音圈电机驱动系统

摘要

近年来，随着我国科技的发展与进步，直线驱动技术以及其控制方法也在不断的改进。音圈电机是一种具有特殊结构的新型直接驱动电机，它具有体积小、结构简单、快速响应、高加速度等特性。由于对快速速、高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的快速发展，音圈电机不但被广泛应用在激光唱片、磁盘定位等精确定位系统中，在很多其他形式的高速度、高频激励中起到了广泛的应用。如，机械工具的多坐标定位系统、光学系统中透镜的快速定位、减小振动对隔振技术平台的影响、以及医学领域精密电子管的控制等。

本文从音圈电机的工作原理以及其PID控制方法角度对音圈电机的驱动系统展开研究。

关键字：音圈电机；直接驱动；PID控制

Abstract

In recent years,as the development and progress of our country’s science and technology, linear drive technology and its control method is also in constant improvement.V oice coil motor is a new type direct drive motor with special structure.It has small volume,simple structure,fast response,high acceleration and other features.Due to the rapid speed,the improvement of high precision positioning system performance requirements and the rapid development of voice coil motor technology.V oice coil motor is widely used not only in the CD,disk positioning accurate positioning system,but also in many other form of high speed and high frequency excitation.Such as machine tool coordinate positioning system,the lens in the optical system of fast positioning,and reduce the influence of vibration on

vibration isolation technology platform and precision control of tube and medical fields.

This article analyze the drive system of voice coil motor from the principle of voice coil motor ,and the PID control method .

Key words:voice coil motor;direct drive;PID control

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

电机驱动芯片

自动0701 李欢20074998 LMD18200是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。内部机构和引脚说明：注释：光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位置信息的，即判断方位。 LMD18200工作原理：

内部集成了四个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个300kHz左右的工作频率。可在引脚1、11外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。引脚2、10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚步到引脚10；反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出，当结温达到145度时引脚9有输出信号 LMD18200提供双极性驱动方式和单极性驱动方式。双极性驱动是指在一个PWM周期里，电动机电枢的电压极性呈正负变化。双极性可逆系统虽然有低速运行平稳性的优点，但也存在着电流波动大，功率损耗较大的缺点，尤其是必须增加死区来避免开关管直通的危险，限制了开关频率的提高，因此只用于中小功率直流电动机的控制。本文中将介绍单极性可逆驱动方式。单极性驱动方式是指在一个PWM周期内,电动机电枢只承受单极性的电压。该应用电路是Motorola 68332CPU与LMD18200接口例子，它们组成了一个单极性驱动直流电机的闭环控制电路。在这个电路中，PWM控制信号是通过引脚5输入的，而转向信号则通过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流电机的转速和转向。采用一个增量型光电编码器来反馈电动机的实际位置，输出AB两相，检测电机转速和位置，形成闭环位置反馈，从而达到精确控制电机。

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

L298电机驱动芯片资料

L298 Jenuary 2000DUAL FULL-BRIDGE DRIVER Multiwatt15 ORDERING NUMBERS :L298N (MultiwattVert. L298HN (MultiwattHoriz. L298P (PowerSO20 BLOCK DIAGRAM . OPERATING SUPPLY VOLTAGE UP TO 46V . TOTAL DC CURRENT UP TO 4A . LOW SATURATION VOLTAGE . OVERTEMPERATURE PROTECTION . LOGICAL ”0”INPUT VOLTAGE UP TO 1.5V (HIGHNOISE IMMUNITY DESCRIPTION The L298is an integrated monolithic circuit in a 15-lead Multiwatt and PowerSO20packages. It is a high voltage, high current dual full-bridge driver de-signedto acceptstandardTTL logic levels anddrive inductive loads such as relays, solenoids, DC and steppingmotors. Two enableinputs are provided to enableor disablethe deviceindependentlyof thein-put signals. The emitters of the lower transistors of each bridge are connected togetherand the corre-sponding external terminal can be used for the con-nectionof an externalsensing resistor.Anadditional supply input is provided so that the logic works at a lower voltage. PowerSO20

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

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。

19 IR_IRMCK F171-灵活易用的电机控制芯片

IRMCK/F171-灵活易用的电机控制芯片 IRMCK/F171 灵活易用的电机控制芯片
国际整流器公司 2012-1-11

内容
? 概述概 ? 传统方案存在的问题 ? IR的解决方案：简单易用的电机控制芯片IRMCF171 ? 方案辅助工具和测试结果 ? 结论

概述
? 全球能源短缺导致越来越严格的政府节能规章出台 ? 在中国能效标签制度的实施以及能效标准的不在中国，能效标签制度的实施以及能效标准的不断提高使很多电器转向变频控制 ? 变频空调已经完全确立了市场的主导地位 ? 家电的变频化趋势也越来越明确，电机调速市场竞争将更加激烈，产品更新的周期越来越短。随之而来的新产品研发风险也越来越大之而来的新产品研发险也越来越大 ? 节能热点:
– – – – 高效率永磁电机无位置传感正弦波控制宽的调速范围低的振动和噪声

传统方案存在的问题
? ? ? ? 大容量存储单元的高速DSP或32位单片机软件算法复杂,控制器计算任务繁重软件算法复杂控制器计算任务繁重对于传统的软件编程控制方案,完成电机控制算法已经很复杂, 对于系统设计人员的要求很高
1. 2. 3. 熟悉实时的FOC控制算法,熟悉相关的外设; 熟悉DSP或32位RISC的C或汇编语言编程; 熟悉各种数模混合电路,高压电路和功率开关电路.
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开发周期长,开发成本和开发风险都很高
后续的软件维护成本高

电机控制系统框图
IR电机控制IC-IRMCF171

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，

步进电机驱动芯片THB6064

THB6064H大功率、高细分两相混合式步进电机芯片式驱动器

一．特性： ● 双全桥MOSFET驱动，低导通电阻导通Ron = 0.4 Ω (上桥+下桥) ,大电流4.5V（峰值） ● 高耐压50V DC ● 多细分可选(1/2,1/8,1/10, 1/16, 1/20, 1/32, 1/40, 1/64） ● 自动半流锁定 ● 衰减方式连续可调 ● 内置温度保护及过流保护重量：9.86 g (typ.) 二．框图

三．管脚说明：

管脚编号输入/ 输出符号功能描述 1 输出 ALERT 温度波爱护及过流保护输出端（常态为1，过流保护时为0） 2 —— SGND 信号地外部与电源地相连 3 —— OSC1B B相斩波频率控制端 4 输入 PFD 衰减方式控制端 5 输入 V ref 电流设定端（0——3V） 6 输入 VMB 电机驱动电源 B相电源与A相电源相连 7 输入 M1 细分数选择端（详见附表） 8 输入 M2 细分数选择端（详见附表） 9 输入 M3 细分数选择端（详见附表） 10 输出 OUT2B B相功率桥输出端2 11 —— NFB B相电流检测端应连接大功率检测电阻，典型值0.15Ω 12 输出 OUT1B B相功率桥输出端1 13 —— PGNDB B相驱动电源地与A相电源地及信号地相连 14 输出 OUT2A A相功率桥输出端2 15 —— NFA A相电流检测端应连接大功率检测电阻，典型值0.15Ω 16 输出 OUT1A A相功率桥输出端1 17 —— PGNDA A相驱动电源地与B相电源地及信号地相连 18 输入 ENABLE 使能端ENABLE=0所有输出为0，ENABLE=1正常工作 19 输入 RESET 上电复位端 20 输入 VMA 电机驱动电源A相电源与B相电源相连 21 输入 CLK 脉冲输入端 22 输入 CW/CCW 电机正反转控制端 23 —— OSC1A A相斩波频率控制端 24 输入 V DD 5V电源芯片工作电源要求稳定 25 输出 Down 半流锁定控制端四．电气参数：最高额定值Absolute Maximum Ratings(Ta =25℃)

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

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

电机驱动IC UCC3626手册

UCC2626UCC3626 PRELIMINARY FEATURES ?Two Quadrant and Four Quadrant Operation ?Integrated Absolute Value Current Amplifier ?Pulse-by-Pulse and Average Current Sensing ?Accurate, Variable Duty Cycle Tachometer Output ?Trimmed Precision Reference ?Precision Oscillator ?Direction Output Brushless DC Motor Controller BLOCK DIAGRAM DESCRIPTION The UCC3626motor controller IC combines many of the functions re-quired to design a high performance,two or four quadrant,3-phase,brushless DC motor controller into one package.Rotor position inputs are decoded to provide six outputs that control an external power stage.A precision triangle oscillator and latched comparator provide PWM mo-tor control in either voltage or current mode configurations.The oscilla-tor is easily synchronized to an external master clock source via the SYNCH input.Additionally,a QUAD select input configures the chip to modulate either the low side switches only,or both upper and lower switches,allowing the user to minimize switching losses in less de-manding two quadrant applications. The chip includes a differential current sense amplifier and absolute value circuit which provide an accurate reconstruction of motor current,useful for pulse by pulse over current protection as well as closing a current control loop.A precision tachometer is also provided for imple-menting closed loop speed control.The TACH_OUT signal is a variable duty cycle,frequency output which can be used directly for digital con-trol or filtered to provide an analog feedback signal.Other features in-clude COAST,BRAKE,and DIR_IN commands along with a direction output, DIR_OUT.

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