第九章-電機(jī)控制

1、一、電機(jī)概述n電機(jī)是電能的變換裝置，包括靜止電機(jī)靜止電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)。n靜止電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律和磁勢(shì)平衡原理實(shí)現(xiàn)電壓變化的一種電磁裝置，也稱其為變壓器。n旋轉(zhuǎn)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。n旋轉(zhuǎn)電機(jī)可分為： 直流電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 交流電機(jī)1.1 直流電機(jī)的分類分類標(biāo)準(zhǔn)分類標(biāo)準(zhǔn)具體類別具體類別按其控制性能按其控制性能普通直流電機(jī)；直流伺服電機(jī)。普通直流電機(jī)；直流伺服電機(jī)。按有無電刷按有無電刷有刷直流電機(jī)；無刷直流電機(jī)。有刷直流電機(jī)；無刷直流電機(jī)。按勵(lì)磁類型按勵(lì)磁類型永磁直流電機(jī)；勵(lì)磁直流電機(jī)等。永磁直流電機(jī)；勵(lì)磁直流電機(jī)等。普通有刷永磁直流電機(jī)工

2、作原理 1.2 1.2 直流電機(jī)特性圖直流電機(jī)特性圖當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，流過直流電機(jī)的平均電流越大，產(chǎn)生的力矩就越大，從而直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速越快；當(dāng)電流一定時(shí)，負(fù)載越大，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越慢。n步進(jìn)電機(jī)一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)；即當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。n步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖：步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)n轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，線圈繞在定子上。根據(jù)線圈的配置，步進(jìn)電機(jī)的分類：步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)二、直流電機(jī)的控制n 對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和控制，需經(jīng)過直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上就是大功率的放大器。n直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有線性放大驅(qū)動(dòng)型和開關(guān)驅(qū)動(dòng)型。n線性驅(qū)動(dòng)器就是

3、一個(gè)線性功放，線性驅(qū)動(dòng)器的工作原理如下：線性功率驅(qū)動(dòng)工作原理 1.1 1.1 開關(guān)驅(qū)動(dòng)器開關(guān)驅(qū)動(dòng)器PWM原理圖 n開關(guān)驅(qū)動(dòng)是利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將恒定的直流電源電壓轉(zhuǎn)換為一定的方波電壓加在電機(jī)電樞上。nPWM是直流電機(jī)最重要也是最常用的開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制方式。1 1PWMPWM（Pulse Width ModulationPulse Width Modulation）脈沖調(diào)寬式）脈沖調(diào)寬式2 2PFMPFM（Pulse Frequency ModulationPulse Frequency Modulation）脈沖調(diào)頻式）脈沖調(diào)頻式1.2 1.2 控制電路控制電路-驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)部分n直流電

4、機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要分類：T型不可逆驅(qū)動(dòng)器；H型可逆驅(qū)動(dòng)器。H型驅(qū)動(dòng)器原理圖 以下電路可靈活控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速控制電路控制電路1.3 1.3 直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)1 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?靈活控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，靈活控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與停止。2 2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 一開始電機(jī)以最高速度正轉(zhuǎn)，按鍵一次則電機(jī)速度減半，按鍵3次后，電機(jī)停止；繼續(xù)按鍵，電機(jī)反轉(zhuǎn)。3 3原理分析原理分析 用P1.21引腳來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并用一個(gè)全局變量保存電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向； 用P0.21引腳來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有2個(gè)等級(jí)。 驅(qū)動(dòng)子函數(shù)：ZLDJ_SET（uint8 Direction，u

5、int8 Speed），控制直流電機(jī)的方向和速度。4.4.實(shí)驗(yàn)參考程序?qū)嶒?yàn)參考程序/* 一開始電機(jī)以最高速度正轉(zhuǎn)，按鍵一次則電機(jī)速度減半，按鍵3次后，電機(jī)停止；* 繼續(xù)按鍵，電機(jī)反轉(zhuǎn)。*/intmain (void)uint32 i;uint8 Direction=0,Speed=3;PINSEL1 = PINSEL1 & 0 x0FFFFFFF;/ 設(shè)置P0.30為GPIO功能，輸入IO0DIR = IO0DIR & 0 xBFFFFFFF;/ 設(shè)置P0.21為PWM功能，通過控制PWM的占空比從而控制直流電機(jī)的速度PINSEL1 = PINSEL1 | 0 x0000040

6、0;/設(shè)置P1.21為GPIO，輸出。通過控制P1.21的電平從而控制直流電機(jī)的方向IO1DIR = IO1DIR | (121);ZLDJ_SET(Direction,Speed);/電機(jī)以最快速度正轉(zhuǎn)while(1)if(IO0PIN&(130) != 0)continue;/如果P0.30是高電平for(i=0;i5000;i+) ;/軟件延時(shí),消除干擾if(IO0PIN&(130) != 0)continue;/如果P0.30是高電平if(Speed&0 x03) = 0)Direction+;Speed-;ZLDJ_SET(Direction & 0

7、x01,Speed & 0 x03); 三、步進(jìn)電機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)按照電機(jī)結(jié)構(gòu)分為三種：永磁式（PM）、 反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；多半用于價(jià)格低廉的消費(fèi)性產(chǎn)品。反應(yīng)式反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步距角一般為1.8度，三相步距角為0.9度，而五相步距角一般為 0.72度?；爝M(jìn)合式步進(jìn)是工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用最常見的電機(jī)。n一相驅(qū)動(dòng)一相驅(qū)

8、動(dòng) 1相驅(qū)動(dòng)方式非常簡單，可以方便地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度。改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率就改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。n二相驅(qū)動(dòng)二相驅(qū)動(dòng) 2相驅(qū)動(dòng)的方式是任何一個(gè)時(shí)間，有2組線圈同時(shí)被激磁，因此產(chǎn)生的力矩比1相大，因此它的耗電也比一相大，但阻尼效果好。與1相驅(qū)動(dòng)方式一樣，2相驅(qū)動(dòng)中總共有4種不同的信號(hào)，呈現(xiàn)周期性變化，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)4個(gè)步距角。電機(jī)的轉(zhuǎn)速由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率來控制，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向（正/反）由驅(qū)動(dòng)信號(hào)的順序來決定。 1.1 1.1 2 2相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式1相驅(qū)動(dòng) 2相驅(qū)動(dòng) 12相驅(qū)動(dòng)1.2 1.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路-達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)n

9、達(dá)林頓晶體管瞬間通過電流可放大而達(dá)到l3A，足以應(yīng)付大多數(shù)的步進(jìn)電機(jī)。n驅(qū)動(dòng)電流小于0.5A的小型步進(jìn)電機(jī)，可以采用ULN2003之類的驅(qū)動(dòng)芯片。1.3 1.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路-驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)芯片1. 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫獠竭M(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，掌握步進(jìn)電機(jī)的控制方法（控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向、前進(jìn)角度）2 2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容控制步進(jìn)電機(jī)快速前進(jìn)200步，降低速度再前進(jìn)50步，再次降低速度前進(jìn)5步，然后停止。停止一段時(shí)間后，控制步進(jìn)電機(jī)以相反的步調(diào)退回原地。3 3實(shí)驗(yàn)原理分析實(shí)驗(yàn)原理分析 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由激磁信號(hào)的頻率來決定，步進(jìn)角的多少由激磁信號(hào)的個(gè)數(shù)來決定。1.4 1.4

10、 兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)4.4.實(shí)驗(yàn)參考程序?qū)嶒?yàn)參考程序/* 控制步進(jìn)電機(jī)快速前進(jìn)200步，降低速度再前進(jìn)50步，再次降低速度前進(jìn)5步，然后停止。* 停止一段時(shí)間后，控制步進(jìn)電機(jī)以相反的步調(diào)退回原地。* P2.21連接bjdj_A+、P2.17連接bjdj_A-、P2.19連接bjdj_B+、P1.22連接bjdj_B-*/int main (void)uint32 i;/ 設(shè)置步進(jìn)電機(jī)控制引腳都為GPIO功能，輸出IO1DIR = IO1DIR | (122);/P1.22為輸出IO2DIR = IO2DIR | (117) | (119) | (121);/P2.21,P

11、2.17,P2.19為輸出BJDJ_Run(0,1,200);/電機(jī)以最快速度正轉(zhuǎn) 200 個(gè)步距角BJDJ_Run(0,2,50);/電機(jī)以中等速度正轉(zhuǎn) 50 個(gè)步距角BJDJ_Run(0,3,5);/電機(jī)以最慢速度正轉(zhuǎn) 5 個(gè)步距角for(i=0;i50000;i+);/軟件延時(shí)BJDJ_Run(1,3,5);/電機(jī)以最慢速度反轉(zhuǎn) 5 個(gè)步距角BJDJ_Run(1,2,50);/電機(jī)以中等速度反轉(zhuǎn) 50 個(gè)步距角BJDJ_Run(1,1,200);/電機(jī)以最快速度反轉(zhuǎn) 200 個(gè)步距角思考與練習(xí)思考與練習(xí)1、電機(jī)是_的變換裝置，包括_電機(jī)和_電機(jī)。2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可以分為_、_和_，其中能將電脈沖轉(zhuǎn)化成為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是_。3、請(qǐng)畫出直流電機(jī)產(chǎn)生的力矩與通電電流的關(guān)系圖，以及轉(zhuǎn)速與所帶負(fù)載的關(guān)系圖。4、直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路分為_型和_型。請(qǐng)分別畫出這兩種類型的驅(qū)動(dòng)工作原理示意圖。5、PWM與P