基于FOC的永磁同步电机速度控制器参数优化设计
永磁同步电机参数测量试验方法
一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)
图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短 ,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方
一种新型电机自动控制系统调节器——典型Ⅲ型系统及其优化设计
一种新型电机自动控制系统调节器###典型*型系统及其优化设计 ! 卢健康!杨立华!高扬!史仪凯 "西北工业大学机电学院!陕西西安Z$&&Z)# 摘要!针对电机控制系统的设计方法!提出一种典型*型系统"经过理论研究和大量的数字仿真与计算机辅助分析!在保证系统稳定的条件下!依据*?A C 6及+H A C 6准则得出了该典型*型系统的优化设计方法!避免了$型系统加速度输入的稳态误差问题!同时获得良好的系统性能"可作为现有控制系统调节器的工程设计方法之扩展" 关键词!典型*型系统#优化设计#调节器 中图分类号!’($$++文献标识码!,++文章编号!$&&$-.//$")&&0#$$-$%)-. 7E #:L #B’4(&)01#2%B*J#&");+)0J)&)0K )*&0)4$52&#-0!53%.(4*$ 52&#-(*;%&2?3&%-(41#2%B*U 1_C =6P=67!c ,2C B 4J 5B 85I 6?A 9E C D =J 8C A ?J =B C 568=6M D 5A R L?B 9E =C M9M =6=J K 898!=65LB C A =J M98C 76A 9B 45M 5I B 49B K LC D =J *8K 8B 9A@=8I 5?6MO ’5968?E 9B 498K 8B 9A /88B =GC J C B K !B 4C 8A 9B 45M @=89M?D 9M G=89M 56B 49;*?/!;+H /A C 6C A ?ALE C 6D C LJ 98O ’49A 9B 45M D =6=N 5C M B 498B =GJ 99E E 5E 5I B K LC D =J $8K 8B 9A@4C J 9B 49C 6L?B C 6R D J ?M98=D D 9J 9E =B 9M 9J 9A 96B !=6M E 9D 9C N 9=LE 9I 9E =GJ 9L9E I 5E A =6D 9O H B D =6G9?89M =8=69X B 968C 56B 5B 49E 97?J =B 5E /8967C 699E C 67M98C 76A 9B 45MO 9#5:)0;2&’K LC D =J *8 K 8B 9A #;LB C A =J M98C 76#V 97?J =B 5E !"引言 目前电机控制系统的设计中!常采用调节器的 +工程设计方法,($)!作为运动控制系统中的基本设计方法!长期以来!该方法以其简便’实用和有效性在电力拖动自动控制系统的优化设计中得到广泛应用"然而!由于它只含有典型H 型与典型$型两种典型系统!不适于设计稳态误差度要求较高的系统!如输入信号中含有与时间的平方成正比的成份时!只有设计成*型系统!才能使稳态误差为零"而一般认为*型及*型以上系统很难稳定!所以通常只将系统设计成H 型或$型($!))"为了解决工程设计方法存在的上述问题!本文提出一种典型*型系统"文中不仅解决了它的稳定性问题!而且沿用典型$型系统的优化设计思路!得出了这种典型*型系统的优化设计方法!可作为现有调节器的工程设计方法之扩展" #"系统的结构及其稳定判据 具有单位反馈结构的典型*型系统的开环传递函数为 A &$ B %h ;5$"$B ^$%$")B ^$%B . $5B ^$% $$%式中&B 为复变量!时间常数5为被控对象的固有参数!;5是开环放大系数!它为系统中的可变参数!"$与")这两个时间常数可能都是可变参数!也可能都是固有参数或其中一个可以改变!因系统的具体组成而异"为了分析方便!作如下变量代换& 令H h 5B !则A &$B %可变换为A &$B %h A $H %h ;$5$H ^$%$5)H ^$%H . $H ^$%$)%式中&;h ;55. !5$h "$45!5)h ")4 5$.% 上述变量代换的意义是以系统的固有参数5为时间基准来分析设计!求出相对参数;’5$’5)后再按式$.%求出实际参数"所以!依据式$)%得出的具有时间量纲的指标$例如调节时间+H 等%!只是无量纲的相对指标!须乘以5后才是实际的时域指标#同理!具有频率量纲的指标$例如截止频率0) %!须除以5后才是实际的频域指标"典型*型系统的闭环传递函数是& A )$$H %h 7)H ) ^7$H ^$H *4;^H .4;^7)H ) ^7$H ^$$*%其中&7$h 5$^5)!7)h 5$5)$%% 根据四阶系统的劳斯判据!可得出使系统稳定的 充要条件& ;i &!7)i 7$i &且;$7)-7$%7$i $$0% 由于实际系统中5$’5)一般为正数!故要满足 条件7)i 7$i &必须满足5$i $!5)i $!此时!条件7)i 7$i &成为7)i 7$i )当5$i )且5)i )时!7)i 7$i )必定满足!所以!5$i )且5)i )与;$7)-7$%7$i $这两个条件可作为使系统稳定的充分条件" * =H <*$机床与液压%)&&0O 25O $$! 基金项目 !国家自然科学基金资助项目$%&)Z%$)%%万方数据
毕业设计论文 基于单片机的步进电机控制器
第1章绪论 (2) 1.1引言 (2) 1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (4) 1.2.1常见的步进电机控制方案 (4) 1.2.2步进电机驱动技术 (6) 1.3本文研究的内容 (8) 第2章步进电机概述 (9) 2.1步进电机的分类 (9) 2.2步进电机的工作原理 (10) 2.2.1结构及基本原理 (10) 2.2.2两相电机的步进顺序 (10) 2.3 步进电机的工作特点 (13) 2.4本章小结 (15) 第3章系统的硬件设计 (16) 3.1系统设计方案 (16) 3.1.1系统的方案简述与设计要求 (16) 3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (16) 3.2单片机最小系统 (18) 3.2.1AT89S51简介 (18) 3.2.2单片机最小系统设计 (23) 3.2.3单片机端口分配及功能 (24) 3.3串口通信模块 (24) 3.4数码管显示电路设计 (25) 3.4.1共阳数码管简介 (25) 3.4.2共阳数码管电路图 (26) 3.5电机驱动模块设计 (27) 3.5.1L298简介 (27) 3.5.2电机驱动电路设计 (28) 3.6驱动电流检测模块设计 (30) 3.6.1OP07芯片简介 (30) 3.6.2ADC0804芯片简介 (32) 3.6.3电流检测模块电路图 (35) 3.7独立按键电路设计 (36) 3.8本章小结 (36) 第4章系统的软件实现 (37) 4.1系统软件主流程图 (37) 4.2系统初始化流程图 (38) 4.3按键子程序 (39) 结论 (43) 1
第1章绪论 1.1引言 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。 正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用[2]。比如在数控系统中就得到广泛的应用。目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。虽然与发达国家相比，我们我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并起了 2
电机控制器发展现状及研究意义
电机控制器发展现状及研究意义 一、盘式永磁电机的发展情况及研究现状 盘式电机的气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，所以又被称为轴向磁场电机。法拉第发明的世界上第一台电机就是轴向磁场电机，但是由于它的定、转子之间存在轴向磁吸力以及制造复杂等缺点，使得盘式电机未能得到进一步的发展，而被以后发展起来的常规电机又称为径向磁场电机所取代，可是常规电机也并非十全十美，由于齿根部存在“瓶颈”现象，致使电机的散热、铁心利用率低等问题一直困扰着电机工程人员，而这些问题只有从结构上进行彻底的变化才能解决，于是20世纪40年代起，轴向磁场电机又重新受到了电机界的重视。实际的研究结果表明，轴向磁场电机不仅具有较高的功率密度，而且在一些特殊应用场合，它还具有明显的优越性。（吴畏，许锦兴，林金铭.盘式永磁同步电动机及其发展.电工技术杂志，1990，2:10~13.） 随着数控机床、工业机器人、机械手、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起和特殊应用如雷达、卫星天线等跟踪系统的需要，人们对伺服驱动电机小型化、薄型化、低噪声的呼声愈来愈高，对电机的结构和体积也提出了更高的要求。世界上一些先进的工业国家从20世纪80年代初期起，就已经开始研制盘式永磁电机。由于它结合了永磁电机和盘式电机的优点，使得该类电机既具有永磁电机结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高的优点，又同时具有盘式电机轴向尺寸短、结构紧凑、硅钢片利用率高、工艺简单、功率密度高、转动惯量小的特点，因此，该类电机在国内外迅速地得到了广泛应用。目前在不同种类、不同结构的盘式永磁电机中尤以盘式永磁直流电动机、盘式永磁同步电动机和盘式无刷直流电动机应用最为广泛。 上世纪70年代初期，盘式电机首先以直流电机的形式应用于电车、水泵、吊扇和家用电器等场合。1973年，英国的Keiper F率先指出了盘式轴向磁场结构的优越性，从而引起了电机界的极大兴趣，从70年代末期起，人们开始将盘式电机研究的方向转向盘式永磁同步电机。1978年，意大利比萨大学的Bramanti A 教授首次提出了制造轴向气隙同步电动机的几种方法，探讨论了轴向磁场同步电机的特性，并且制造论文一台双定子单隐极转子的实验样机。1979年，联邦德国布伦瑞克大学的Weh H教授给出了双转子单定子盘式永磁同步电机电磁场的计算的解析法，并导出了电机的稳态、瞬态参数和特性方程。1985年，美国弗吉尼亚理工大学的Krishnan R教授对伺服驱动用的盘式永磁同步电动机进行了全面的介绍，通过对各种径、轴向磁场电机的性能进行比较，展现了盘式永磁同步电机的优越性。（Krishnan R，Beutler A J.Performance and design of an axial field permanent magnet synchronous motor servo drive.IEEE Industry Applications Annual Meeting，1985:634~640.）2001年，Metin Aydin和Surong Hung对环形有槽和无槽盘式永磁电机进行了深入的研究并推导出了用于环形盘式永磁同步电机的方程（Aydin M，Hung S，Thomas A.Design and 3D electromagnetic field analysis of non-slotted and slotted TO-RUS type axial flux surface mounted permanent magnet disc machines.IEEE Electric Machines and Drives Conference，2001:645~651）。2004年，意大利的Federico Caricchi，Fabio Giulii Capponi等对盘式永磁电机的空载损耗和脉动转矩通过试验和磁场分析的方法进行了深入地研究。（Caricchi F，Capponi F G，Crescimbini F，et al.Experimental study on reducing cogging torque and no load power loss in axial-flux permanent magnet machines with slotted winding.IEEE Transactions on Industry Applications，2004，40(4):1066~1075.）随着市场的需要和设计研究辅助工具的提高，近几年来，国外又涌现出了许多新型的盘式永磁电机。 图1-1所示为Briggs和Stratton研制的一种新型盘式永磁直流电动机(Etek)，该电机利用铜条代替了传统电机中的铜制导线，与产生相同电磁转矩的传统绕线式直流电机相比，该
步进电机控制系统设计.
毕业设计论文 论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑
************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1
步进电机控制系统课程设计
河北xxxxxx学院 课程设计说明 书 题目：步进电机控制系统 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 同组学生： 指导教师：
步进电机控制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。 关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机步进电机是该系统的执行机构
永磁同步电机参数测量试验方法
永磁同步电机参数测量实验 一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2 a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2) 图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状
态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方程可以简化为： q q q d d q di u Ri L i L dt ωωψ=+++ q q q q di u Ri L dt =+ (6) q 轴电流将按如下的指数形式建立: ()(1)q R t L U i t e R -=- (7) 利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。 此外，由于没有正好超前d 轴90°的电压矢量，需要施加一个60°和120°合成矢量来完成等效q 轴电压矢量的施加过程。并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安全。作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。 4． 反电势系数的测量 采用空载实验法，即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转，同时保持被测电机负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。结合转速、反电势可以计算得出相应的反电势系数，计算公式如下： 1000e E K n = ? (8) 式中：E 为反电势，n 为转速。电机的反电势系数，其定义为每1000PRM 时电机每相绕组上的反电势电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相） 这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。
步进电机运动控制器设计
一、项目概述： 用步进电机作为X-Y移动平台的执行机构，实现开环位置控制。采用四相步进电机，一相激励时步距角为1.8°，由步进电机驱动器接受控制器的控制信号，采用单四拍方式，每拍为一步，可正反转。步进电机的转动带动丝杆，将旋转运动转换为直线运动，步进电机的每一走步传递到X或Y方向的移动距离为0.02mm.系统中步进电机工作频率为500Hz--4KHz。运动要求是： （1）当按键K1按下时，X方向步进电机正向运转，X正向移动1mm； 当按键K2按下时，X方向步进电机反向运转，X反向移动1mm; 当按键K3按下时，Y方向步进电机正向运转，Y正向移动1mm； 当按键K4按下时，Y方向步进电机反向运转，Y反向移动1mm；（2）按键按住不放，连续运动直到按键释放，停止运转。 （3）控制器实时显示步进电机转过的步数和X或Y向移动的距离。（4）系统供电电源为36 VDC。 二、系统设计： 设计思想： 1、用两台步进电机分别控制x、y方向的运动； 2、采用动态显示方式，实时显示步数和距离； 3、采用4个并行口输出控制信号以及采集开关输入信号。 总体方案： 采用AT89C51作为控制器： P0口读入开关输入信号；P1口接步进电机驱动器ULN2003A；P2、
P3口控制动态显示电路。 三、硬件设计： 1、AT89C51晶振电路和手动复位电路： 晶振电路：采用12MHz的晶振，其中电容C1，C2可在5—60pF之间选择，这两个电容的大小对振荡频率有微小的影响，可起频率微调的作用。 复位电路：当按键弹起时，相当于一个上电复位电路；当按键压下时，相当于RST端通过电阻与+5V的电源相连，提供足够宽度的阈值电压完成复位。 2、开关量读入： 由P0口的低4位读入开关量信号。 3、步进电机控制电路：
步进电机控制系统设计
课程设计任务书 设计题目：微机步进电机控制系统设计 设计目的： 1.巩固和加深课堂所学知识； 2.学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力； 3.通过步进电机控制系统设计与制作，深入了解与掌握步进电机的运行方式、方向、速 度、启/停的控制。 设计任务及要求：（在规定的时间内完成下列任务） 任务：控制四相步进电机按双八拍的运行方式运行。按下开关SW1时启动步进电机，按ESC键停止工作。采用循环查表法，用软件来实现脉冲循环分配器的功能 对步进电机绕组轮流加电。 要求对题目进行功能分析（四项功能：快速顺时针旋转，慢速顺时针旋转， 快速逆时针旋转和慢速逆时针旋转），进行步进电机远程控制系统硬件电路设 计，画出电路原理图、元器件布线图、实验电路图；绘制程序流程图，进行 步进电机控制程序设计（采用8086汇编语言）；系统调试、运行，提交一个 满足上述要求的步进电机控制系统设计。 时间安排：(部分时间,某些工作可以自己安排重叠进行) 具体要求：设计报告撰写格式要求（按提供的设计报告统一格式撰写）， 具体内容如下： ①设计任务与要求②总体方案与说明 ③硬件原理图与说明④实验电路图与说明 ⑤软件主要模块流程图 ⑥源程序清单与注释 ⑦问题分析与解决方案（包括调式记录、调式报告，即在调式过程中遇到的主要问 题、解决方法及改进设想）； ⑧小结与体会 附录：①源程序（必须有简单注释）②使用说明③参考资料 指导教师签名：08 年12 月01 日 教研室主任（或责任教师）签名：年月日
目录 第1章需求分析 (1) 1.1课程设计题目 (1) 1.2步进电机介绍 (1) 1.3课程设计任务及要求 (1) 1.4软硬件运行环境及开发工具 (1) 第2章概要设计 (2) 2.1设计原理及实现方法 (2) 2.1.1 步进电机控制原理 (2) 2.1.2微机步进电机控制系统原理图 (2) 2.1.3 运行方式与方向的控制——循环查表法 (3) 2.1.4步进电机的启/停控制——设置开关 (4) 2.2微机步进电机控制系统设计流程图 (4) 第3章详细设计 (5) 3.1 硬件设计与实现 (5) 3.2软件设计 (5) 3.2.1正向慢转子程序 (5) 3.2.2正向快转子程序 (6) 3.2.3反向慢转子程序 (6) 3.2.4反向快转子程序 (6) 3.2.5长延时子程序 (7) 3.2.6短延时子程序 (7) 第4章系统调试与操作说明 (7) 4.1系统调试 (7) 4.2 操作说明 (8) 第5章课程设计总结与体会 (8) 参考文献 (9) 附录微机步进电机控制系统源程序 (9)
在线辨识永磁同步电动机参数
永磁同步电机参数在线辨识:模型参考与EKF 的比较 摘要：本文基于模型参考在线辨识的方法，对永磁同步电机进行参数辨识。运用李雅普诺夫第二方法和奇异扰动理论对增广系统的全局稳定性进行了分析。结果表明,该方法应用的解耦控制技术,改善了系统的收敛性和稳定性. 把这种方法与扩展卡尔曼滤波(EKF)的在线识别方法比较，结果表明,尽管基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的在线辨识法在实现的复杂性上相对于所提出的方法更简单,但是该方法与所提出的方法相比不能给出更好的结果. 仿真结果以及对隐极式永磁同步电机实验的分析，证实了所提出方法的有效性。 永磁同步机因为他们的高效率和良好的可控性成功的应用于不同的领域。永磁同步机的控制主要是通过高性能的矢量控制实现的。控制变量如(速度,位置,或转矩),主要的困难在于控制转矩,这说明了控制定子电流的必要性。在矢量控制中,如果想实现这一点，定子电流和电压矢量需在d-q 坐标系下进行分析研究。为了控制定子电流,必须先控制其直轴电感(d)和正交电感(q)。永磁同步电机在d-q 坐标下的电气模型是一个两输入-两输出系统，如下: f q d e e ψ==,0 f K =ω Ω是反电动势矢量d-q 分量；q d q d i i v v ,,,是d-q 轴电压和电流，Ω=P ω是转子电角速度，Ω是转子机械角速度，P 是极对数量。系统的输入是q d v v ,，输出是q d i i ,。根据适当的控制律控制这些电流，是定子电压通过电压源逆变器得到应用。逆变器通常根据一个恒定增益v G 来建模。我们可以得到qr v q dr v d v G v v G v ==,，qr dr v v ,是电流调节器的输出。他们用于调节d-q 坐标系的电流。隐极永磁同步电机,d 轴基准电流通常固定为零，电机转矩和转度由q 轴基准电流控制。d q s f L L R ,,,ψ是参考模型的参数。电机时间常数是 s q q s d d R L R L /,/==ττ。 事实上，这些参数是不准确的，他们会慢慢的发生变化。这些变化可能是由于一个故障或一个变化的操作点[2]。他们有时对控制系统是致命的并可能损坏驱动器。在这些情况下,一个在线辨识算法是必要的。该算法对电机参数进行辨识,用于控制算法或检测故障中。
电动车永磁无刷高速电机与控制器的波形匹配研究及优化设计
电动车永磁无刷高速电机与控制器的波形匹配研究及优化设计 摘要采用示波器对电机、控制器的霍尔、相电压、相电流波形进行测试分析，从而找出了控制器损坏的原因，提出了电机的结构优化方案，反复修正，最终使得电机和控制器的波形匹配达到最佳状态。在提高整车行驶性能的同时，使得控制器的故障率降到3 ％以下。 关键词电动车；永磁无刷电机；无刷控制器；波形匹配 永磁无刷电机、控制器作为中小型电动车的两大核心零部件，二者的匹配性能直接影响整车的性能，因此在电动车设计时，不仅要求电机的定子、转子设计合理，而且要求控制器要有与电机转速相匹配的采样频率范围。由于永磁无刷电机的特殊性，如果其定子和转子的结构以及霍尔的安装位置三者关系处理不好的话，对控制器的影响是很大的。在实际应用中，发现控制器故障率较高，经过分析测试，确定故障模式为MOS管击穿损坏，MOS管型号加大后故障依然存在。 文中针对该问题，在现有的某车型无刷永磁电机和控制器的基础上，对故障模式进行分析和研究，确定了故障原因，并制定了整改方案，对电机的内部磁钢、线圈、霍尔安装位置等进行了优化设计，经过测试，提高了电机、控制器系统工作效率，并大大降低了控制器的故障率。 1 控制器损坏故障原因分析 通过对电机霍尔信号波形分析，发现：电机霍尔信号在换相过程中波形有异常，波形示意图如图1、图2。 正常的霍尔换相波形为比较干净的方波，在上述（图1）椭圆形区域脉冲干扰信号的持续时间已经达到了400 us，足可以导致控制器执行换相动作，进而出现换相失步的现象，功率管中的电流会急剧增大，导致控制器烧毁。 使用的电机为差速电机，差速电机内部由于磁极对数少（4对极），转速较高，同时差速电机线圈内阻很小，约100 mΩ，因此霍尔安装的精度要求高；低速下电机相线电流较大，再加上霍尔信号错误，必将导致功率管击穿。差速电机在全速工作时单相霍尔换相频率为 240 Hz，周期为4.1 ms。对于霍尔信号干扰问题做了一系列的实验，通过增大硬件和软件滤波能力来避免换相错误，在实验中发现，差速电机的转速很高，换相很快，对霍尔信号进行滤波后，会导致电机换相失步。 为了解决该问题，临时采取对控制器的电机相线电流进行限制的方法进行处理（设置为50 A），结果有所改善，但不能从根本上解决该问题，如果从根本上解决问题，必须对电机的内部结构作出改进。
永磁电机的电参数特性(精)
关于稀土永磁电机 一般所说的稀土永磁电机都是指第三代稀土永磁电机,出于这种永磁材料优异的使用功效,价格对比同等材料较廉价,因而比第一代或第二代稀土永磁材料更有市场需求前景。例如钦铁硼永磁电机,作为新生代的永磁电机具有很大的展开潜力, 在电机界的权威专家看来, 钱铁硼的展开方向一方面是逐步代替其他永磁材料的永磁电机,另一方面是代替一部分电励磁电机。近年来由于电机界研讨者的作业,现已取得了很大的效果。 稀土永磁无刷电动机跟着电力电子技术的迅猛展开和元器件价格下降,人们现已和正在研制各种不同变频供电电源的永磁同步电动机, 加上转子方位闭环控制体系而构成自同步的永磁电动机,这种电动机一般称为无刷直流电动机。这种电动机既具备电励磁直流电动机的优异调速特性,又实现了无刷结构,这在处于要求高控制精度和高可靠性场合使用中,如航空航天、数控机床、加工中心、机器人、计算机外部设备、家用电器等方面取得广泛的运用。这其间反电动势波形和供电波形都是矩形波的电动机称为无刷直流电动机;反电动势波形及供电波形都是正弦波的电动机称同步电动机,在这里我们统称为永磁无刷直流电动机。在日常家用电器中,如空调、电冰箱、洗衣机、吸尘器、电扇等既是耗电大件,又是噪声来历。如果用无刷电动机逐步代替有刷电动机, 不光为人们节约能源, 而且又使生活条件得到改进。由于稀土永磁材料具备高富余磁感应强度、高矫顽力和高磁能积的特色,它可以研制成具有较大气隙长度和较高气隙磁感应强度的电机, 根据市场份额的需要,可以制成无齿槽的盘式电动机、无槽电机、无铁心电机等无刷直流电机,这些电机因所具备的无齿槽结构的原因, 既可以减少电机的重量和转动惯量,前进电机呼应即时灵敏度,能有效减少电机中电磁谐波成分, 减少电机脉动转矩, 增加工作的平稳性, 一起简化制造工艺,因而在高准确控制场合使用流程,如计算机外部设备、办公设备等中得到了广泛的运用。汇总而言,因高功用的稀土永磁材料的呈现给予永磁电机功用更优化、结构更简化及大型化供给了必要条件设施,使电机向更高层次展开。
一种红外遥控式步进电机控制器的设计与实现令朝霞
收稿日期：2012-02-13*陕西省教育厅项目资助(项目编号：11JK0934) 一种红外遥控式步进电机控制器的 设计与实现 令朝霞 （陕西理工学院电气工程学院，陕西汉中 723003）摘要：介绍了以89C2051单片机为核心，针对步进电机在手动和自动控制模式的基础上，设计出能够实现遥控操作的控制器。以四相五线步进电机为研究对象，以集成红外接收器接收遥控器发来的信号作为输入信号，并送单片机进行解码，单片机根据接收的输入信号进行运算处理后，发出控制命令送步进驱动器，驱动步进电机工作。实现了步进电机的手动、自动及遥控方式下的正反转，还实现定时时钟控制以及LCD 状态显示等功能。 关键词：步进电机；自动控制；手动；遥控 Designed and realized of a kind of stepping motor controller based on infrared remote control type LING Zhao-xia (School of Electricity Engineering of Shaanxi University of Technology ，Hanzhong 723003，China)Abstract:Introduced the 89C2051microcontroller as the core ，in view of the stepping motor in the manual and automatic control mode on the basis.It was designed thecontroller of realized remote operation.For research object of four phase five line stepping motor ，the integrated infrared receiver receive from the remote control of the signal ，and send MCU as input signal decoding ，SCM according to receive the input signal to operational treatment ，a control orders to send stepping drive ，drive stepping motor.Not only the motor is realized positive rotation and negative rotation by the manual ，automatic and remote control ，still is realized the clock control ，as well as LCD status demonstration function.The system was designed safe reliable and can be realized easily ，the programming simply easy to understand able. Keywords:stepping motor ；automatic control ；manual ；remote control 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线 位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的 转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。由于这一关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累 doi:10.3969/j.issn.1563-4795.2012.10.012 电子器件及应用50
宽转速永磁同步电动机电磁参数优化设计
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/0f7214469.html, 宽转速永磁同步电动机电磁参数优化设计 作者：孙建锐于万娟 来源：《中国新技术新产品》2016年第02期 摘要：永磁同步电动机在近些年受到越来越多的欢迎。特别是电动汽车领域，永磁同步 电动机的使用可以有效的增加电动汽车的驱动性能。不过，基于自身条件的限制，永磁同步电动机在使用过程中存在一些问题，本文首先对永磁同步电动机的基本结构、数学模型以及控制原理做简要介绍，然后介绍永磁同步电动机的弱磁扩速措施以及与弱磁扩速有关的电磁参数。 关键词：永磁同步电动机；问题；措施；电磁参数 中图分类号：TM351 文献标识码：A 永磁同步电动机具有体积小、效率高、性能优异等特点，在近些年受到越来越多的欢迎。特别是在电动汽车领域，永磁同步电动机的使用可以有效增加电动汽车的驱动性能。不过，永磁同步电动机在使用过程中采用永磁体励磁，这种方式无法灵活调节励磁强度。此外，永磁体励磁会对直流母线的电压和逆变器的饱和度进行限制，永磁同步电动机在运行过程中的转矩和功率会快速下降，从而影响电动机的正常运转。本文首先对永磁同步电动机的基本结构、数学模型以及控制原理做简要介绍，然后介绍永磁同步电动机的弱磁扩速措施以及与弱磁扩速有关的电磁参数。 一、基本结构及数学模型 （一）永磁同步电动机结构特点 永磁同步电动机，顾名思义，其采用的是永磁体励磁。这种励磁方式的电动机的转子磁路会有所不同，一般有表面式和内置式两种。表面式转子磁路的永磁体位于转子的外表面，这样永磁体就可以充分地和空气接触，让永磁体的磁导率和空气相近，抑制弱磁的扩速作用。内置式转子磁路的永磁体位于转子内部，这种方式比较容易产生弱磁扩速。 （二）永磁同步电动机dq轴数学模型 永磁同步电动机的转轴运动是建立在dq轴数学模型基础上的，该模型的电压方程为： （1） 磁链方程为： （2）