计隔磁环是非常必要的。影响音圈电机的结构参数包括磁钢厚度、音圈厚度、外磁轭厚度、极间距离以及定子和动子长度，其中影响较大的是磁钢厚度和音圈厚度。 (4)底部磁极对应的气隙磁场略大于外部磁极对应的磁场，这是由于电机内磁路的不对称而

直流电机驱动电路的设计

直流电机驱动电路的设计 驱动电路的性能很大程度上影响整个系统的工作性能。有许多问题需要慎重设计，例如，导通延时、泵升保护、过压过流保护、开关频率、附加电感的选择等。 1.开关频率和主回路附加电感的选择 力矩波动也即电流波动，由系统设计给定的力矩波动指标为ΔI/IN，对有刷直流电动机而言，通常在(5~10)%左右。为了便于分析可认为 ΔI/IN=ΔI/(Us/Rd) (1) 式中Rd为电枢回路总电阻。代入前面各种驱动控制方式的ΔI 表达式中，消去Us，可求出： 对于单极性控制 &nbs p; Ld/Rd≥5T~2.5T(可逆或不可逆) (2) 对于双极性控制 Ld/Rd≥10T~5T （3） 式中T为功率开关的开关周期。 对于有刷直流电动机，电磁时间常数Ld/Rd一般在10ms至几十毫秒。若采用GTR，开关频率可取2KHz左右，T=0.5ms。若采用IGBT，开关频率可取18KHz以上，所以上式均能满足。若采用GTO或可控硅功率器件，由于工作频率只有100Hz左右，此时应考虑在主回路附加电抗器，且Ld="Lf"+La (4)

对不可逆系统还应进一步检查临界电流，IaL=UsT/8Ld≤Ia0应小于电机空载电流，防止空载失控。对于低惯量电机、力矩电动机，由于电磁时间常数很小（几个毫秒或更小），此时应考虑采用开关频率高的IGBT功率开关器件。 2. 功率驱动电路的选择 图1 H桥开关电路(Ⅰ) & nbsp; 图2 H桥开关电路(Ⅱ) 小功率驱动电路可以采用如图1所示的H桥开关电路。UA和UB 是互补的双极性或单极性驱动信号，TTL电平。开关晶体管的耐压应大于1.5倍Us以上。由于大功率PNP晶体管价格高，难实现，所以这个电路只在小功率电机驱动中使用。当四个功率开关全用NPN晶体管时，需要解决两个上桥臂晶体管(BG1和BG3)的基极电平偏移问题。图2中H桥开关电路利用两个晶体管实现了上桥臂晶体管的电平偏移。但电阻R上的损耗较大，所以也只能在小功率电机驱动中使用。 当驱动功率比较大时，一般桥臂电压也比较高，例如直接取工频电压，单相220V，或三相380V。为了安全和可靠，希望驱动回路（主回路）与控制回路绝缘。此时，主回路必须采用浮地前置驱动。图3所示的浮地前置驱动电路都是互相独立的，并由独立的电源供电。由

直流电机控制设计

河南科技大学 课程设计说明书 课程名称现代电子系统课程设计题目直流电机控制设计 学院电子信息工程学院 班级电子信息科学与技术062班学生姓名**** 指导教师齐晶晶，张雷鸣 日期＿＿＿2010年1月10号＿＿＿＿

摘要 使用直流电源的电机叫做直流电机。只要把直流电机的端子接到直流电源上就可以简单使其运转。直流电机是一种具有优良控制特性的电机。因此，在角位移控制和速度控制的伺服系统中有着广泛的应用。为了调整直流电机的转速和输出转矩，可以采用改变电枢直流电压的方法来实现，主要的控制方法有线性控制方式和PWM（脉宽调制）控制方式。一般小功率电机平滑转速控制常采用线性控制方式，而大功率电机高效控制时，则常使用PWM控制方式。本文介绍的是利用FPGA实现PWM脉宽调制信号的产生和相应的用数字电路的方法实现的换档、正反向控制等。直流电机的转动速度调节则归结于对驱动脉宽的占空比的调节上，通过调节占空比而改变单位时间内直流电机的通电时间长短，即改变了电机的转速。转动方向可用功率放大电路和H 桥组成的正反向功率驱动电路来实现 直流电机控制电路主要由五部分组成： ●PWM脉宽调制信号产生电路：主要功能是产生pwm信号，并控制转速。 ●FPGA中正/反转方向控制：用2选1数据选择器控制电机的pwm信号的输入端，从而实现正反转。 ●由功率放大电路和H桥组成的正反转功率驱动电路： ●分频和去抖电路模块：通过两个维持阻塞D触发器实现消抖。 ●测量转速模块：通过红外线测量电机每转一周产生的脉冲实现转速测量。 关键词：速度调节、旋转方向控制、去抖动电路、数字显示转速、PWM、占空比、FPGA

STM32F103C8+L298N_PWM直流电机调速

STM32F103C8T6核心板+L298N直流电机调速PWM调速(一)功能说明 用L298N驱动一台直流减速电机，引脚IN1，IN2可用于PWM控制。仅用STM32的两个端口给出PWM 信号控制IN1，IN2即可实现正反转、加减速等动作。 (二)硬件说明： 控制板：STM32F03C8T6最小系统； 15脚MulTIwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 (三)资源配置： (四)软件实现 1：通用定时器TIM3的中断定时实现步骤 ①使能定时器时钟。 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); ②初始化定时器，配置【ARR自动装载值,PSC预分频系数。】 TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); ③开启定时器中断，配置NVIC。 TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); ④使能定时器。 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //实际是配置控制寄存器1 (TIM3_CR1)

⑥编写中断服务函数。 TIMx IRQHandler(); 2：通用定时器TIM2的Channel1、Channel2的PWM实现步骤 ①使能定时器2和相关IO口时钟。 使能定时器2时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); 使能GPIOB时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); ②初始化IO口为复用功能输出。函数：GPIO_Init(); GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; ③初始化定时器：ARR,PSC等：TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); ④初始化输出比较参数: TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); ⑤使能预装载寄存器：TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); ⑥使能定时器。TIM_Cmd(); ⑦不断改变比较值CCRx，达到不同的占空比效果:TIM_SetCompare3() ; TIM_SetCompare4() ; 使用Keil5 模拟软件的Logic Analyzer功能，PA2，PA3,PC13的波形图如下所示： (五)附录：程序源码 1 #include "delay.h" 2 #include "sys.h" 3 #include "timer.h" 4 5 void GPIO_Config(void) //配置PA2, PA3 6 { 7 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 8 9 /* GPIOA clock enable */ 10 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); // 11 12 /*GPIOA Configuration: TIM3 channel 1 and 2 as alternate function push-pull */ 13 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3; 14 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出 15 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 16 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 17 18 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; //LED0-->PC.13 端口配置 19 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出 20 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度为50MHz 21 GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOC.13 22 } 23

直流电机驱动控制电路_NMosfet

1 引言 长期以来，直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域，高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的发展，以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用，直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求，各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路，构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是，专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限，不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H桥，实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用PWM技术实现直流电机调速控制。 2 直流电机驱动控制电路总体结构 直流电机驱动控制电路分为光电隔离电路、电机驱动逻辑电路、驱动信号放大电路、电荷泵电路、H桥功率驱动电路等四部分，其电路框图如图一 由图可以看出，电机驱动控制电路的外围接口简单。其主要控制信号有电机运转方向信号Dir电机调速信号PWM及电机制动信号Brake，Vcc为驱动逻辑电路部分提供电源，Vm为电机电源电压，M+、M-为直流电机接口。 在大功率驱动系统中，将驱动回路与控制回路电气隔离，减少驱动控制电路对外部控制电路的干扰。隔离后的控制信号经电机驱动逻辑电路产生电机逻辑控制信号，分别控制H桥的上下臂。由于H桥由大功率N沟道增强型场效应管构成，不能由电机逻辑控制信号直接驱动，必须经驱动信号放大电路和电荷泵电路对控制信号进行放大，然后驱动H桥功率驱动电路来驱动直流电机。 3 H桥功率驱动原理 直流电机驱动使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路方便地实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H桥功率驱动原理图如图2所示。