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无刷直流电机调速系统中的电子换向器

无刷直流电机调速系统中的电子换向器
无刷直流电机调速系统中的电子换向器

无刷直流电机调速系统中的电子换向器

电力电子技术研究的内容包括三个方面:电力电子器件、变流电路和控制电路。电力电子变流技术在工业化领域有着广泛地应用。如电机拖动及其调速系统中都会用到变流技术,因此简单、实用、控制准确的触发和驱动电路就显得尤其重要。本文介绍由8098单片机控制的一种电子换向器在IGBT逆变器中的应用,用于无刷直流电机的调速系统。

1系统硬件组成及其原理

本系统为转速电流双闭环调速系统,被控对象是无刷直流电机,如图1所示。

无刷直流电机是由一组变流器、一台同步电机和一个转子位置检测器组成。主电路由蓄电池,电容以及IGBT逆变器组成,如图2所示。但无刷直流电机中的变流器和一般变流器不同,它受控于转子位置检测器,是一个所谓“自控式逆变器”。无刷直流电机绕组中流过的电流和通常电机中所通过的电流不同。以三相Y连接全控桥两两导通电路为例,所谓两两导通是指每一瞬间只有两个功率管道通,每隔1 /6周期(60度电角度)换向一次,每次换向一个功率管,每一个功率管导通120度电角度。位置信号发生器既用来产生位置信号,又可输入8098进行测速和转向判别。

控制电路由8098单片机及其外围电路组成。控制系统将直流电变成三相可调的交流电,实现调压调速。电流环是利用滞回比较器对电流进行跟踪控制。转速环则是由8098单片机实现转速的数字PI调节以及电机运行状态的判别。

外围电路主要是由键盘电路、数模转换电路、EPROM(2764)、驱动输出电路等组成。由上述可知电机的调速系统应该是一个完整而又相对复杂的整体,由于篇幅有限,以下仅对逆变器的触发和驱动电路作比较详细地介绍。

2.电子换向器

根据三相桥式逆变器对触发脉冲的要求,PWM电子换向器即是综合电流调节器输出的PWM信号、电机转向、转矩等多种控制信号,产生逆变器开关触发信号的主要部件。本系统使用一片EPROM(2764)来实现控制逻辑。即将2764的地址线作为输入信号端,数据线作为输出信号端,预先将电机各种运行状态下的开关信号存入EPROM中,对应不同的输入信号,输出相应的控制信号。电子换向器的电路图如图3所示。表1为电机正常工作的情况下,处于正转电动状态时的开关状态表。其中EPROM地址线所输入的信号为:

A0:保护信号,“1”:正常运行,“0”:故障运行。

A1:电流调节器输出的PWM信号,电流调节器在本系统中采用的是滞回调节器(两态调节器),对电机定子电流进行直接跟踪控制,即将电流给定值和电流反馈的实时采样值输入到比较器,有滞回比较器调节开关元件的导通关断时间,从而调节电流大小,“1”:高电平。“0”:低电平。

A2:转矩信号(电动、制动信号),“1”:电动状态,“0”:制动状态。

A3~A5:转子位置信号(PAPBPC)。

A6:限速回馈制动信号,“1”正常,“0”制动。

A7:紧急停机信号,“1”正常,“0”停机。

A8:转向信号,“1”正转,“0”反转。

图中,与非门4049、非门7406以及和它相连的电阻组成的电路的作用是完成电平之间的匹配。

3.驱动电路

IGBT是集MOSFET的电压激励和GTR的大电流低导通电阻等优点于一体的器件,其驱动电路采用IGBT的专用驱动模块EXB841,其驱动电路如图4所示。系统正常工作时,当PWM信号为高电平时,EXB841的14脚变低电平,在15脚和14脚之间有电流流过,3脚和11脚间输出+15V电压,开通IGBT。当IGBT过流时,EXB841的6脚通过快速二极管D1检测到C点电位升高,3脚输出电压逐步降低,慢速关断IGBT。若延时后过流仍未消失,则认为是真短路,5脚变低电平,使光耦工作,输出封锁信号去封锁PWM脉冲,使IGBT完全关断。驱动电路中的“GND”所指地为驱动电路地,为了安全,图中驱动电路和控制电路通过光耦个离开了,所以驱动电路和控制电路不共地。

结束语:

实验证明用EPROM实现电子换向功能,使设计的电路结构简单、集成度高、抗干扰能力强、工作可靠、成本低廉,且便于和单片机接口实现数字控制。

一种无刷直流电动机控制系统设计

一种无刷直流电动机控制系统设计

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一种无刷直流电动机控制系统设计 摘要:介绍了MOTORALA公司专门用于无刷直流电机控制的芯片MC33035和 MC33039的特点及其工作原理,系统设计分为控制电路与功率驱动电路两大部分,控制电路以MC33035/33039为核心,接收反馈的位置信号,与速度给定量合成,判断通电绕组并给出开关信号。在驱动电路设计中,采用三相Y联结全控电路,使用六支高速MOSFET 开关管组成。通过实验,电机运行稳定。 关键词:无刷直流电机;MC33035/33039;控制电路;驱动电路 Design of control system for Brushless DC Motors SUN GuanQun;SHI Ming;TONG LinYi;XU YiPing Abstract:It introduces the MOTORALA company used for the characteristics o f the chip MC33035 and MC33039 which control the brushless direct curren t motor exclusively and its work principle. The system design divides into tw o major parts: the control circuit and the power driver circuit, the control circ uit take MC33035/33039 as the core, receive feedback position signal, with th e speed to the quota synthesis, the judgment circular telegram winding and p roduces the switching signal. In the actuation circuit design, uses the three-p hase Y joint all to control the electric circuit, uses six high speed MOSFET swit ching valve to compose. Through the experiment, the electric motor moveme nt stable is reliable. Keywords:Brushless DC motor;MC33035/33039;control circuit;drive circuit 1.引言 永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机。该电机由定子、 转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成,由于没有励磁装置,效率高、结构简单、工作特 性优良,而且具有体积更小、可靠性更高、控制更容易、应用范围更广泛、制造维护更方便 等优点,使无刷电机的研究具有重大意义。 本系统设计是利用调压调速,根据调整供电PWM电源的占空比进而调整电压的方式实 现。本设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33035,它能够对霍尔传感器检测出的位置 信号进行译码,它本身更具备过流、过热、欠压、正反转选择等辅助功能, 组成的系统所需 外围电路简单,设计者不必因为采用分立元件组成庞大的模拟电路,使得系统的设计、调试 相当复杂,而且要占用很大面积的电路板。 MC33035和MC33039这两种集成芯片也可以方便地完成无刷直流电动机的正反转、 运转起动以及动态制动、过流保护、三相驱动信号的产生、电动机转速的简易闭环控制等。

直流电机的调速方法

第八章直流调速系统 8.1 概述 调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种,仅就机械与电气调速方法而言,也可采用电气与机械配合的方法点,如可简化机械变速机构,提高传动效率,操作简单,易于获得无极调速,便于实现远距离控制和自动控制,因此,在生产机由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性,尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易,但是长位。当然,近年来,随着计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展,交流调速系统发展很快,在许多场合正逐渐取代直流调速仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门,如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需泛采用直流调速系统。而且,直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟,从控制技术的角度来看,它又是交流调速系统的基础 8.1.1直流电机的调速方法 根据第三章直流电机的基本原理,由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知,直流电动机的调速方法有三种: (1)调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速的系统来说,这种方法最好。变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源。 (2)改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速(简称弱磁调速),从电机额定转时间遇到的时间常数同变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但所需电源容量小。 (3)改变电枢回路电阻。在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法,设备简单,操作方便。但是只能进行有级调速,几乎没什么调速作用;还会在调速电阻上消耗大量电能。 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时间不长的传动和调压调速配合使用,在额定转速以上作小围的升速。因此,自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主,必要时把调压调速直流电动机电枢绕组中的电流与定子主磁通相互作用,产生电磁力和电磁转矩,电枢因而转动。直流电动机电磁转矩中的常方便地分别调节,这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性,从而有优良的转速调节性能。调节主磁通一般还是通过调节速,还是调磁调速,都需要可调的直流电源。 8.1.3 调速系统性能指标 任何一台需要转速控制的设备,其生产工艺对控制性能都有一定的要求。例如,精密机床要求加工精度达到几十微米至几的围调速,最高和最低相差近300倍;容量几千kW的初轧机轧辊电动机在不到1秒的时间就得完成从正转到反转的过程;高速造速误差小于0.01%。所有这些要求,都可以转化成运动控制系统的稳态和动态指标,作为设计系统时的依据。 转速控制要求 各种生产机械对调速系统提出了不同的转速控制要求,归纳起来有以下三个方面: (1)调速。在一定的最高转速和最低转速围,分档(有级)地或者平滑(无级)地调节转速。 (2)稳速。以一定的精度在所需转速上稳定地运行,不因各种可能的外来干扰(如负载变化、电网电压波动等)而产生(3)加、减速控制。对频繁起、制动的设备要求尽快地加、减速,缩短起、制动时间,以提高生产率;对不宜经受剧烈速量平稳。 以上三个方面有时都须具备,有时只要求其中一项或两项,其中有些方面之间可能还是相互矛盾的。为了定量地分析问题个调速系统的性能。 稳态指标 运动控制系统稳定运行时的性能指标称为稳态指标,又称静态指标。例如,调速系统稳态运行时调速围和静差率,位置随控制系统的稳态力误差等等。下面我们具体分析调速系统的稳态指标。 (1)调速围D 生产机械要求电动机能达到的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速围,用字母D表示,即

无刷直流电机的驱动及控制

无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机(BLDC)的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的,输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变,以便保持磁场定向,或优化定子电流与转子磁通的相互作用,类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见,随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加,BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是:“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离,只要满足这一定义均为所指。”

图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机,它们包括: 1 永磁同步电机(PMSMs); 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机; 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机; 4 内嵌式磁铁无刷直流电机; 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机; 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的,其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距,或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电

基于无刷直流电机控制系统设计与实现

基于无刷直流电机控制系统设计与实现 发表时间:2017-10-20T11:19:09.350Z 来源:《防护工程》2017年第15期作者:樊圣至[导读] 为了摆脱此系统对进口技术的依赖性,应深入研究其控制系统,提升设计水平,从而实现煤矿开采的自动化。交通运输部东海第一救助飞行队摘要:无刷直流电机具备体积小、效率高以及控制精度高等优势,且在多个领域得到了广泛使用。但在部分控制系统中,外加干扰以及参数摄动等因素干扰了系统的动静态性,基于此,本文在分析无刷直流电机结构与运行原理的基础上,指出了其软硬件方面的优化控制措施,以期为此后无刷直流电机控制系统的设计工作提供更多的参考依据。 关键词:无刷直流电机;控制系统;设计与实现 1 无刷直流电机结构 电机本体、位置测算结构、电子换相逻辑等均属于无刷直流电机的组成结构,且其与永磁同步电机较为相似。相较直流电机,无刷直流电机旋转的转子为磁极,而直流电机为绕组。且定子主要由电枢绕组、定子铁芯以及其他固定部件组成,电枢绕组一般采用三相Y型绕法,而转子磁极则采用稀土永磁钢片组成,安装在转子表面。 2 无刷直流电机软硬件设计2.1系统硬件部分 2.1.1系统硬件结构 系统硬件主要包括整流电路、开关电源电路、控制芯片、信号隔离电路、调试电路、逆变功率电路以及电流电压检测与保护电路等,其具体结构如下图1所示。 图1 无刷直流电机控制系统硬件结构组成图其中键盘控制系统信息,比如完成启动、停机、速度给定以及系统参数的在线修改等工作。系统交流电源通过整流桥获得直流电源,并供给全桥逆变以及开关电源电路。而开关电源电路则为系统提供24V以及5V的直流电源,电压检测电路通过模数转换获得电压时值,通过母线电压的监控实行过压保护动作,而主控芯片则通过判断输入信息进行控制命令。 2.1.2电源部分分路 整个系统能量的主要来源便是电源,且其呈现出交流、直流以及交流的变化过程,整个电路被分为强电与弱电两个组成部分,且单相220伏的交流电在整合后会形成310伏的直流电,为逆变电路以及开关电路提供能量。首先是整流电路,包括单相全桥不可控整流电路以及电容充电电流限制电路两个组成部分,当电机功率为1.5kW时,控制器的输出能力设定为2.2kW,且上电瞬间直流电源对电容充电,断开继电器,且电流在经过电阻的过程中得到缓冲。其次是电源电路,主要由变压器、IC1以及MC7085等部分组成,其中IC1为电源的专门控制面板。且开关电源处于电压工作模式,IC1通过电压反馈调整PWM的输出功率,从而维持电源电压的稳定运行。最后是芯片电源电路,主要采用主控芯片为3.3伏的工作电平。 2.1.3主控芯片以及周边电路研究中采用适合电机控制领域的32位Cortex -M3核的单片机,可以达到较高的运算效率,且其时钟频率为72赫兹,具备丰富的外设资源。在设计管脚分配以及附属电路时应在参考专业手册的基础上进行,第一,对于引脚60的外接电路,芯片应处于下载设置状态,且系统完成后还应焊接0欧姆的电阻,以保持引脚的低电平状态。第二,对于晶振电路应采用8M外部晶体的振荡器,且电源与大地之间连接电容,以排除电源的耦合干扰。第三,PWM信号输出控制电路,应采用安全性较强的芯片,且在芯片输出后以及光电隔离之前设置74ACT244以有效控制信号的总输出。第四,键盘系统属于独立通信模块,设计时应按照协议要求编写通讯软件即可使用。 2.1.4功率器元件以及驱动电路GTO、MOSFET、GTR、IGBT以及IPM等均属于常用的功率开关元件,且设计期间,应根据元件管件的耐压程度、最大开关频率等因素进行选择。本次研究中,电机控制要求较高的开关频率;较小的导通阻抗以及较小的驱动功率,因此可以选择MOSFET、IPM以及IGBT。比较发现,IGBT具备大电流以及低导通阻抗的特点,可以保持开关频率;而IPM则在内部集成了过高电压、过大电流以及高温的检测系统,且可以在引脚处输出故障信号,降低了系统的损害率。但考虑到此次研究的试验性质,因此应选择IGBT的分立元件组建全桥逆变电路,并确定1200伏的耐压与25安的额定电流,上升时间为50毫秒。 2.1.5模拟量采集与故障电路

无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析

无刷直流电机(BLDC)双闭环调速系统 在无刷直流电机双闭环调速系统中,双闭环分别是指速度闭环和电流闭环。对于PWM 的无刷直流电机控制来说,无论是转速的变化还是由于负载的弯化引起的电枢电流的变化,可控量输出最终只有一个,那就是都必须通过改变PWM的占空比才能实现,因此其速度环和电流环必然为一个串级的系统,其中将速度环做为外环,电流环做为内环。调节过程如下所述:由给定速度减去反馈速度得到一个转速误差,此转速误差经过PID调节器,输出一个值给电流环做给定电流,再由给定电流减去反馈电流得到一个电流误差,此电流误差经过PID 调节器,输出一个值就是占空比。 在速度环和电流环的调节过程中,PID的输出是可以作为任意量纲(即无量纲,用标幺值来表示;标幺值:英文为per unit,简写为pu,是各物理量及参数的相对单位值,是不带量纲的数值)来输入给下一环节或者执行器的,因此无需去管PID输出的量纲,只要是这个输出值反映了给定值和反馈值的差值变化,能够使这个差值无限趋近于零即可,相当于将输出值模糊化,不用去搞的太清楚,如果你要是一直在这里纠结输出值具体是个什么东西时,那么你就会瞎在这里出不来了。假如你要控制一个参数,并且这个参数的大小和你给定量和反馈量有着直接的关系(线性关系或者一阶导数关系或者惯性关系等),那么就可以不做量纲变换。比如速度环的PID之后的输出就可以直接定义为转矩,因为速度过慢就要提高转矩,速度过快就要减小转矩,PID输出量的意义是调整了这个输出量,就可以直接改变你要最终控制的参数,并且这个输出量你是可以直接来控制的,这种情况下PID输出的含义是你可以自己定的,比如直流电机,速度环输出你可以直接定义为转矩,也可以定义为电流,然后适当的调节PID的各个参数,最终可以落到一个你能直接控制的量上,在这里最终的控制量就是占空比的值,当占空比从0%—100%时对应要写入到寄存器里面的值为0—3750时,那么0—3750就是最终的控制量的范围。 在调速控制中,既要满足正常负载时的速度调节,还要满足过负载时进行电流调节。如果单独采用一个调节器时,其调节器的动态参数无法保证两种调节过程同时具有良好的动态品质,因此采用两个调节器,分别调节主要被调量转速和辅助被调量电流,以转速调节器的输出作为电流调节器的输入,电流环是通过电流反馈控制使电机电枢电流线性受控,可达到电机输出力矩的线性控制,并使其动态范围响应快,最后再输出去控制占空比,从而改变MOSFET的导通时间,二者之间实行串级连接,它是直流电力传动最有效的控制方案。 在双闭环调速系统中,输入参数有三个,分别为给定速度和反馈速度以及反馈电流,其中给定速度由用户指定,一般指定为旋转速度(RPM 转/分钟)或直线速度(m/s 米/秒)。而反馈速度和反馈电流则需要由传感器来获取,下面来讲一下在无刷直流电机控制系统中,反馈速度和反馈电流的获取。 反馈速度:简单点的就由电机内用来检测转子位置的三个霍尔元件来得到,高端点的就加光电编码器,分别称为霍尔元件测速和编码脉冲测速。 霍尔元件测速:在电机磁极对数为1的情况下,转子旋转一周的时间内,霍尔传感器输出3路各180度信号,其中每两个传感器之间有60度的交叠信号,只要检测其中一路霍尔传感器的信号宽度就能计算出电机的速度。用输入捕捉(CAP)端口在上升沿捕捉一个时间标签,再在下降沿捕捉一个时间标签,根据两个时间标签的差值得出周期,由于霍尔传感器是在电机内固定不变的,因此每次在霍尔传感器的信号宽度下旋转的角度是一定的(即走过的距离是固定的),最后用此固定的距离除以周期即可得到速度,即T法测速,测量两个信号

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在,无刷直流电机定义有俩种:一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体,带转子位置信号,通过电子换相控制的自同步旋转电机”,其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义,把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始,由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展,家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展,电机作为设备的重要组成部分,必须具有精度高、速度快、效率高等优点,因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代,第一台直流电动机研制成功,经过70多年不断的发展,直流电机进入成熟阶段,并且运用广泛。 1955年,美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利,形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初,霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现,标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初,德国人Blaschke提出矢量控制理论,无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高,极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年,在北京举办的德国金属加工设备展览会上,西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器,引起了我国有关学者的注意,自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前,我国无刷直流电机的系列产品越来越多,形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展,无刷直流电机发展的初期,由于大功率开关器件的发展处于初级阶段,性能差,价格贵,而且受永磁材料和驱动控制技术的约束,这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内,都停

直流无刷电机的控制系统设计方案

直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言 1.1 题目综述 直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的,它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能,而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征:低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊;家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机;办公领域的传真机、复印机、碎纸机等;工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业;水下机器人等等诸多应用[1]。 1.2 国内外研究状况 目前,国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟,我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。外国的一些技术和中国的一些技术大体相当,美国和日本的相对比较先进。当新型功率半导体器件:GTR、MOSFET、IGBT等的出现,以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现,都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来,计算机和控制技术快速发展。单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中,一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中,这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。 经过这么多年的发展,我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高,但是与国外的技术相比还是相差很远,需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。 1.3 课题设计的主要内容 本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象,主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。选定合适的方案,设计硬件电路并编写程序调试,最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。本课题涉及的技术概括如下:

无刷直流电机调速--C语言源程序

附录 1. C语言源程序: #include"stdio.h" #include"myapp.h" #include"ICETEK-VC5502-EDU.h" #include"scancode.h" #include"lcd.h" #define CTRSTATUS (*(unsigned int * )0x608000) //port8000 #define CTRLED (*(unsigned int * )0x608004) //port8004 #define MCTRKEY (*(unsigned int * )0x608005) //port8005 #define CTRCLKEY (*(unsigned int * )0x608006) //port8006 #define CTRMOTORBSPEED (*(unsigned int * )0x608003) void InitMcBSP(); void INTR_init( void ); void InitForMotorB( void ); void showparameters(); void LCDPutString(unsigned int * pData,int x,int y,unsigned int nCharNumber,unsigned color); void PIDControl(int rk,int yk); void PrintParameters(); //定时器分频参数 #define T100 99 // 100个时钟周期中断一次 #define T2Hz 20000 // 20000个时钟周期读取速度一次 //工作变量 usigned int uWork,uN,nCount,nCount1,nCount2,nCount3,nCount4; int nSSS,nJSSpeed,pwm1; int md,wc; unsigned int nScreenBuffer[30*128]; float a=0.6f,b=0.2f,c=0.1f,duk; int ek,ek1,ek2,tz;

直流电机控制系统

直流电机控制系统

摘要:本文利用MCS-51系列单片机产生PWM信号,采用了自己设计的电机驱动电路,实现对直流电机的转速和控制方向的控制,并着重对电机驱动电路的设计进行叙述。主要模块包括单片机控制模块、电机驱动模块、电机接口模块、电源模块、键盘控制模块。 关键词:PWM信号,直流电机,电机驱动,单片机

引言 随着科学技术的迅猛发展,电气设备发展日新月异.尤其以计算机,信息技术为代表的高新技术的发展,使制造技术的内涵和外延发生了革命性的变化,传统的电气设备设计,制造技术不断吸收信息控制,材料,能量及管理等领域的现代成果,综合应用于产品设计,制造,检测,生产管理和售后服务.在生产技术和生产模式等方面,许多新的思想和概念不断涌现,而且,不同科学之间相互渗透,交叉融合,迅速改变着传统电气设备制造业的面貌,从而使得产品频繁的更新换代,这就使得电机成为社会生产和生活中必不可少的工具.随着科学技术的不断发展,人类社会的不断进步,人们对生活产品的需求要不断趋向多样化,这就要求生产设备必须具有良好的动态性能,在不同的时候进行不同的操作,完成不同的任务.为了使系统具有良好的动态性能必须对系统进行设计.特别是大型的钢铁行业和材料生产行业,为达到很高的控制精度,速度的稳定性,调速范围等国产直流电机简介为了满足各行业按不同运行条件对电动机提出的要求,将直流电机制造成不同型号的系列.所谓系列就是指结构形状基本相似,而容量按一定比例递增的一系列电机.它们的电压,转速,机座型号和铁心长度都是一定的等级.现将我国目前生产的几个主要系列直流电机简要的介绍如下。Z2系列为普通用途的中,小型电机.它的容量从400W到200KW,电动机的额定电压有200V和110V两种,额定转速有3000,1500,1000,750及600r/min五个等级.Z2系列普通用

基于MC33035芯片的无刷直流电机驱动系统设计

基于MC33035的无刷直流电机驱动控制系统设计 摘要 随着社会的发展和人民的生活水平提高,人们对交通工具的需求也在不断发展和提高。电动自行车作为一种“绿色产品”已经在全国各省市悄然兴起,进入千家万户,成为人们,特别是中老年人和女士们理想的交通工具,受到广大使用者的喜爱。 MC33035的典型控制功能包括PWM开环速度控制、使能控制(起动或停止) 、正反转控制和能耗制动控制。此芯片具有过流保护、欠压保护、欠流保护、又因此芯片低成本、高智能化、从而简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。 设计的直流无刷电机控制器是采用 MC33035 芯片控制的,以本次设计结果表明,MC33035的典型控制功能带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。电动自行车作为一种新型交通工具已经在社会上引起很大的影响并受到广大使用者的喜爱。 关键词:电动自行车,无刷直流电机,MC33035,位置传感器

THE BRUSHLESS DC MOTOR DRIVE SYSTEM DESIGN BASED ON MC33035 CHIP ABSTRACT With the rapid development of technology, new energy technologies in recent years have been widely used. For example, the small size, light weight, high efficiency, low noise, large capacity and high reliability features such as permanent magnet brushless DC motor-driven bike. MC33035 Typical control functions include open loop PWM speed control so that it can control (start or stop), reversing control and braking control. This chip is overcurrent protection, undervoltage protection, under current protection, and therefore chip cost, high intelligence, which simplifies the system structure, lower system costs, increase system performance to meet the needs of more applications. The design of the brushless DC motor controller is controlled by MC33035 chip to this design results show that, MC33035 typical time delay control with an optional latch-by-week shutdown mode current limiting characteristics, and internal thermal shutdown characteristics. Electric bicycles as a mode of transportation has caused a great impact on society and loved by the majority of users. KEY WORDS: electric-bicycle, brushless DC motor, MC33035, position sensors

无刷直流电动机调速系统设计说明

目录 1绪论 (1) 1.1 直流无刷电动机发展状况 (1) 1.2直流无刷电机控制技术的发展 (1) 2 直流无刷电动机的工作原理 (2) 2.1 直流无刷电动机的结构与原理 (2) 2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型 (4) 2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 (5) 3 直流无刷电动机控制系统的数学模型 (6) 3. 1直流无刷电动机的基本方程 (7) 3. 2直流无刷电动机控制系统的动态数学模型 (10) 4 硬件电路 (12) 4.1 主电路 (12) 4.2换相电路 (14) 5 软件部分设计 (17) 5. 1软件总体构成 (17) 5. 2主程序的设计 (17) 5. 3中断子程序的设计 (19) 结论 (21) 参考文献 (22) 致谢 .............................................................. 错误!未定义书签。

1绪论 1.1 直流无刷电动机发展状况 电动机作为机电能量转换装置,其应用围已经遍及国民经济的各个领域,电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点,因此被广泛应用于各种调速系统中。但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向,存在相对的机械摩擦,和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。因此,早在1917年,Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷,从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。 1955年,美国D·Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利,标志着无刷直流电机的诞生。1978年,原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统,标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。二十世纪80年代国际上对无刷电机开展了深入的研究,先后研制成方波和正弦波无刷直流电机,在10多年的时间里,无刷直流电机在国际上己得到较为充分的发展。现代电力电子器件工艺日臻成熟,出现了功率晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET),特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT ), MOS可控晶闸管(IGCT)的开发成功,使无刷直流电机功率驱动电路的可靠性和稳定性得到保障。直流无刷电动机的发展也使得传统的电机学科同当代许多新技术的发展密切相关。随着大功率半导体器件、电力电子技术、微电子技术、数字信号处理技术、现代控制理论的发展以及高性能永磁材料的不断出现,如今的无刷直流电机系统己经成为集特种电动机、功率驱动器、检测元件、控制软件与硬件于一体的典型的机电一体化产品,体现了当今工程科学领域的许多最新成果。 1.2直流无刷电机控制技术的发展 常规控制器(PID控制)尽管控制精度较高,但它需要建立描述动态系统的精确的数学模型,对于未知动态变化的系统要建立精确的数学模型是比较困难的。比如干扰、参数漂移和噪声等不可能在很高的精度下进行模型化。

无刷直流电机控制系统的Proteus仿真

无刷直流电机控制系统的Proteus仿真-机械制造论文 无刷直流电机控制系统的Proteus仿真 王家豪潘玉民 (华北科技学院电子信息工程学院,河北三河101601) 【摘要】基于Proteus软件仿真平台,提出了一种对无刷直流电机(BLDCM)控制系统实现了转速闭环控制的方案。该系统以AT89S52单片机为核心,采用IR2101芯片驱动及AD1674实现速度,并利用数码动态显示转速,通过增量式PID调节对无刷直流电机实现转速闭环稳定控制。仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。 关键词无刷直流电机(BLDCM);Proteus;增量式PID;闭环控制 0引言 无刷直流电机(BLDCM)既有直流有刷电机的特性,又有交流电机无刷的优点,在快速性、可控性、可靠性、输出转矩、结构、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势,近年来得到迅速推广[1]。BLDCM是一种用电子换向取代机械换向的新一代电动机,与传统的直流电动机相比,它具有过载能力强,低电压特性好,启动电流小等优点。近年来在工业运用方面大有取代传统直流电动机的趋势,所以研究无刷直流电机的驱动控制技术具有重要的实际应用价值。 本设计采用增量式PID控制策略控制无刷电动机,并在Proteus平台上进行转速闭环系统仿真。搭建了无刷直流电动机转速控制系统的仿真模型,基于80C51控制核心,采用keil C51软件编写C程序。 1系统硬件组成 控制系统的硬件组成如图1所示。采用Atmel公司的AT89S52单片机为系统

控制核心、IR2101驱动的MOSFET三相桥式逆变器、无刷直流电机、A/D转换转速检测、闭环PID控制、按键检测、档位和转速显示等部分组成。 2控制系统核心及外围电路 系统核心AT89S52单片机最小系统及按键电路如图2所示。 AT89S52芯片是8位单片机,具有廉价、实用及运算快等优点,它有两个定时器,两个外部中断接口,24个I/O口,一个串行口。 单片机首先进行初始化,将显示部分(转速显示、档位显示)送显“0”然后通过中断对按键进行检测当检测到启动键按下时,系统启动,控制核心输出初始控制码,与此同时通过AD转换器读取当前的实时转速,一方面用于显示,另一方面将当前转速与设定转速送入PID控制环节然后输出下一时刻的控制码。 在本次设计中使用80C51的外部中断接口0(INT0)作按键检测(见图3),通过四个与门,当有任何一个按键按下去时tap端都会出现低电平引发中断。

直流电动机无级调速毕业设计

毕业设计(论文)任务书 设计(论文)题目:直流电动机无级调速 1.设计(论文)的主要任务及目标 (1) 本次的设计任务就是直流电动机无级调速的设计,使其能更好的为我们的生产和生活服务。 (2) 本次的设计目的就是要求设计要使得电动机转速可以由零平滑调至额定转速,能实现高速起动,具有较高的调速精度。 2.设计(论文)的基本要求和内容 (1) 直流电动机的基本知识 (2) 直流电动机的运行原理 (3) 主电路以及控制电路的设计 3.主要参考文献 [1] 张家生.电机原理与拖动基础.北京邮电学院出版社,2006年 [2] 唐介.电机与拖动. 北京:高等教育出版社,2003年 [3] 陈世元.电机学.中国电力出版社,2004年 [4] 徐邦荃.直流调速系统与交流调速系统.华中科技大学出版社,2008年 [5] 赵影.电机与电力拖动. 北京:国防工业出版社,2006年 4.进度安排 设计(论文)各阶段名称起止日期 1 论文初稿2012年12月27日 2 第一次修改2012年12月30日 3 第二次修改2013年01月08日 4 第三次修改2013年02月17日 5 论文终稿2013年03月16日 I

直流电动机无极调速 摘要 本设计主要是运用调速系统对直流电动机进行调速,使其实现无级的效果。此调速系统由主电路和控制电路两部分组成:主电路是采用晶闸管可控整流装置进行调速;控制电路是采用双闭环速度电流调节方法进行反馈。系统采用调压调速的调速方法可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性,调速方向是基速以下,只要输出的电压是连续可调的,即可实现电动机的无级调速。双闭环速度电流调节这种方法虽然初次头次成本相对而言较高,但它保证了系统的性能,保证了对生产工艺要求的满足,它既兼顾了启动时的电流的动态过程,又保证稳态后速度的稳定性,在起动过程的主要阶段,只有电流负反馈,没有转速负反馈。达到稳态后,只要转速负反馈,不让电流负反馈发挥主要作用很好地满足了生产需要。 关键词:无级调速;双闭环;晶闸管 II

开题报告无刷直流电机的控制系统

合肥师范学院本科生毕业论文(设计)开题报告 (学生用表) 装 订 线

第l章主要叙述了无刷直流电机的发展趋势、无刷直流电机的控制技术、研究背景及意义。 第2章首先介绍了无刷直流电机的基本结构和工作原理,然后给出了常见的无刷直流电机的数学模型及其推导过程,在此基础上对无刷直流电机的稳态特性进行了详细分析。 第3章对本控制系统的总体结构和设计进行介绍。主要包括控制系统的整体方案,控制芯片,控制技术以及控制策略的选择。 第4章对控制系统的硬件电路进行设计,包括DSP最小系统、功率驱动电路、采样检测电路、保护电路等的设计,并对各个部分进行了详细的分析。 第5章以TI公司的CCS开发环境为开发工具,对整个控制系统的软件部分进行了设计。 第6章总结与展望,总结了本文的主要工作,展望了以后工作的研究方向。 五、可行性分析 此次研究是在指导老师的指导下搜集,查阅相关资料,确定能够通过应用DSP 芯片进行控制是最优方案,采用TI公司的TMS320F2812作为控制器。根据现在无刷直流电机的控制技术的发展水平和未来的发展趋势及可操作性进行分析,该课题能够顺利进行。 六、设计方案 6.1无刷直流电机的基本结构 无刷直流电机的设计思想来源于利用电子开关电路代替有刷直流电机的机械换向器。普通有刷直流电机由于电刷的换向作用,使得电枢磁场和主磁场的方向在电机运行的过程中始终保持相互垂直,这样能够产生最大的转矩,从而驱动电机不停地运转下去。无刷直流电机取消电刷实现了无机械接触换相,做成“倒装式直流电机"的结构,将电枢绕组和永磁磁钢分别放在定子和转子侧。无刷直流电机必须具有由控制电路、功率逆变桥和转子位置传感器共同组成的换相装置以实现电机速度和方向的控制[5]。因此,可以认为无刷直流电机是典型的机电一体化器件,其基本结构由电动机本体、驱动控制电路及转子位置传感器三部分组成,如图所示。 无刷直流电机的构成 6.2无刷直流电机的工作原理 普通直流电机的电枢在转子上,而定子产生固定不变的磁场。为了使直流电机旋转,需要通过换相器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向,使两个磁场的方向始终保持相互垂直,从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转[6]。 无刷直流电动机为了去掉电刷,将电枢放到定子上,而转子做成永磁体,这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即便是这样的改变仍然不够,因为直流电通入定子上的电枢以后,产生的不变磁场还是不能使电动机转动起来。为了达到使电动机

基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计_毕业设计

基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计 1 绪论 1.1 课题的研究背景和意义 直流电动机是最早出现的电动机,也是最早能实现调速的电动机。长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高的效率,优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战,但到目前为止,它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。 近年来,直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现,使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制 (PulseWidthModulation,简称PWM)控制方式已成为绝对主流。这种控制方式很容易在单片机控制中实现,从而为直流电动机控制数字化提供了契机。 五十多年来,直流电气传动经历了重大的变革。首先,实现了整流器件的 更新换代,从50年代的使用己久的直流发电机一电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置,到60年代的晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统),使得变流技术产生了根本的变革。再到脉宽调制 (PulsewidthModulation)变换器的产生,不仅在经济性和可靠性上有所提高,而且在技术性能上也显示了很大的优越性,使电气传动完成了一次大的飞跃。另外,集成运算放大器和众多的电子模块的出现,不断促进了控制系统结构的变化。随着计算机技术和通信技术的发展,数字信号处理器单片机应用于控制系统,控制电路己实现高集成化,小型化,高可靠性及低成本。以上技术的应用,使系统的性能指标大幅度提高,应用范围不断扩大。由于系统的调速精度高,调速范围广,所以,在对调速性能要求较高的场合,一般都采用直流电气传动。技术迅速发展,走向成熟化、完善化、系统化、标准化,在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一直居于垄断地位[1]。 目前,国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发直流数字调速装置。姚勇涛等人提出直流电动机及系统的参数辨识的方法。该方法依据系统或环节的输入输出特性,应用最小二乘法,即可获得系统或环节的内部参数,所获的参数具

无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计

无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计

学号:1008421057 本科毕业论文(设计) (2014届) 直流无刷电机控制系统的设计 院系电子信息工程学院 专业电子信息工程 姓名胡杰 指导教师陆俊峰陈兵兵 高工助教 2014年4月

摘要 无刷直流电机的基础是有刷直流电机,无刷直流电机是在其基础上发展起来的。现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位,但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。 自上世纪以来,人们的生活水平在不断地提高,人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化,而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展,人们对电机的要求也在不断地改变。现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等,由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。 本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机,主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片,通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。 关键词:控制系统;DSPIC30F2010芯片;无刷直流电机

Abstract Brushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention. Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth. The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop. Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor

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