PWM控制直流电动机转速报告
![PWM控制直流电动机转速报告](https://img.360docs.net/imga4/1j5uop8apm36wvpb0sts3aa0fcw88mjn-41.webp)
![PWM控制直流电动机转速报告](https://img.360docs.net/imga4/1j5uop8apm36wvpb0sts3aa0fcw88mjn-02.webp)
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 microcontroller of the PWM pulse width modulation duty cycle to the LCD1602 LCD to complete real-time display. Keywords: dc motor; PWM. Control.
目录
一系统方案设计与分析 (4)
1系统总体框图 (4)
2方案论证与选择 (4)
2.1 控制模块的论证与选择 (4)
2.2 输入模块的论证与选择 (4)
2.3显示模块的论证与选择 (5)
2.4 传感器的论证与选择 (5)
3理论分析与计算 (5)
3.1 PWM调速原理 (5)
3.2 PWM调速方法 (6)
二硬件电路设计 (6)
1控制系统 (6)
2驱动模块 (7)
3显示模块 (8)
三软件设计 (9)
1程序流程图
四调试结果与分析 (10)
五元器件清单 (12)
六参考文献 (12)
七总结 (12)
附录一:原理图 (13)
附录二:源程序 (14)
一系统方案设计与分析
1系统总体框图
本系统主要由控制模块、显示模块、电机驱动模块、传感器模块、电源模块等组成,系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
2方案论证与选择
2.1 控制模块的论证与选择
方案一:采用嵌入式系统。特点是硬件结构相对于AT80C51复杂,编程容易。价格低廉、采用CMOS技术和RISC架构,低功耗(μA)、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的一条指令执行速度可达50ns (20MHz),而耗电则在1μA~2.5mA间。高度保密。
方案二:采用AT80C51系统。特点是具有8K字节的ROM,32个可编程IO 口,3个16位定时/计数计,8个中断源,1个全双工UART串行通信口,编程容易,是应用广泛的一种单片机。
方案三:采用MSP430。此系列单片机是一个16位的单片机,采用了精简指
令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(7 种源操作数寻址、4 种目的操作数寻址)、简洁的27 条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
综合以上三种方案,本设计选择方案二。
2.2 输入模块的论证与选择
方案一:采用独立键盘来控制输入。特点是硬件结构简单,编程容易,按键较多时需要较多的IO口。
方案二:采用矩阵键盘来控制输入。特点是硬件结构复杂,编程复杂,对于按键较多时,可节约IO口。
方案三:采用拨码开关。拨码开关(也叫DIP开关,拨动开关,超频开关,地址开关,拨拉开关,数码开关,指拨开关)是一款用来操作控制的地址开关,采用的是0/1的二进制编码原理。通俗的说也就是一款能用手拨动的微型的开关,所以也通常叫指拨开关的也很多。广泛使用于数据处理、通信、遥控和防盗自动警铃系统、风淋室等需要手动程式编制的产品上。
综合以上三种方案,本设计选择方案一。
2.3显示模块的论证与选择
方案一:采用数码管显示。特点是耗电少、寿命长、成本低、故障少、可视距离远,但其只能显示数字,字母。
方案二:采用LCD1602显示。特点是体积小,功耗低,显示内容丰富,是单片机应用设计中最常用的信息显示模块。
方案三:采用LCD12864显示。特点是该模块灵活的接口方式和简单、方便
的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗。不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,价格也较低廉。
综合以上三种方案,本设计选择方案二。、
2.4 传感器的论证与选择
方案一:采用红外对管测速。特点是能够快速反应电机轴上码盘的黑白线,输出方波,并用数码管显示。可以满足一般小电机的测速,适合于玩具车的,循迹小车的测速,但在大型电机上还有很大要改进的地方
方案二:采用编码测速。特点是功耗小,性能稳定,分辨力高,广泛应用于机电测速的各个方面。
方案三:采用光电对管测速。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件,具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关,它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等,可非接触,无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。
综合以上三种方案,本设计选择方案二。
3理论分析与计算
3.1 PWM调速原理
PWM(脉冲宽度调制)是通过控制固定电压的直流电源开关频率改变负载两端的电压,从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方
面。比如电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中按一个固定的频率来接通和断开电源并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的,从而来控制电动机的转速,也正因为如此PWM又被称为“开关驱动装置”。
设电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,设占空比为D= t1 / ,则电机的平均速度为Va = Vmax * D,其中Va指的是电机的平均速度,Vmax 指电机在全通电时的最大速度,D = t1 / T是指占空比。
由上面的公式可见,当我们改变占空比D=t1/T时,就可以得到不同的电机
平均速度Vd,从而达到调速的目的。严格来说,平均速度Vd与占空比D并非严
格的线性关系,但是在一般的应用中,我们可以将其近似的看成是线性关系。
3.2 PWM调速方法
基于单片机类由软件来实现PWM:在PWM调速系统中占空比D是一重
要参数在电源电压dU不变的情况下,电枢端电压的平均值取决于占空比D大小,改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占
空比D的值有三种方法:
A、定宽调频法:保持1t不变,只改变t,这样使周期(或频率)也随之
改变。
B、调宽调频法:保持t不变,只改变1t,这样使周期(或频率)也随之改变。
C、定频调宽法:保持周期T(或频率)不变,同时改变1t和t。
前两种方法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,因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整。此种方式可简化硬件电路、操作性强等优点。
二硬件电路设计
1 控制系统
单片机80C51如图2所示。
图2 80C51
单片机AT80C51 是一个低功耗,高性能CMOS 8 位单片机,片内含4k Bytes SP的可反复擦写的Flash 只读程序存储器,器件采用ATMEL 公司的高密
度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCC-51 指令系统及89C51 引脚结构,芯片内集成了通用8 位中央处理器和ISP Flash 存储单元,功能强大的微型计算机的AT80C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT80C51 具有如下特点:40 个引脚,4k Bytes Flash 片内程序存储器,128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),32 个外部双向输入/输出(I/O)口,5 个中断优先级2 层中断嵌套中断,个16 位可2 编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
2驱动模块
电机驱动芯片L298N如图3所示。
图3 L298N
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电
压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N 芯片驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台电动机。
使用直流/步进两用驱动器可以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚A,B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。(如果无须调速可将两引脚接5V,使电机工作在最高速状态,既将短接帽短接)实现电机正反转就更容易了,输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平,电机M1正转。(如果信号端IN1接低电平,IN2接高电平,电机M1反转。)控制另一台电机是同样的方式,输入信号端IN3接高电平,输入端IN4接低电平,电机M2正转。(反之则反转),PWM信号端A控制M1调速,PWM信号端B控制M2调速。
可参考下图表:
M2
正转/ / 高低/ 高
反转/ / 低高/ 高
停止低低/ / / 高
3显示模块
LCD1602显示模块如图4所示。
LCD1602的主要功能是(1)40通道点阵LCD 驱动; (2)可选择当作行驱动或列驱动; (3)输入/输出信号:输出,能产生20×2个LCD驱动波形;输入,接受控制器送出的串行数据和控制信号,偏压(V1∽V6); (4)通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。
LCD602共16个管脚,但是编程用到的主要管脚不过三个,分别为:RS(数据命令选择端),R/W(读写选择端),E(使能信号);以后编程便主要围绕这三个
管脚展开进行初始化,写命令,写数据。以下具体阐述这三个管脚:RS为寄存器选择,高电平选择数据寄存器,低电平选择指令寄存器。R/W为读写选择,高电平进行读操作,低电平进行写操作。E端为使能端,后面和时序联系在一起。除此外,D0~D7分别为8位双向数据线。
各管脚功能介绍如下表所示。
三软件设计
1程序流程图
本系统直接应用于AT80C51的软件方法实现PWM信号的输出,这比硬件实现PWM成本低,限制少,实现便捷。
此处利用定时计数器让单片机P1口的P1.3、P1.3、P1.3控制L298的IN1、IN2、ENA管脚,输出占空比不同的方波,然后经驱动芯片L298放大后控制直流电动机。在调速时,IN1与IN2引脚一个为低电平,一个为高电平,通过P1.3控制L298的ENA,产生驱动电机的PWM信号。当需要改变电机转动方向时,两个引脚的输出方向相反。
PWM脉冲信号是单片机采用延时程序产生的方波信号。PWM脉宽控制是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,改变脉冲的宽度或占空比来实现可以调速。本设计中采用了定频调宽方式,在这种工作方式下电动机在运转时比较稳定,并且采用单片机采用PWM脉冲的软件实现上比较方便。
四调试结果与分析
将各个模块按照电路要求连接到相应的位置,并连接好所有的电源线和液晶显示控制线,检查线路是否正确无误,将电压测量线引出。然后将程序下载到单片机中。
测试数据如下表
结果说明
在实际测试中发现低电平所占比例越大,电机转速越快,所以本设计中的占空比为del/255。电机转速测量值比预计的值要大,这里的原因主要是程序中语句导致的延时。
由于电机转动时会有速度值的波动,所以从键盘输入设定值时,无法达到两种驱动方式的最大值。一旦电机旋转速度超过其最大速度界限,电机就会停转。
表4.1中的键盘输入值的范围是指能够使电机稳定旋转的值。这里的“稳定”定义为电机的最终转速值在设定值附近有±1的波动。
因为程序语句本身就有一定的延时,再加上用C语言编程,一条C语句在进行编译时能够编译成好几条汇编语句,有的甚至十几条,这样就增加了延时。虽然程序中设定1s显示转速值,但由于语句延时问题的存在,显示的值可能是多于1s的转速,所以转速值有偏大的问题。
五元器件清单
六参考文献
【1】黄智伟电路设计:北京航空航天大学出版社2011
【2】罗会昌.电工电子技术实验与课程设计.中国科学技术大学出版社.1996年1月
【3】闫晓金单片机应用技能:电子工业出版社2010
【4】李全利单片机原理及其应用技术:高等教育出版社2001
【5】常用集成芯片使用.北京理工大学出版社.1995年
【6】谢自美.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社. 2002年2月赵
【7】王琼.单片机及应用实验教程[M].:合肥工业大学出版社,2005
【8】刘鲲孙春亮单片机C语言入门[M].:人民邮电出版社,2008
七总结
这个设计的几大模块比较明确,在编写程序时,我选择先编写出每一个模块,让每一个模块实现其基本的功能,然后再逐步合并模块,来实现设计的要求。在编写程序的过程中遇到了一些问题,通过解决这些问题,我也有了一些收获。PWM模块不需要很多的语句去描述,只要理解了它的工作原理,而且要实际测
量转速与P10口置1的关系,才能得出正确的调速语句。
通过本次设计,使自己学到很多课本上学不到的东西,也是我领会到单片机技术的应用广泛,同时也进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力,从中学到如何去思考问题和解决问题。
附录一:原理图
附录二:源程序
/*-----------------------------------------------
名称:独立按键控制直流电机调速
内容:对应的电机接口需用杜邦线连接到l298电机控制端
使用5V-12V 小功率电机皆可------------------------------------------------*/
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。
直流电机原理与控制方法
专业资料 电机简要学习手册 2015-2-3
一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机(DM)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能 (直流发电机)的旋转电机。 它是能实现直流电能和机械 能互相转换的电机。当它作电 动机运行时是直流电动机,将 电能转换为机械能;作发电机 运行时是直流发电机,将机械 能转换为电能。 直流电机由转子(电枢)、定子(励磁绕组或者永磁体)、换向器、电刷等部分构成,以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展,直流电机的弊端也逐渐显现,在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位,广泛用于对调速要求较高的生产机械上,如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械,龙门刨床等等,所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。 2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构
如下图,是直流电机结构图,电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用,产生转矩。定子按照励磁可分为直励,他励,复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角,称为电枢反应,通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源,如上图(a)所示,则有直流电流从电刷 A 流入,经过线圈abcd,从电刷 B 流出,根据电磁力定律,载流导体ab和 cd收到电磁力的作用, 其方向可由左手定则判 定,两段导体受到的力 形成了一个转矩,使得 转子逆时针转动。如果 转子转到如上图(b)所 示的位置,电刷 A 和换向片2接触,电刷 B 和换向片1接触,直流电流从电刷 A 流入,在线圈中的流动方向是dcba,从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定
直流电动机设计方案
直流电动机设计方案 第1章前沿 1.1 课题研究的背景及意义 直流电动机以其良好的起动、制动性能,较宽范围内平滑调速的优点,在许多调速要求较高、要求快速正反向、以蓄电池为电源的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来,虽然高性能交流调速技术得到了很快的发展,在某些领域交流调速系统已逐步取代直流调速系统。然而直流调速系统系统不仅在理论上和实践上都比较成熟,目前还在应用,比如轧钢机、电气机车等都还有用直流电机;而且从控制规律的角度来看,交流拖动控制系统的控制方式是建立在直流拖动控制系统的基础之上的,从某种意义上说有相似的地方。因此,掌握和了解直流拖动控制系统的控制规律和方法是非常必要的。 从生产机械的要求的角度看,电力拖动控制系统分为调速系统、伺服系统、多电动机同步控制系统、张力控制系统等多种类型。而各种系统大多都是通过控制转速来实现的,因此调速系统是电力拖动控制系统最基本的系统[1]。 从直流电机在国民生产生活中所占位置的角度来看,直流电机目前依旧应用于工业生产中,并广泛应用于人们的生活中。因此直流电机的控制技术的发展很大程度上影响着国民经济的增长,影响着人们的生产生活水平,因此,对直流电机调速系统的研究还是很有必要的。 1.2 课题发展历程及趋势 在很长的一段时间里直流电动机作为最主要的电力拖动工具,其应用已经渗透到人们的工作、学习、生活的各个方面。早期电动机调速控制器主要由模拟器件构成,由于模拟器件存在的固有缺点,比如存在温漂,零漂电压等,使系统控制精度和可靠性降低。后来,随着可编程控制器比如AT89C51,PLC等和IGBT、GTR等电力电子开关器件,传感器技术等的发展使得直流电机调速系统进入了数字控制的阶段,这使得直流电机调速系
直流电动机控制系统
煤炭工程学院课程设计 题目:直流电动机转速控制系统 专业班级: 学生姓名: 学号: 指导教师: 日期:
摘要 当今社会,电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产,交通运输,国防,航空航天,医疗卫生,商务和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电子产品(如电冰箱,空调,DVD等)中,都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示,在所有动力资源中,百分之九十以上来自电动机。同样,我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关,密不可分。电气时代,电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等,对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动,,制动,正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器,光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制,是指对电动机的转速,转角,转矩,电压,电流,功率等物理量进行控制。 电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要,而且随着科技的发展,PWM调速成为电机调速的新方式。 随着数字技术的迅速发展,微控制器在社会的各个领域得到了广泛的应用,由于数字系统有着模拟系统所没有的优势,如抗干扰性强、便于和PC机相联、系统易于升级维护。 本设计是以单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计,能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制,以及PWM的占空比在LCD上的实时显示。 关键词:直流电机;AT89S52;PWM调速;L298
PWM电机调速原理及51单片机PWM程序经典
Pwm电机调速原理 对于电机的转速调整,我们是采用脉宽调制(PWM)办法,控制电机的时候,电源并非连续地向电机供电,而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用,这是因为电机实际上是一个大电感,它有阻碍输入电流和电压突变的能力,因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上,这样,改变在始能端PE2 和PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小,从而改变了转速。 此电路中用微处理机来实现脉宽调制,通常的方法有两种: (1)用软件方式来实现,即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻 辑状态来产生脉宽调制信号,设置不同的延时时间得到不同的占空比。 (2)硬件实验自动产生PWM 信号,不占用CPU 处理的时间。 这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1,具体内容可参考相关书籍。 51单片机PWM程序 产生两个PWM,要求两个PWM波形占空都为80/256,两个波形之间要错开,不能同时为高电平!高电平之间相差48/256, PWM这个功能在PIC单片机上就有,但是如果你就要用51单片机的话,也是可以的,但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率,定时器T1来控制占空比:大致的的编程思路是这样的:T0定时器中断是让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1是让IO口输出低电平,这样改变定时器T0的初值就可以改变频率,改变定时器T1的初值就可以改变占空比。 *程序思路说明: * * * *关于频率和占空比的确定,对于12M晶振,假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数* *设定为C=10,即0.01MS中断一次,则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms,这样* *可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ******************************************************************************/ #include
直流电机原理与控制方法
电机简要学习手册 2015-2-3
一、直流电机原理与控制方法 1直流电机简介 直流电机(DM)是指能将 直流电能转换成机械能(直流 电动机)或将机械能转换成直 流电能(直流发电机)的旋转 电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。 直流电机由转子(电枢)、定子(励磁绕组或者永磁体)、换向器、电刷等部分构成,以其良好的调速性能以至于在矢量控制出现以前基本占据了电机控制领域的整座江山。但随着交流电机控制技术的发展,直流电机的弊端也逐渐显现,在很多领域都逐渐被交流电机所取代。但如今直流电机仍然占据着不可忽视的地位,广泛用于对调速要求较高的生产机械上,如轧钢机、电力牵引、挖掘机械、纺织机械,龙门刨床等等,所以对直流电机的了解和研究仍然意义重大。
2 直流电动机基本结构与工作原理 2.1 直流电机结构 如下图,是直流电机结构图,电枢绕组通过换向器流过直流电流与定子绕组磁场发生作用,产生转矩。定子按照励磁可分为直励,他励,复励。电枢产生的磁场会叠加在定子磁场上使得气隙主磁通产生一个偏角,称为电枢反应,通常加补偿绕组使磁通畸变得以修正。 2.2 直流电机工作原理 如图所示给两个电刷加上直流电源,如上图(a)所示,则有直流电流从电刷 A 流入,经过线圈abcd,从电刷 B 流出,根据电磁力定律,载流导体ab和 cd收到电磁力的作用, 其方向可由左手定则判 定,两段导体受到的力 形成了一个转矩,使得 转子逆时针转动。如果 转子转到如上图(b)所
示的位置,电刷 A 和换向片2接触,电刷 B 和换向片1接触,直流电流从电刷 A 流入,在线圈中的流动方向是dcba,从电刷 B 流出。 此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定,它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的,但由于电刷和换向片的作用,在线圈中流过的电流是交流的,其产生的转矩的方向却是不变的。 发电机的原理则是电机的逆过程:原动机提供转矩,利用法拉第电磁感应产生直流电流。 如下图,比较清晰的说明了直流电动机的原理。 3直流电机重要特性 如下图,更加清晰的揭示了直流电机电流电压与转速转矩之间的关系。 我们可以得到直流电机的四个基本方程:
电机PWM控制原理
PWM 电机驱动系统传导干扰机理分析 摘要:针对实际系统将电机系统的交流电源、整流环节、逆变环节、电机作为整体进行分析,为了分析方便将传导干扰分为共模干扰和差模干扰进行研究,分析了PWM电机驱动系统中存在的主要共模和差模干扰通道,由于传导干扰的路径和上下桥臂 IGBT的开通和关断有很大关系,因此分析了 IGBT不同的开关状态下的共模干扰和差模干扰的传播路径,三种不同的仿真结果得出一致的结论说明本文机理分析的正确性。 1.引言 由于PWM技术应用于电机驱动系统中,功率变换器采用MOSFET、IGBT、可关断晶闸管等开关器件。为了得到更好的电机系统控制性能指标,开关器件的工作频率就越来越高,在开关和关断的瞬间产生很大的电压和电流变化率,这就是强电磁干扰(EMI)产生的原因,远远超出了现在电磁兼容标准规定的答应值。产生的电磁干扰主要是以传导的形式进行传播的,机理分析是数学模型建立的基础,因此机理分析对于PWM电机驱动系统传导干扰的研究具有重要意义。 国内外有很多文献在这方面做了一定的研究,文献[1]针对IGBT的高du/dt 给电力电子装置带来的严重共模电磁干扰题目,深进分析了Buck电路的共模干扰。文献[2]以电路理论为基础,建立了单端正激式变换器中,由功率MOSFET的漏极与接地散热器之间寄生电容所形成的输进端共模干扰分析模型。这里就不逐一先容了,本文的机理分析将电机驱动系统作为一个整体来研究,这在文献中很少发现。
2.传导干扰机理分析 下面分三个部分来分析,首先先容所研究的实际系统的主电路,然后分析共模传导干扰的机理,最后分析差模干扰的机理。 2.1 PWM 驱动电机系统主电路 要研究的系统主电路原理图如图1 所示,现简单说明其工作原理。 三相交流电压经三相不可控整流桥整流产生直流电压Ud,经电容C 滤波后仍有微小的脉动,一般可近似以为其值不变。实际上Ud 上具有高频成分,由此产生了二极管上压降的波动。而二极管与散热片之间具有高频寄生电容,形成了共模电流流通的回路。后续章节会对其机理具体分析。直流电压经逆变器逆变后形成等效正弦波驱动感应电动机,逆变器采用正弦波脉宽调制(SPWM)技术。逆变器期看输出的波形为正弦波,以期看的正弦波作为调制波,以频率比调制波高得多的等腰三角波作为载波,当载波和调制波相交时,它们的交点作为逆变器开关
直流无刷电动机工作原理控制方法
直流无刷电动机工作原 理控制方法 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
直流无刷电动机工作原理与控制方法 序言 由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点,故在当今国民经济各领域应用日益普及。 一个多世纪以来,电动机作为机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向,因而存在相对的机械摩擦,由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点,再加上制造成本高及维修困难等缺点,从而大大限制了它的应用范围,致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。 针对上述传统直流电动机的弊病,早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力,直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来,随着电力电子工业的飞速发展,许多高性能半导体功率器件,如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现,以及高性能永磁材料的问世,均为直流无刷电动机的广泛应 用奠定了坚实的基础。 三相直流无刷电动机的基本组成 直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,…)组成。图1所示为三相两极直流无刷电机结构, 图1 三相两极直流无刷电机组成 三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结,A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位 置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。
直流电动机转速控制
直流电动机转速控制 王文玺 (北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京) 摘要:通过对直流电动机控制系统的建模,再利用Matlab对建模后的系统进行分析,来加深对自动控制系统的理解。找到系统的输入、输出,理清经历各环节前后的信号变化,找出系统传递函数。 关键词:直流电动机、Matlab、建模、传递函数 1、直流电动机动态数学模型建立 1.1直流电机数字PID闭环速度控制,系统实现无静差控制。 这是一个完整的带PID算法的直流电动机控制系统。目标值为给定的期望值,期望值与被测输出结果形成的反馈做比较,得到误差信号。误差信号经过PID控制环节得到控制信号。继而经历驱动环节得到操作量,驱动量作用与对象即电动机然后得到输出信号即转速。转速通过传感器得到反馈信号。 1.2PID控制环节 1.3被控对象(直流电动机)的统一数学模型 信号类型一次为,输入信号为电压,然后电流、电流、转矩、转速,反馈信号为电压。
各环节的比例函数为: 1.3.1额定励磁条件下,直流电机的电压平衡关系: (Ud为外加电压,E 为感应电势,R a为电枢电阻 ,La为电枢电感,i a为电枢电流。) 拉氏变换后: (ra—L /R ,为电枢时间常数) 1.3.2直流电机的转矩平衡关系及拉氏变换: (Te 为电磁转矩,Tl 为负载转矩,B为 阻尼系数,J 为转动惯量,w为电机机 械转速,rm=J/B,为机械时间常数) 1.3.3电动机传递函数 可见直流电动机本身就是一个闭环系统,假设电机工作在空载状态,且机械时间常数远大于电枢时间常数,则电机传递函数可近似为: 1.4具体实例 电枢控制直流电动机拖动惯性负载的原理图,涉及的参数有:电压U为输入,转速为输出,R、L为电枢回路电阻、电感,K 是电动机转矩系数,K 是反电动势系数,K 是电动机和负载折合到电动机轴上的黏性摩擦系数,.厂是电动机和负载折合到电动机轴上的转动惯量。已知:R一2.0 Q,L:==0.5 H ,K = Kb一0.015,Kf一0.2 Nms,J— o.02kg.m 。 ( 取电压U为输入,转速叫为输出,由已知条件和原理图,根据直流电机的运动方程可以求出电动机系统的数学模型为:
根据proteus仿真的pwm电机调速
直流电机调速资料汇总 一. 使用单片机来控制直流电机的变速,一般采用调节电枢电压的方式,通过单片机控制PWM1,PWM2,产生可变的脉冲,这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。 C语言代码: #include
} void beep(void) { uchar t; for(t=0;t<100;t++) { delay500us(); FMQ=!FMQ; //产生脉冲 } FMQ=1; //关闭蜂鸣器 delaynms(300); } void main(void) { TR0=0; //关闭定时器0 TMOD=0x01; //定时器0,工作方式1 TH0=(65526-100)/256; TL0=(65526-100)%256; //100us即0.01ms中断一次EA=1; //开总中断 ET0=1; //开定时器0中断 TR0=1; //启动定时器T0 ZKB1=50; //占空比初值设定 ZKB2=50; //占空比初值设定 while(1) { if(!K5) { delaynms(15); //消抖 if(!K5) //确定按键按下 { beep(); ZKB1++; //增加ZKB1 ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2就减少 } } if(!K6) { delaynms(15); //消抖 if(!K6) //确定按键按下 { beep();
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速原理 直流电动机转速N的表达式为:N=U-IR/Kφ 由上式可得,直流电动机的转速控制方法可分为两类:调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制,在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制,并且励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以这种控制方法用得很少。现在,大多数应用场合都使用电枢控制方法。 对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中,对半导体器件的使用上又可分为两种方式:线性放大驱动方式和开关驱动方式。 线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是:控制原理简单,输出波动小,线性好,对邻近电路干扰小;但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率,效率和散热问题严重,因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体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。 在PWM调速时,占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。 (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T(或频率)也随之改变。 (2)调频调宽法 这种方法是保持t2不变,只改变t1,这样使周期T(或频率)也随之改变。 (3)定频调宽法 这种方法是使周期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,因此这两种方法用得很少。目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法。 直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统 双极性驱动则是指在一个PWM周期里,作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。 双极性驱动电路有两种,一种称为T型,它由两个开关管组成,采用正负电源,相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压,因此只用在低压小功率直流电动机驱动。 另一种称为H型。 H型双极性驱动 一、显示接口模块 方案一:液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低,寿命长,本身无老化问题,显示信息量大(可以显示字母和数字),在显示字符上没有限制。但价格高,接口电路较为复杂。其只在一些(袖珍型)设备上作为显示之用。
直流电动机控制系统设计
X X X X X学院 题目:直流电动机控制系统 学 院 XXXXXX学院 专 业 自动化 班 级 XX班 姓 名 XXX 学 号 XXXXX 指导老师 XXX 2012年 12 月 25 日 1、 设计题目:直流电动机控制系统 1、前言 近年来,随着科技的进步,电力电子技术得到了迅速的发展,直流电机得到了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求,从而对直流电机的调速提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速,改变电枢电压调速等技术已远远不能满足要求,这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。 采用传统的调速系统主要有以下缺陷:模拟电路容易随时间漂移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而在用了PWM技术后,避免了以上的缺陷,实现了用数字方式来控制模拟信号,可以大幅度降低成本和功耗。另外,由于PWM 调速系统的开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流,低速特性好;同样,由于开
关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强,可以获得很宽的频带;开关器件只工作在开关状态,主电路损耗小,装置效率高。PWM 具有很强的抗噪性,且有节约空间、比较经济等特点。 2、系统设计原理 脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术,尤其是在对电机的转速控制方面,可大大节省能量,PWM控制技术的理论基础为:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需 要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。 直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为 (1) 式中 Ua——电枢供电电压(V); Ia ——电枢电流(A); Ф——励磁磁通(Wb); Ra——电枢回路总电阻(Ω); CE——电势系数, ,p为电磁对数,a为电枢并联支路数,N为导体数。 由式(1)可以看出,式中Ua、Ra、Ф三个参量都可以成为变量,只要改变其中一个参量,就可以改变电动机的转速,所以直流电动机有三种基本调速方法:(1)改变电枢回路总电阻Ra;;(2)改变电枢供电电压Ua;(3)改变励磁磁通Ф。 3、方案选择及论证 3.1、方案选择 3.1.1、改变电枢回路电阻调速 可以通过改变电枢回路电阻来调速,此时转速特性公式为 n=U-【I(R+Rw)】/KeФ (2)式中Rw为电枢回路中的外接电阻(Ω)。 当负载一定时,随着串入的外接电阻Rw的增大,电枢回路总电阻R= (Ra+Rw)增大,电动机转速就降低。Rw的改变可用接触器或主令开关切换来实现。 这种调速方法为有级调速,转速变化率大,轻载下很难得到低速,