无刷直流电机闭环控制器设计
无刷直流电机闭环控制器设计
发表时间：2019-07-09T11:00:40.550Z 来源：《电力设备》2019年第6期作者：盛峰[导读] 摘要：对于无刷的直流电机（BLDC）而言，其控制系统存在参数优化难、输出速度不稳定等问题，而对无刷直流电机的闭环控制器进行优化设计可以在一定程度上改善问题。（湖北科技学院湖北咸宁 437100）摘要：对于无刷的直流电机（BLDC）而言，其控制系统存在参数优化难、输出速度不稳定等问题，而对无刷直流电机的闭环控制器进行优化设计可以在一定程度上改善问题。本文通过阐述具备时延条件的具体PI控制器，对采用GA方法进行PI闭环控制的设备进行整体优化，通过具体的实验和结果的深入分析，提出以遗传算法为基础的控制器响应及处理对策，以供读者参考。
关键词：无刷直流电机；信号处理；遗传算法；时间延迟一、无刷直流电机闭环控制器概述（一）无刷直流电机闭环控制器的运行特点无刷直流电机本身在运行过程中启动的转矩较大，但控制器响应较为快速，整体调速性能也比较优异。因为没有普通直流电机在运行中需要经过碳刷、滑环等结构，整体运行较为可靠稳定，并且在工业环境中也有了较多的运用。但当前我国机械领域广泛应用的无刷直流电机在闭环控制器的测定上经常检测出控制器PI参数不佳、响应速度过慢等情况，影响了控制器应用的精度调控需求。所以本文深入探究了无刷直流电机在PI参数控制上的优势，并采用对比分析的方式将无刷直流电机的闭环控制器进行各个零部件的性能分析。 BLDC的控制体系主要在DSP中展现，而串行通信接口较为容易与直流电机进行通信并且获取进一步指令，BLDC可以通过正交的编码器进行电机速度以及位置的信息获取，同时依据不同的控制命令在驱动板上产生对应的调控。依据所查阅的文献实验结果我们发现：无刷直流电机在控制器的设计与应用中，不论在瞬态还是稳态的条件都呈现出较为稳定的性能。而针对在实际控制系统中过长输出响应的控制系统而言，笔者发现采用给予神经网络预测装置的设计可以有效的对延迟条件进行限制并进一步改善直流电机的控制系统响应。（二）无刷直流电机闭环控制器的应用效果随着无刷直流电机控制器应用愈发广泛，许多研究和工作都侧重应用无刷直流电机的闭环控制器。而以遗传算法（GA）为核心的PID 技术可以有效辅助直流电机进行电动助力系统的转接，同时以遗传算法为基础的闭环PID控制能有效的帮助无刷直流电机在PID参数调控上实现最优化调控，同时也比传统闭环控制效果更显著。整体来说，无刷直流电机闭环控制器在参数识别的基础上有着较好的应用效果。而给予遗传算法的PI控制参数优化可以将遗传算法中不同时延系数中的比例进行优化处理，并通过实验表明，不同方法涉及到的PI进一步控制都有着不同的速度，但整体都是优于传统方法的。
二、无刷直流电机的参数识别与GA-PI控制设计（一）无刷直流电机的参数识别如果在没有现成技术体系引领的情况下，在无刷直流电机的研发中发现适合进行闭环控制器调控的无刷直流电机模型是较为困难的。而笔者发现有一种方式相对来说是比较容易的：首先要进行DSP随机生成的PWM控制电压的调控，其次要在开环的整体调控下进行系统辨别与工具箱整合，从数据的输入和输出两方面开展无刷直流电机系统模型的建立。（二）参数空间中的GA-PI控制设计参数空间中的GA包括大小是10的种群，其拥有随机且初始的GA总体，不同染色体虽然有不同的序列，但整体遗传信息长度在1000左右。而轮盘进行选择的时候就要将所选的染色体进行复制，放在交配池中即可进一步开展交叉比对。而在本文所探讨的研究过程中，以均方误差为基础的微分调控可以有效避免研究结果的过度拟合。而这些数值也是在不同训练阶段中进行不同的调控得出的。如果所获得的数值较为稳定，则证明参数空间中GA-PI的控制设计是较为稳定的，训练和设计可以继续进行，而如果均方误差在10次统筹计算中存在负值，就要提前将方法进行检查并且停止训练。为寻求不同时延情况下最优的PI控制参数，在研究过程中可以应用GA的思路及理念进行训练质量的提升。虽然不同遗传信息价值有限，但是仍旧是一个较大的数组集合。在GA为0的时候，整体三位稳定性的参数区域有着增益的明显效果，而对于存在一定时延的PI参数来说，时延数值则是在0到0.02秒内的不同染色体数值。区域信息可以帮助获取不同GA群体中染色体数值的上下限。
三、无刷直流电机的实验验证（一）无刷直流电机闭环控制的实验平台进一步研究以DSP为基础的无刷直流电机闭环控制体系，笔者发现在研究过程中所应用的集成器编程（IDE）代码为C语言，并且集成器的开发环境包括编译、汇编、链接等多方面。如果编程成功，则会创建后缀为“.out”的文件，其通过在DSP板设定的闪存内容中进行加载，获取对应的信息，除此之外DSP的BLDC电机是持续正常工作的，主要采用的硬件及性能如下文所述： 1. JTAG调试仿真器 JTAG的调试所应用的是Blackhawk Inc.所制造的调试电缆，其型号为BH-USB-510。
2. DSP主板
DSP的主板则是Spectrum Digital Inc.制造的eZdsp?2812，该硬件有着独立的功率模块以及绝缘棚板块，在进行DSP系统输出的过程中可以转化为多个不同的PWM输出进行调控和驱动。
3. 无刷直流电机硬件中的无刷直流电机所采用MBE.172.E500型号的电机，并且通过连接到主板上的运动控制体系来获得对应的速度反馈信息。而嵌入在DSP芯片内部的正交编码脉冲体系可以检测到不同编码器输出的通道脉冲，并进行对应的调控。
4. RS232接口
在最后的硬件处理中所采用的是目标速度控制的命令体系，其采用以GA为基础的PI控制增益，同时从个人计算机的用户UI界面进行串行接口的优化，最后将信息汇总发送到DSP的调控系统。而实时速度的信息可以在UI时间响应接口处获取。（二）实验结果
直流电机设计程序
直流电机设计程序 3.1 主要指标 1. 额定电压 2. 额定功率 3. 额定转速 4. 额定效率 3.2 主要尺寸的确定 5. 结构型式的选择 6. 永磁材料的选择 选用烧结钕铁硼 7. 极弧系数 8. 电负荷 9. 长径比 10. 计算功率 11. 电枢直径 12. 极数 p=4 13. 极距 14. 电枢长度 cm D L a a 5.10157.0=?==λW P p N N N 76678.0378.021321'=??+=+=ηηcm D cm n B A p D a N i a 151.157.06006.0906.0766101.6'''101.63333==??????=??=取 λαδcm p D 89.54 21514.32=??==πτ
15. 气隙 δ=0.06cm 16. 电枢计算长度 3.3 绕组设计 17. 绕组形式 选用单叠绕组 18. 绕组并联支路对数 a=p=4 19. 槽数 20. 槽距 21. 预计气隙磁通 22. 电枢电动势 23. 预计导体总数 24. 每槽导体数 25. 每槽元件匝数 式中 每槽元件数 u=2 26. 实际每槽导体数 cm L L a ef 62.1006.025.102=?+=+=δ45 1533=?==a D Q cm Q D t a 05.145 1514.32=?==πwb B L ef i 34 4 1025.2106.062.1089.56.010''-?=????=?=ΦδταδV U E N N a 48.203 78 .021321=?+=+=η910 600 1025.2448 .20460'60'3=?????=Φ= -N a n p aE N δ2 .2045 910''===Q N N s 5 05.52 22.202''==?== s s W u N W 取20 5222=??==s s uW N
直流电机控制电路集锦
直流电机控制电路集锦 直流电机的类型 按：直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。但对它的使用和控制，很多读者还不熟悉，而且其技术资料亦难于查找。直流电机控制电路集锦，将使读者“得来全不费功夫”! 在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。 站长的几句说明：本文内容比较详实完整，但遗憾的是原稿的印刷质量和绘图的确很差，尽管采取了很多措施，有些图仍可能看不太清楚。 直流电机，大体上可分为四类： 第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。 步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很容易实现控制。例如常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机控制电路。 步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。例如：机器人手臂的运动，高级字轮的字符选择，计算机驱动器的磁头控制，打印机的字头控制等，都要用到步进电机。 第二类为永磁式换流器直流电机，它的设计很简单，但使用极为广泛。当外加额定直流电压时，转速几乎相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置，例如：小型电钻、模型火车、电子玩具等。在这些应用中，它借助于电子控制电路的作用，使电机功能大大加强。 第三类是所谓的伺服电机，伺服电机是自动装置中的执行元件，它的最大特点是可控。在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小，除去控制信号电压后，伺服电机就立即停止转动。伺服电机应用甚广，几乎所有的自动控制系统中都需要用到。例如测速电机，它的输出正比于电机的速度；或者齿轮盒驱动电位器机构，它的输出正比于电位器移动的位置．当这类电机与适当的功率控制反馈环配合时，它的速度可以与外部振荡器频率精确锁定，或与外部位移控制旋钮进行锁定。 唱机或激光唱机的转盘常用伺服电机。天线转动系统，遥控模型飞机和舰船也都要用到伺服电机。 最后一类为两相低电压交流电机。这类电机通常是直流电源供给一个低频振荡器，然后再用低频低压的交流去驱动电机。这类电机偶尔也用在转盘驱动机构中。 步进电机的基本工作原理
温度控制直流电动机转速系统设计报告
实训题目: 温度控制直流电动机转速 学生姓名：崔敬通 学号： 201223160126 专业：电子信息工程 2013年11月27日
1 引言 直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能，使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛，但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。89C55单片机支持C语言编程，可移植性好，速度快，已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制，通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数，可实现根据输入值控制直流电机的转速。 2 设计任务与要求 根据设计需要，通过测量原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中，再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值，则对直流电机的转速进行记录；若检测到的电机转速没有达到设定值，则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值；若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机 2.1系统的设计要求及主要技术指标 本论文要求使用单片机进行电路设计，同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控，当外部温度≥45℃时，电动机加速正转，当温度≥75℃时，电动机全速正转；当外部温度≤10℃时，电动机加速反转，当温度≤0℃时，电动机全速反转；当温度回到10℃～45℃之间时电动机逐渐停止转动。 2.2系统总体方案 系统总体方案设计，如下图2.1
图2.1 系统总体方案图 2.3总体方案论述 该系统采用AT89C55单片机为核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）信号，送给电机驱动芯片L298的使能端口，通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；单片机将温度数据传送给LM016L显示温度。整个电路设计包括温度采集模块，单片机控制模块，温度显示模块，和电机及电机驱动模块。 3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机： 1976年推出的MCS-48系列：8039，8048等。
实验五 直流电机闭环调速控制
实验五直流电机闭环调速控制 2011级测控一班王婷婷 2011134128 一、实验目的 1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备 计算机控制技术（二）、PCI数据采集卡（含上位机软件） 三、实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1.PWM的工作原理 图5-1 PWM的控制电路 图5-1所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图5-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2．功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3．反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。 磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。 4．直流电机控制系统如图13-3所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。
无刷直流永磁电动机设计流程和实例
无刷直流永磁电动机设计实例 .主要技术指标 1. 额定功率：P N=30W 2. 额定电压：U N =48V，直流 3. 额定电流：l N：：：1A 3. 额定转速：n N =10000r/min 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：0.036 0.065m ?主要尺寸的确定 1. 预取效率—-0.63、 2. 计算功率p 直流电动机P' - =0.85 30-40.48W ,按陈世坤书 n N 0.63 长期运行P u丄丄P N 3叩 短期运行P -?丄P N 4们 3. 预取线负荷A =11000A/m 4?预取气隙磁感应强度B§=0.55T 5. 预取计算极弧系数:-=0.8 6. 预取长径比（L/D）入’=2
7 ?计算电枢内径 根据计算电枢内径取电枢内径值 。衬=1.4 10 ° m 8. 气隙长度：=0.7 10 "m 9. 电枢外径 D j =2.95 10，m 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 L 、，D i1=2 1.4 10^ =2.8 10^m 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长 L= 2.8 10^m 2 ■ Di1 3.14 1.4 10 T = ---------------------------------- = 2p 2 13.输入永磁体轴向长Lm =L =2.8 10，m ?定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 3 "「 4 10 J .733 10% 3. 槽形选择 梯形口扇形槽, 见下 图。 4. 预估齿宽：b t = d 』 733 汩 °. 55 7294 10讣,B t 可由 1.43 0.96 BZ 5. 设计者经验得 1.43T , b t 由工艺取 0.295 10'm 预估轭高：h j1 礙 22 0.8 O. 55 = O .323 10，m 2IB j1K Fe 2K Fe B j1 2 0.96 1.56 B j1可由设计者经验得1.53T , h j1由工艺取0.325 10'm 根据齿宽和轭高作出下图，得到具体槽形尺寸 6.1P 「 6.1 40.48 ‘■： ?工 i A s B/ n N 3 10.8 11000 0.55 2 10000 = 1.37 10-m 12.极距 __2 = 2.2 10 m 3
keilc温度控制直流电机转速课程设计报告
目录 一、设计目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (3) 二、设计方案及论证之硬件电路设计 (3) 2.1芯片简介 (3) 2.2 电路原理图 (4) 2.21 电机测速即驱动部分： (4) 2.22电路供电系部分 (5) 2.23显示部分 (5) 三、设计方案及论证之软件设计 (6) 3.1 程序设计思路 (6) 四、器件清单 (13) 五、器件识别与检测 (14) 六、仿真结果： (15) 七、软件简述 (15) 7.1 keil 简介 (15) 7.2 keil与proteus联调与仿真实现 (16) 九、参考文献 (17) 课程设计任务书
一、设计目的及要求 1.1 设计目的 本设计主要是应用proteus软件和嵌入式C语言编程工具，结合单片机原理及应用。危机原理与接口技术等专业课程，强化和巩固专业理论基础，掌握
Proteus仿真的技巧和嵌入式C语言编程工具，提高单片机开发能力，并为嵌入式开发打下基础。 1.2 设计要求 (1) 使用 AT89C51单片机为核心,使用 4 位集成式数码管显示当前温度,温度传感器使用 DS18B20,使用 L298 驱动直流电动机。 (2)用 4 位集成式数码管显示当前温度, , 当温度在≥ 45 C 时, 直流电动机在 L298 0 0 驱动下加速正转,温度在≥ 75 C 全速正转;当温度≤ 10 C 时,直流电动机加速反转,温度≤ 0 C 时,直流电动机全速反转;温度 10 C ~ 45 C 之间时,直流电动机停止转动。 (3)控制程序在 Keil 软件中编写,编译,整个控制电路在 Proteus 仿真软件中连接调示。 二、设计方案及论证之硬件电路设计 2.1芯片简介 本设计选择采用AT89C51单片机为核心。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
温度控制直流电动机转速
温度控制直流电机转速 设计报告 院系：物电学院 专业：电子信息工程 学号：201000920146 姓名：赵婧
摘要 本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示。单片机在程序控制下，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM 调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。 关键词：AT89C51单片机；PWM调速；正反转控制；仿真。
The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based on SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation
直流电机控制系统设计
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的容及要求： 1.容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日
学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11)
附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)
基于单片机的直流电机闭环调速控制系统xin
滨江学院 专业综合设计 题目直流电机闭环调速系统控制 院系自动控制 专业自动化 组别第二组 组长周未政 指导教师周旺平 二0 一0 年十二月二十八日基于单片机的直流电机闭环调速控制系统
摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。 1.AT80C51单片机介绍 1.1主电源引脚 V ss—(20脚)：电路地电平 V cc—(40脚)：正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。 1.2外接晶振或外部振荡器引脚 XTAL1—(19脚)：接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器. 当采用外部振荡器时，此引脚应该接地. XTAL2—(18脚)：接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。 1.3控制、选通或电源复用引脚 RST/V pd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。 ALE/PROG—(30引脚)： ALE，允许地址索存信号输出。 PSEN—(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。. V pp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。 1.4多功能I/O口引脚 P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口. P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口. P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口. P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特殊功能，具体含义为： P3.0—(10脚)RXD：串行数据接收端。 P3.1—(10脚)TXD：串行数据发送端。 P3.2—(10脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。 P3.3—(10脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。. P3.4—(10脚)T0：定时器/计数器0外部事件计数输入端。.
永磁直流电机设计
永磁直流電機設計 1.電機主要尺寸與功率,轉速的關系: 與異步電機相似,直流電機的功率,轉速之間的關系是: D22*Lg=6.1*108*p’/(αP*A*Bg*Ky*n) (1) D2 電樞直徑(cm) 電机初設計時的主要尺寸 Lg 電樞計算長度(cm) 根據電机功率和實際需要確定 p’計算功率(w) p’=E*Ia=(1+2η)*P N/3η E=Ce*Φ*n*Ky=(P*N/60*a)*Φ2*n*Ky*10-8 Ce 電勢系數 a 支路數在小功率電機中取a=2 p 极數在小功率電機中取p=2 N 電樞總導体數 n 電机額定轉速 Ky 電樞繞組短矩系數小功率永磁電机p=2時,采用單疊繞組Ky=Sin[(y1/τ)*π/2] y1繞組第一節矩 αP 極弧系數一般取αP=0.6~0.75 正弦分布時αP=0.637 Φ每極磁通Φ=αP*τ*Lg*Bg τ極矩(cm) τ=π*D2/P Bg 氣隙磁密(Gs) 又稱磁負荷對鋁鎳Bg=(0.5~0.7) Br 對鐵氧体Bg=(0.7~0.85) Br, Br為剩磁密度 A 電樞線負荷 A=Ia*N/(a*π*D2)Ia電樞額定電流對連續運行的永磁電動机,一般取A=(30~80)A/cm另外電機負荷Δ= Ia/(a*Sd),其中Sd=π*d2/4 d為導線直徑.為了保証發熱因子A*Δ≦1400 (A/cm*A/mm2 )通常以電樞直徑D2和電樞外徑La作為電机主要尺寸,而把電動機的輸出功率和轉睦為電机的主要性能,在主要尺寸和主要性能的基礎上,我們就可以設計電機了. 在(1)式的基礎上經過變換可為:
D22*Lg*n/P’=(6.1*108/π2)*1/(αP*Bg*A)=C A 由上式可以看, C A的值並不取決於電機的容量和轉速,也不直接與電樞直徑和長度有關,它 僅取決於氣隙的平均磁密及電樞線負荷,而Bg和A的變化很小,它近似為常數,通常稱為電機 常數,它的導數K A=1/C A=(p’/n)/(D22* Lg)∞αP*Bg*A 稱為電機利用系數,它是正比於單位電 樞有效体積產生的電磁轉矩的一個比例常數. 2.直流電機定子的確定 2.1磁鋼內徑 根據電機電樞外徑D2確定磁鋼內徑 Dmi=D2+2g+2Hp 其中g為氣隙長度,小功率直流電機g=0.02-0.06cm ,鐵氧體時g可取得大些,鋁鎳鈷磁 鋼電機可取得較小,因鐵氧體H C較大.氣隙對電機的性能有很大的影響,較小的g可以使電樞 反應引起的氣隙磁場畸變加劇,使電機的換向不良加劇,及電機運行不穩定,主極表面損耗和 噪音加劇,以及電樞撓度加大,較大的氣隙,使電機效率下降,溫升提高. 有時電機磁鋼采用極靴,這樣可以起聚磁作用,提高氣隙磁密,還可稠節極靴 形狀以改善空載氣隙磁場波形,負載時交軸電樞反應磁通經極靴閉,合對永磁磁 極的影響較小.但這樣會使磁鋼結構复雜,制造成本增加,漏磁系數較大,外形尺 寸增加,負載時氣隙磁場的畸變較大.而無極靴時永磁體直接面向氣隙,漏磁系數小,能產生較多的磁通,材料利用率高,氣隙磁場畸變,而且結構簡單,便於生產. 其缺點是容易引起不可逆退磁現象. Hp 極靴高(cm) 無極靴結構時Hp=0 2.2磁鋼外徑 Dm0=Dmi+2Hm (瓦片形結構) Hm 永磁體磁路長度,它的尺寸應從滿足(1)有足夠的氣隙磁密(產生不可逆退磁),(2)在要求的任何情運行狀態下會形成永久性退磁等方面來確定,一般Hm=(5~15)g Hm越大,則氣隙磁密也越大,否則,則氣隙磁密也越小. 2.3磁鋼截面積Sm 對于鐵氧體由于Br小,則Sm取較大值,而對于鋁鎳鈷來說, Br較大,則Sm取小值. 環形鐵氧體磁鋼截面積: Sm=αP*π*(Dmi+Hm)Lg/P (cm)
无刷直流永磁电动机设计流程和实例
无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率：W 30P N = 2. 额定电压：V U N 48=，直流 3. 额定电流：A I N 1< 3. 额定转速：m in /10000r n N = 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：m 065.0036.0?φ 二． 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η，按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3． 预取线负荷m A A s /11000'= 4． 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6． 预取长径比（L/D ）λ′=2
7．计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽，见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ，t B 可由 设计者经验得1.43T ，t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ
PWM控制直流电动机转速报告
2011年全国大学生电子设计竞赛 PWM控制直流电机转速（A题） 【高职组】 2011年9月6日
摘要 本设计主要要实现的功能是，通过直流电机PWM控制系统，实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停，并且可以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。主要采用直流电机PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LCD 显示模块及电机驱动模块组成。使用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形H型驱动电路完成电机正、反转和急停控制，同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LCD1602液晶来完成实时显示。 关键词：直流电机；PWM；控制。
abstract This design mainly in order to realize the function is, through the dc motor PWM control system, the implementation of the dc motor speed, motor and reducer, move forward, reverse and stop, and can adjust the speed of the motor, can easily realize the intelligent control of the machine. Mainly adopts dc motor PWM speed regulation system AT89S52 single chip microcomputer as control core, by the command input module, LCD display module and motor drive module. Using independent type keyboard with interruption as command input, single chip microcomputer under program control, timing, constantly send dc motor driver chip L298 PWM waveform H drive circuit to complete the motor positive and reverse and stop control, meanwhile
直流电机控制器的设计
直流电机控制器 （华侨大学信息学院08自动化） 摘要目前见到的许多关于直流电机的测速与控制类文献中，虽然能实现直流电机的无级调速，但还存在一些问题，如无法与计算机直接接口，许多较为复杂的控制算法无法在不增加硬件成本的情况下实现，控制器的人机界面不理想。总的来讲，控制器的智能化程度不高，可移植性差。虽然采用PWM芯片来实现电机无级调速的方案成本较低，但当控制器针对不同的应用场合增加多种附加功能时，其灵活性不够，而且反而增加硬件的成本。还有一些使用PLC控制器或高档处理器芯片（如DSP器件）的文献，它们虽然具有较高的控制性能，但由于这些高档处理器价格过高，需要更多的外围器件，因此也不具备在通常情况下大规模使用的条件。从发展趋势上看，总体的研究方向是提出质量更高的算法和调速方案，以及在考虑成本要求的前提下选择适合这种算法的核心控制器。 本设计采用MCU（AT89S52），完成了小型直流电机转速的采集、计算、显示、键盘设定，采用直流电机的PWM调速，实现了对电机转速的测量和控制，解决了通常低采样周期时系统的超调以及积分饱和问题。 关键词单片机；转速；调速；显示
一、设计任务与要求 1、设计任务 设计并制作一个直流电机控制器，控制电机的转速、转向和转速显示（用数码管动态显示）。 2、技术指标 a．基本要求 （1）具有转速显示功能（在同一CPU上，并留有测试点）。 （2）具有转向控制功能。 （3）可任意定义并控制转速。 （4）转速范围在60～600转/分钟之间连续可调。 （5）可显示任一时刻的占空比。 （6）任何时候控制信号无明显跳变。 b．发挥部分 （1）转速范围扩展至30～800转/分钟之间连续可调。 （2）可按步进.30转调整转速。 （3）用键盘输入任意占空比控制电机（大于60转/分），该状态下仍可按步进.10转调整转速。 3、题目评析 本题的重点是实现转速的可调可控；难点在于电机的驱动以及控制的算法；由于电机的广泛应用，实现电机的调速控制，实用价值很大。 二、方案比较与论证 根据设计任务，需要设计一个直流电机控制系统。该系统采用脉宽调速，使电机速度等于设定值，并且实时显示电机的转速值。通过对设计功能分解，设计方案论证可以分为：速度测量方案论证，电机驱动方案论证，键盘显示方案论证，PWM软件实现方案论证。 1、转速测量方案论证 方案一：使用红外对射管测速。硬件简单，只要使用两个电阻，一个红外对管，即可完成要求。 方案二：使用红外反射管测速。硬件需要电压比较器，使得硬件电路板比较繁琐。
直流电机转速闭环控制课程设计
计算机控制技术课程设计 报告 设计课题：直流电机转速闭环控制 （采用单片机教学实验系统） 班级： 报告人： 指导教师： 完成日期：2011年9月22日
重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书课程设计题目直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统） 学院自动化学院专业自动化专业年级 （1）已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。 2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。 3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。 （2）实现方法 采用单片机教学实验系统实现（限≤4人选做） 学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。 2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法处理；输出等）。 3）对设计控制系统进行系统联调。 4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。 目前资料收集情况（含指定参考资料）： 《计算机硬件技术基础实验教程》黄勤等编著重庆大学出版社 《单片微型计算机机与接口技术》李群芳等编著电子工业出版社 《计算机控制技术》王建华等编著高等教育出版社 课程设计的工作计划： （1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。 （2）2011年9月20日确定设计方案。 （3）2011年9月21日硬件调试。 （4）2011年9月22日软件及系统调试。 （5）2011年9月23日设计答辩。 任务下达日期 2011年 9月 19 日完成日期 2011年 9 月 24日 指导教师（签名） 学生（签名） 说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、2003。 2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。
小型永磁直流电机设计
小型永磁直流电机设计（部分） Ap1008331谢志恒 1.电机主要尺寸与功率,转速的关系: 与异步电机相似,直流电机的功率,转速之间的关系是: D22*Lg=6.1*108*p’/(αP*A*Bg*Ky*n) (1) D2 电枢直径(cm) 电机初设计时的主要尺寸 Lg 电枢计算长度(cm) 根据电机功率和实际需要确定 p’计算功率(w) p’=E*Ia=(1+2η)*P N/3η E=Ce*Φ*n*Ky=(P*N/60*a)*Φ2*n*Ky*10-8 Ce 电势系数 a 支路数在小功率电机中取a=2 p 极数在小功率电机中取p=2 N 电枢总导体数 n 电机额定转速 Ky 电枢绕组短矩系数小功率永磁电机p=2时,采用单叠绕组Ky=Sin[(y1/τ)*π/2] y1绕组第一节矩 P 极弧系数一般取αP=0.6~0.75 正弦分布時αP=0.637 Φ每极磁通Φ=αP*τ*Lg*Bg τ极矩(cm) τ=π*D2/P Bg气隙磁密(Gs) 又称磁负荷，对铝镍Bg=(0.5~0.7) Br，对铁氧体Bg=(0.7~0.85) Br, Br为剩磁密度 A 电枢线负荷A=Ia*N/(a*π*D2)Ia电枢额定电流对连续运行的永磁电动机,一般取A=(30~80)A/cm另外电机负荷Δ= Ia/(a*Sd),其中Sd=π*d2/4，d为导线直径。为了保证发热因子A*Δ≦1400 (A/cm*A/mm2 )通常以电枢直径D2和电枢外径La作为电机主要尺寸,而把电动机的输出功率和转速为电机的主要性能,在主要尺寸和主要性能的基础上,我们就可以设计电机了。
在(1)式的基础上经过变换可为: D22*Lg*n/P’=(6.1*108/π2)*1/(αP*Bg*A)=C A 由上式可以看, CA的值并不取决於电机的容量和转速,也不直接与电枢直径和长度有关,它仅取决於气隙的平均磁密及电枢线负荷,而Bg和A的变化很小,它近似为常数,通常称为电机常数,它的导数K A=1/C A=(p’/n)/(D22* Lg)∞αP*Bg*A称为电机利用系数,它是正比於单位电枢有效体积产生的电磁转矩的一个比例常数。 2.磁钢的选择: 2.1磁钢的材质 在永磁直流电机中,磁钢相当于串激电中的定子线圈中,它在定子铁壳中产生磁场,它和其它电机一样,是利用电磁感应原理在磁场媒质中进行能量转换的,磁场在能量转换过程中起媒介作用,在永磁直流电机中产生磁场的磁源是充过磁的永磁体,也叫磁钢，充过磁的磁石性能对电机的性能有很大的影响。 在现代电机制造中,磁钢的材料有下列几种:铁氧体.铝镍鈷合金,稀士合金,釹铁硼等.由于各种材料自身特点和本公司的实际,一般选用铁氧体作为永磁材料。 2.2永磁材料的磁性能 磁钢的退磁曲线如下: 永磁材料的磁性能可以用磁滞回线来反映和描述.即用B=f(H)曲线来反映永磁体的磁感应强度随磁场强度来降改变的特性,该回线包含的面积随最大充磁磁场强度HMAX增大而增大,当HMAX达到HS时回线面积渐近地达到一个最大值,而且这时磁性能也较稳定,面积最大的回线被称为磁滞回线. 磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线,它是永磁材料的基本特性曲线,退磁曲线中磁感应强度Bm 为正值而磁场强度Hm为负值,在退磁曲线过程中,永磁体相当于一个磁源.退磁
单片机课程设计(温度控制直流电动机转速)
温 度 控 制 电 机 转 速 学院：机电学院 班级：机电111 学号：201100384110 姓名：刘爱华
1 引言 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的不断进步，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的稳定性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 2 设计任务与要求 2.1 设计任务 温度控制直流电动机转速 2.2 设计要求 （1）、使用A T89C51单片机为核心，使用4位集成式数码管显示当前温度，温度传感器使用DS18B20，使用L298驱动直流电动机。 （2）、用4位集成式数码管显示当前温度，当温度在C 0 45≥时，直流电动机在L298驱动下加速正转，温度在C 0 75≥全速正转；当温度C 0 10≤时，直流电动机加速反转，温度C 0 0≤时，直流电动机全速反转；温度C C 0 45~10之间时，直流电动机停止转动。 （3）、控制程序在Keil 软件中编写，编译，整个控制电路在Proteus 仿真软件中连接调示。 3 本课程设计的意义 直流电动机作为一种高效率速度控制电动机引人注目、但市场的知名度还小高。许多用户在设备用电动机的选择上经常出现不合理的现象。比如为了实现设备的功能、当变频器控制的异步电动机满足不了要求时就盲目的选用昂贵的伺服电动机、其中有些情况完全可以用价格较低的直流电动机来实现。 采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率，可以实现复杂的控制，控制灵活性和适应性好，无零点漂移，控制精密高，可提供人机界面，多机联网工作。
直流电机控制器设计
唐山学院 单片机原理及应用课程设计 题目直流电机控制器设计 系 (部) 信息工程系 班级 12点本2班 姓名李** 学号 指导教师张国旭田红霞吴铮 2015 年 6 月 8 日至 6 月 19 日共 2 周2015年 6月 17日
课程设计成绩评定表 目录 1 引言..................................................................... 2 设计内容及要求........................................................... 2.1 设计内容............................................................ 2.2 设计要求............................................................ 3 设计方案................................................................. 3.1系统分析 ............................................................ 3.2系统构成 ............................................................ 3.3工作原理 ............................................................ 4 硬件电路设计............................................................. 4.1 硬件分析与设计...................................................... 4.2 AT89C51芯片简介 .................................................... 4.3 多位数码管简介...................................................... 4.4复位电路与时钟电路 .................................................. 4.5 直流电机驱动电路设计................................................ 4.6 键盘电路设计........................................................
直流电机闭环调速
第 1 章前言 1.1 课题的研究意义 现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，尤其是在石油、化工、电力、冶金、轻工、核能等工业生产中对电动机的控制更是起着举足轻重的作用。因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速，而且，当今控制系统已进入了计算机时代，在许多领域已实现了智能化控制。对传统的过程工业而言，利用先进的自动化硬件及软件组成工业过程自动化调速系统，大大提高了生产过程的安全性、可靠性、稳定性。提高了产品产量和质量、提高了劳动生产率，企业的综合经济效益，同时，也大大促进了综合国力的增强。对可调速的传动系统，可分为直流调速和交流调速。 直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统（包括单闭环系统和多闭环系统）。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。 本次设计是基于51 系列单片机对直流电动机单闭环调速系统进行设计，能实现对直流电动机转速控制的功能，实现控制目的同时还配有显示装置，能实时反映当下直流电机的转速值，以优化整个系统的完整性。 通过这次设计，可以使我对51 系列单片机的应用和直流电机闭环调节系统进行进一步的学习，增强知识的整合度使相关知识融汇贯通，为以后的工作奠定一定的知识基础。 1.2 直流电机调速的发展 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，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。 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 快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前来看，直流调速系统仍然是自动调 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要高性能可控电力拖动场合，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论和实践上都比较成熟，从控制技术角度来看，它又是交流调速系