直流电机控制器设计
24 v直流电机控制系统的设计
24 v直流电机控制系统的设计一、引言直流电机广泛应用于各种工业和商业领域，并且在家庭电器中也有着重要的作用。
直流电机的控制系统是保证其正常运行和精确控制的关键。
本文将介绍一个基于24 V直流电机的控制系统设计，并详细介绍其硬件和软件设计。
二、硬件设计1.电机选择：首先需要选择适合的直流电机，考虑到24 V电源的供电情况，选择功率合适的直流电机，同时也要考虑转速和扭矩等工作要求。
2.驱动器选择：直流电机控制系统需要一个驱动器来驱动电机。
驱动器的选择要根据电机的电流要求来确定，同时要考虑其与控制器的接口兼容性。
3.控制器设计：控制器是直流电机控制系统的核心部分，用于控制电机的转速、方向和加速度等参数。
控制器可以使用单片机、FPGA或者PLC等进行设计，根据需求选择合适的控制器，并编写相应的程序。
4.电源模块设计：由于直流电机采用24 V电源供电，需要一个稳定的电源模块来为系统提供稳定可靠的电源。
可以选择开关电源或者线性电源，并根据需求设计合适的电源模块。
三、软件设计1.控制算法设计：针对所需的控制任务，设计合适的控制算法。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据具体情况选择合适的控制算法，并编写相应的代码。
2.编程实现：根据控制算法的设计结果，使用相应的编程语言（如C、C++或者PLC编程语言）实现控制算法。
编程要考虑系统的实时性和稳定性，确保控制算法的准确性和可靠性。
3.用户界面设计：设计一个用户友好的界面，方便用户对控制系统进行操作和监控。
可以使用人机界面和触摸屏等设备，实现控制命令的输入和监测数据的显示。
四、系统测试与调试完成硬件和软件设计后，需要进行系统的测试和调试。
首先进行硬件连接和电源接入的测试，确保电路和连接没有问题。
然后进行软件编程的测试，包括控制算法的功能、编程的准确性和系统的可靠性等方面的测试。
最后进行整个系统的综合测试，包括与电机的实际联动测试、系统的稳定性测试和实际工作情况的测试等。
直流电机驱动与控制电路设计报告MMZ
直流电机驱动与控制电路设计报告MMZ 摘要
本文主要介绍了直流电机驱动和控制电路的设计，该电路应用于基于MMZ系列直流电机的应用。
在电源连接之后，通过控制器连接电机和接收端，在控制器中的PWM调速模式控制直流电机的转速。
通过对电路图的分析，可以知道该电路可以实现直流电机的变频控制和调速控制功能。
该电
路的优点包括低成本，高可靠性，简单的操作等。
关键词：MMZ系列直流电机，变频控制，控制器，PWM调速
1绪论
随着信息技术的发展和人们生活水平的提高，各行业对电机的要求越
来越高，直流电机的应用非常广泛。
直流电机有很多优点，首先它的功耗低，其次它的抗干扰性强，可以承受比较大的风扇或水泵负荷，同时它还
具有可调速度和方向控制的特性，这使其在工业生产中起到了重要作用。
MMZ系列直流电机是一种新型的高性能直流电机，它具有较高的功率
和较低的噪声，大大降低了系统损耗，而且还具有良好的稳定性和可靠性，所以在工业自动化控制领域有着广泛的应用。
为了使电机具有良好的方向
控制特性和速度控制的功能，必须进行变频控制和调速控制，这就要求电
机配备有电源模块、控制器模块和接收端模块。
无刷直流电机控制器设计
无刷直流电机控制器设计无刷直流电机控制器的设计是一个复杂的工程，要考虑到多种因素。
首先，控制器需要读取电机的反馈信号，如转速、电流、温度等，以便精确控制电机运行状态。
其次，控制器需要根据用户输入的指令，控制电机的转速、加速度和转向。
此外，控制器还需要具备过载和故障保护功能，以确保电机的安全运行。
在无刷直流电机控制器的设计中，最关键的部分是电机驱动器和控制算法。
电机驱动器是将电源电压转换成适合电机驱动的电压和电流的装置。
在无刷直流电机中，驱动器通常是由电子器件如功率晶体管（MOSFET）或IGBT组成的桥式电路。
控制算法则是根据电机的反馈信号和用户输入的指令，调整驱动器的输出，以实现目标转速和转向。
在控制算法中，最常用的是电机速度闭环控制。
该算法通过比较电机的实际速度和设定速度，并调整驱动器的输出，以使二者保持一致。
此外，还可以采用位置闭环控制算法，通过比较电机实际位置和设定位置，调整驱动器的输出，使电机追踪设定位置。
这两种闭环控制算法可以单独使用，也可以结合使用，以实现更精确的控制效果。
除了速度和位置闭环控制，无刷直流电机控制器还可以具备其他功能，如加速度控制、转向控制、制动控制等。
加速度控制功能可以使电机平稳加速，避免过载和电机损坏。
转向控制功能可以改变电机的旋转方向，以适应不同的任务需求。
制动控制功能可以在电机停止旋转时施加制动力，以便实现快速制动和精确停止。
在无刷直流电机控制器设计中，还需要考虑过载和故障保护功能。
过载保护功能可以监测电机的电流和温度，当超过设定的阈值时，控制器会减小驱动器的输出，避免电机的过载。
故障保护功能可以检测电机和驱动器是否正常工作，当发生故障时，控制器会停止驱动器输出，以避免电机和设备损坏。
总之，无刷直流电机控制器的设计是一个复杂而关键的任务。
它需要考虑到电机的复杂性、用户需求以及过载和故障保护等因素。
只有通过合适的驱动器和控制算法，才能实现电机的精确控制和安全运行。
详解直流电机驱动电路设计
详解直流电机驱动电路设计
直流电机驱动电路设计概述
电机驱动电路是控制电机运行的电路，也称作动力源电路，它的主要
作用是提供电机所需要的适当电压和频率的电能，以控制电机的转速和转
动方向。
一般讲，电机驱动电路包括三个部分：驱动器，控制器和电源电路。
一、直流电机驱动电路的设计
1、驱动器的设计
直流电机驱动电路主要由驱动器、控制器和电源电路组成。
在这里，
驱动器主要负责将控制器的控制信号转换为适合电机工作的电流。
现在，
基于IGBT的驱动器已经成为直流电机驱动电路中的主要组成部分。
驱动
器电路很复杂，包括用于驱动电机的晶体管，用于传输控制信号的晶体管，以及调节电流的电阻等。
2、控制器的设计
控制器是电机驱动电路的核心部分，它负责接收外部输入信号，并根
据设定的参数来调整电机的转速、转向和加速等。
控制器设计非常复杂，
一般包括两个主要部分：控制电路和放大路由部分。
控制电路负责检测电
机的运行状态和外部输入，并根据这些信息来调整电机的转速。
放大部分
负责将控制电路的输出信号放大，并将其转换为能够驱动电机的标准控制
信号。
3、电源电路的设计。
永磁无刷直流电机控制系统设计
永磁无刷直流电机控制系统设计1.电机模型的建立：建立电机的数学模型是进行控制系统设计的第一步。
永磁无刷直流电机可以使用动态数学模型来描述其动态特性，常用的模型包括简化的转子动态模型和电动机状态空间模型。
简化的转子动态模型以电机的电磁转矩方程为基础，通过建立电机的电流-转速模型来描述电机的动态响应。
这个模型通常用于低频控制和电机启动阶段的设计。
电动机状态空间模型则是通过将电机的状态变量表示为电流和转速变量，用微分方程的形式描述电机的动态特性。
这个模型适用于高频控制和电机稳态响应分析。
2.控制器设计：经典的控制方法包括比例积分控制器（PI）和比例积分微分控制器（PID）。
比例积分控制器是最简单的控制器，通过调节电流的比例增益和积分时间来控制电机的速度。
这种控制器适用于低精度控制和对动态响应要求不高的应用。
比例积分微分控制器在比例积分控制器的基础上增加了微分项，通过调节微分时间来控制系统的阻尼比，提高系统的稳定性和动态响应。
3.参数调节：在控制器设计中，参数调节和整定是非常重要的环节，主要包括根据系统的要求选择合适的控制器参数，并进行优化。
参数调节可以通过试探法、经验法和优化算法等方法进行。
其中，试探法和经验法是相对简单的方法，通过调整控制器的参数值来达到稳定运行或者较好的控制性能。
优化算法可以通过数学模型和计算机仿真的方式进行，通过优化目标函数和约束条件，得到最合适的控制器参数。
总结起来，永磁无刷直流电机控制系统设计主要包括电机模型的建立、控制器设计和参数调节。
在设计过程中，需要根据系统的要求选择合适的控制器，通过参数调节和优化算法来提高系统的稳定性和动态性能。
无线遥控直流电机控制器的研制
无线遥控直流电机控制器的研制随着科技的不断发展，无线遥控技术在各个领域得到了广泛的应用。
无线遥控直流电机控制器作为其中的一种应用，已经在工业生产、家电控制等领域得到了广泛的应用。
直流电机控制器是一种可以控制电机正反转、调速等功能的装置，而无线遥控技术的应用则使得控制更加灵活、便捷。
本文将介绍无线遥控直流电机控制器的研制过程及其应用。
一、研制目的无线遥控直流电机控制器的研制旨在实现对直流电机的远程控制，使得用户可以通过无线遥控器来实现对电机的开关、正反转、调速等功能。
这将极大地方便了用户的操作，尤其是在一些特殊环境下，如高空、潮湿、危险环境等，无线遥控技术可以大大提高操作的安全性，保障操作人员的生命安全。
二、研制过程1. 系统设计我们需要设计一个完整的无线遥控直流电机控制系统。
这个系统包括无线遥控器、接收模块、控制电路和直流电机。
无线遥控器负责发送控制信号，接收模块负责接收和解码信号，控制电路负责根据接收到的信号来驱动直流电机。
2. 选材选型在系统设计确定之后，需要选择合适的元器件来搭建系统。
无线遥控器需要选择合适的无线模块，接收模块需要选择合适的解码芯片，控制电路需要选择合适的驱动芯片和直流电机。
3. 硬件搭建在选材选型确定之后，我们需要进行硬件搭建。
首先搭建无线遥控器的硬件电路，然后搭建接收模块的硬件电路，最后搭建控制电路和直流电机的硬件电路。
4. 软件编程硬件搭建完成之后，需要进行软件编程。
无线遥控器需要编写发送控制信号的程序，接收模块需要编写接收和解码信号的程序，控制电路需要编写根据接收到的信号来驱动直流电机的程序。
5. 调试测试软件编程完成之后，我们需要对整个系统进行调试测试。
首先测试无线遥控器发送的控制信号是否能够被接收模块正确接收并解码，然后测试控制电路是否能够根据接收到的信号来驱动直流电机。
如果有问题，需要进行调试修改，直到整个系统正常工作。
6. 优化改进系统正常工作之后，可以对系统进行优化改进，使得系统更加稳定可靠，性能更加优异。
直流电机控制电路设计
直流电机控制电路设计1.电阻控制电路：电阻控制电路是最简单的直流电机控制电路。
通过在直流电机的电源电路中串接一个可调节的电阻，可以改变电机的供电电压，从而控制电机的转速。
这种方法简单易行，但效率低下，能耗较大。
2.利用PWM信号控制电机速度：PWM（脉宽调制）信号是一种控制电子设备的常用方法。
在直流电机控制中，可以通过改变PWM信号的脉宽来控制电机的转速。
脉宽越宽，电机供电时间越长，转速越快；脉宽越窄，电机供电时间越短，转速越慢。
通过控制PWM信号的频率，可以实现更精确的速度控制。
3.使用驱动器芯片控制电机：驱动器芯片是一种专门用于控制电机的集成电路。
它提供了多种控制电机速度和方向的功能。
通过输入控制信号，驱动器芯片可以精确地控制电机的转速和转向。
驱动器芯片通常由功率放大器、逻辑电路和电源电路组成。
4.使用微控制器控制电机：微控制器是一种具有处理能力的单片机，可以通过编程设置来控制电机的运动。
通过连接微控制器和电机驱动电路，可以实现对电机转速、方向等参数的精确控制。
微控制器不仅能实现速度控制，还可以实现与其他设备的通信和协调工作。
在直流电机控制电路设计中1.电机的功率需求和特性：根据电机的功率需求，选择适当的电源和电源电压。
同时，需要了解电机的特性，如额定电流、额定电压等参数。
2.控制方法选择：根据实际应用需求，选择合适的控制方法。
比如，需要精确的速度控制可以选择PWM控制；需要简单控制可以选择电阻控制。
3.控制电路的稳定性和可靠性：设计的电路应具有良好的稳定性和可靠性，避免由于电路设计不合理导致的电机运动异常或损坏。
4.电路的成本和尺寸：根据实际应用需求和预算，选择合适的电路设计方案。
有时需要考虑电路尺寸的限制，如嵌入式设备中需要小巧的电路。
总之，直流电机控制电路设计需要根据具体应用需求选择合适的控制方法，并考虑电机的功率需求、特性、稳定性、可靠性、成本和尺寸等因素。
通过合理的设计和调试，可以实现对直流电机运动的精确控制。
直流电机控制器设计说明书
直流电机控制器设计说明书1.1 设计思想直流电机PWM控制系统主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制。
其间，还包括直流电机的直接清零、启动、暂停、连续功能。
该直流电机系统由以下电路模块组成：振荡器和时钟电路：这部分电路主要由89C51单片机和一些电容、晶振组成。
设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
设计控制部分：主要由89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。
LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
1.2 系统总体设计框图直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为核心，由命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。
采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，反转控制；同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LED显示模块去显示，进而读取其速度。
1.3 程序设计流程图图1-2中断服务流程图2 总体硬件电路设计2.1 芯片介绍2.1.1 89C51单片机结构特点： 8位CPU ；片振荡器和时钟电路； 32根I/O 线；外部存贮器寻址围ROM 、RAM64K ； 2个16位的定时器/计数器； 5个中断源，两个中断优先级； 全双工串行口； 布尔处理器。
图1.2 定时中断服务流程图图2-1 89C51单片机引脚分布图2.1.2 RESPACK-8排阻RESPACK-8是带公共端的8电阻排，它一般是接在51单片机的P0口，因为P0口部没有上拉电阻，不能输出高电平，所以要接上拉电阻。
图2-2 RESPACK-8引脚分布图2.1.3 驱动器L298L298是双电源大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器，线圈，直流电动机，步进电动机等电感性负载。
无刷直流电机控制器的设计
无刷直流电机控制器的设计3.1 无刷直流电机控制器的概述无刷直流电动机兼有直流电动机调整和起动性能好以及异步电动机结构简单无需维护的优点，因而在高可靠性的电机调速领域中获得了广泛应用。
在电机转速控制方面，绝大多数场合数字调速系统已取代模拟调速系统。
目前，数字调速系统主要采用两种控制方案:一种采用专用集成电路。
这种方案可以降低设备投资，提高装置的可靠性，但不够灵活。
另一种是以微处理器为控制核心构成硬件系统。
这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便。
电机控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心，它主要完成以下功能：对各种信号进行逻辑综合，以给驱动电路提供各种控制信号；产生PWM调制信号，实现电机的调速；对电机进行速度环和电流环调节，使系统具有较好的动态和静态性能；实现短路、过流、欠压、堵转等故障保护功能。
现代控制技术的发展与微处理器的发展息息相关，可以说，每一次微处理器的进步都推动了控制技术的一次飞跃。
在微处理器出现之前，控制器只能由模拟系统构成。
由模拟器件构成的控制器只能实现简单的控制，功能单一、升级换代困难，而且由分立器件构成的系统控制精度不高，温度漂移，器件老化严重，使得维护成本增高，限制了它的发展和应用范围。
随着微处理器的迅速发展和推广，控制器由模拟式转换成了数模混合式，并进一步发展到全数字式，技术的进步使得许多模拟器件难以实现的功能都可以方便地用软件实现，使系统的可靠性和智能化水平大大提高。
在电机转速控制方面，绝大多数场合数字调速系统已取代模拟调速系统。
目前，数字调速系统主要采用两种控制方案：一种采用专用集成电路。
这种方案可以降低设备投资，提高装置的可靠性，但不够灵活。
另一种是以微处理器为控制核心构成硬件系统。
这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便[9][10]。
控制器是电动自行车的驱动系统，它是电动自行车的大脑。
其主要作用是在保证电动自行车正常工作的前提下，提高电机和蓄电池的效率、节省能源、保护电机及蓄电池，以及降低电动自行车在受到破坏时的损伤程度。
无刷直流电机控制器设计与实现
无刷直流电机控制器设计与实现无刷直流电机控制器是一种常见的电力控制装置，适用于各种工业生产和民用领域，有着广泛的应用前景。
本文将介绍无刷直流电机控制器的设计与实现，从电机控制原理、硬件设计、软件编程等方面全面解析，帮助读者了解和掌握无刷直流电机控制器的基本知识和技术。
一、电机控制原理无刷直流电机的控制原理是利用调整电子元器件的工作状态，改变电机相序和电压大小，控制电机的转速和方向。
具体实现需要依赖于电机控制芯片和相关的控制电路。
硬件设计方面，无刷直流电机控制器需要包括电源电路、驱动电路、反馈电路等几个方面。
电源电路是为了提供可靠的稳定电压，保证无刷电机的正常工作。
驱动电路是控制电机转速和方向的核心，主要包括电机驱动芯片、功率管、电机端口等。
反馈电路是为了实现电机转速的反馈控制，保证稳定性和精确性。
二、硬件设计无刷直流电机控制器的硬件设计，主要包括电源电路、驱动电路、反馈电路和中控电路等几个方面。
其中，电源电路是为了提供电压和电流，保证无刷电机的正常工作；驱动电路是用来控制电机的方向和速度；反馈电路则是通过反馈电路检测电机的当前转速状态，实现对电机的有效控制；中控电路则是通过处理驱动电路和反馈电路的场效应管的信号，实现对无刷直流电机的一个全面控制。
三、软件编程无刷直流电机控制器的软件编程是制作控制器的一个必要步骤。
其实现基于C 语言，主要应用于控制电路和集成电路之间的通信和控制。
在编程过程中，需要掌握相关的控制原理和编程技巧，进而实现对无刷直流电机的有效控制和操作。
四、实现结果无刷直流电机控制器的实现结果对于工业控制和民用领域有着广泛的应用前景，其中包括机械加工、医疗设备、交通工具等各个领域。
通过对无刷直流电机控制器的掌握和实现，可以实现对无刷直流电机进一步的优化和改进。
直流电机控制器原理图
直流电机控制器原理图直流电机控制器是指控制直流电机运行的设备，其主要作用是根据外部输入信号来控制电机的启动、停止、正反转以及调速等功能。
直流电机控制器原理图是直流电机控制系统的核心部分，通过原理图可以清晰地了解控制器的工作原理和电路结构，有利于工程师们进行系统设计和故障排查。
一般来说，直流电机控制器原理图包括电源模块、控制模块、驱动模块和保护模块等部分。
电源模块主要用于将外部交流电源转换为直流电源，为整个系统提供电能；控制模块则负责接收外部控制信号，并通过逻辑运算和电路控制来实现对电机的启停、正反转和调速等功能；驱动模块则是根据控制模块的输出信号，驱动电机正常运行；保护模块则用于监测电机和系统的工作状态，一旦出现异常情况，及时采取保护措施，避免损坏设备。
在直流电机控制器原理图中，控制模块是最核心的部分，它通常包括信号输入端、逻辑控制电路和输出端。
信号输入端可以接收外部控制信号，比如启停信号、正反转信号、调速信号等，这些信号经过处理后，通过逻辑控制电路的运算，最终输出给驱动模块，实现对电机的控制。
逻辑控制电路通常采用集成电路或者单片机等器件来实现，其结构复杂，但是可以实现多种控制功能，具有很高的灵活性和可靠性。
此外，直流电机控制器原理图中的驱动模块也是非常重要的部分，它的主要作用是根据控制模块的输出信号，驱动电机正常运行。
驱动模块通常采用功率器件和驱动电路来实现，其设计需要考虑到电机的功率大小、负载特性以及工作环境等因素，以确保电机能够稳定、高效地运行。
总的来说，直流电机控制器原理图是直流电机控制系统的核心部分，它的设计和实现直接影响到整个系统的性能和稳定性。
工程师们在进行系统设计和故障排查时，需要充分理解原理图的结构和工作原理，合理选择电路元件和器件，确保系统能够稳定、可靠地运行。
同时，随着科技的发展，直流电机控制器原理图也在不断地更新和优化，以满足不同应用场景的需求，提高系统的性能和可靠性。
无刷直流电机控制器的设计
无刷直流电机控制器的设计
无刷直流电动机兼有直流电动机调整和起动性能好以及异步电动机结构简单无需维护的优点，因而在高可靠性的电机调速领域中获得了广泛应用。在电机转速控制方面，绝大多数场合数字调速系统已取代模拟调速系统。目前，数字调速系统主要采用两种控制方案:一种采用专用集成电路。这种方案可以降低设备投资，提高装置的可靠性，但不够灵活。另一种是以微处理器为控制核心构成硬件系统。这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便。
★工作电压、功耗：
单片机的工作电压最低可以达到，最高为6V，常见的是3V和5V
单片机的功耗参数主要是指正常模式、空闲模式、掉电模式下的工作电流，用电池供电的系统要选用电流小的产品，同时要考虑是否要用到单片机的掉电模式，如果要用的话必须选择有相应功能的单片机。
★其他方面：
在单片机的性能上还有很多要考虑的因素，比如中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内部有无时钟振荡器、有无上电复位功能等等。
PWM直流电机无级调速控制器设计资料
PWM直流电机无级调速控制器
【简要说明】
一、尺寸：长80mmX宽48mmX高38mm
二、主要芯片：KA3525
三、工作电压：直流8V~24V
四、额定工作电流3A以下
五、特点：
1、具有电源指示功能
2、实现对直流电机的无级调速
3、可控制一台直流电机
4、可间接控制直流电机调速
5、PWM信号输出
6、散热片可以更换
7、调制范围可从0-100％的调整
8、最低电流消耗约为35毫安。
最大峰值电流可以达到6A。
9、效率优于90％满负荷。
主意：如果要驱动大功率直流电机，可以更换芯片使用IGBT驱动直流电机。
适用场合：单片机学习、电子竞赛、产品开发、毕业设计。
【图片展示】
【原理图】
【占空比】
占空比（Duty Cycle）有如下含义：１)在一串脉冲串中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。
例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲串，其占
空比为0.25。
在开关电源测试中，占空比的定义就属于这一类。
下面是占空比在其它场合的定义，供参考 2)在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。
在CVSD调制（continuously variable slope delta modulation）中，比特“1”的平均比例（未完成）。
３)在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。
4)负载周期在中文成语中有句话可以形容：“三天打鱼，两天晒网”，则负载周期为0.60, 暨：三天/(三天+二天) = 3/(3+2) = 0.6。
【图片展示】。
《DSP无刷直流电机控制器的设计》范文
《DSP无刷直流电机控制器的设计》篇一一、引言随着科技的不断发展，无刷直流电机因其高效、稳定、低噪音等优点，在工业、航空、医疗等领域得到了广泛应用。
为了更好地控制无刷直流电机，DSP（数字信号处理器）无刷直流电机控制器应运而生。
本文将详细介绍DSP无刷直流电机控制器的设计原理、方法及优势。
二、DSP无刷直流电机控制器的基本原理DSP无刷直流电机控制器是一种基于DSP技术的电机控制器，通过控制电机的电流、电压等参数，实现对无刷直流电机的精确控制。
其基本原理包括电机驱动、信号采集、控制算法和通信接口等部分。
1. 电机驱动：DSP无刷直流电机控制器通过驱动电路，将电源的直流电能转换为电机的机械能，实现电机的运动。
2. 信号采集：控制器通过传感器采集电机的电流、电压、速度等信号，为控制算法提供必要的输入。
3. 控制算法：DSP无刷直流电机控制器采用先进的控制算法，如PID（比例-积分-微分）控制、模糊控制等，实现对电机的精确控制。
4. 通信接口：控制器具有多种通信接口，如CAN、RS485等，方便与上位机或其他设备进行数据交换。
三、DSP无刷直流电机控制器的设计方法DSP无刷直流电机控制器的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
1. 硬件设计：（1）主控芯片选择：选择性能稳定、处理速度快的DSP芯片作为主控芯片。
（2）电源电路设计：设计稳定的电源电路，为控制器提供可靠的电源。
（3）驱动电路设计：设计合理的驱动电路，实现电机的高效驱动。
（4）传感器接口设计：设计传感器接口电路，实现信号的采集与传输。
（5）通信接口设计：根据需要设计相应的通信接口电路。
2. 软件设计：（1）操作系统选择：选择适合DSP芯片的操作系统，如uC/OS等。
（2）驱动程序开发：编写驱动程序的代码，实现硬件的初始化、配置和控制。
（3）控制算法实现：根据控制需求，编写控制算法的代码，实现电机的精确控制。
（4）通信协议开发：编写与上位机或其他设备进行数据交换的通信协议。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计随着科技的发展，越来越多的机械设备需要使用电机来驱动其运转。
而在众多电机中，无刷直流电机因为其高效、高精度、低功耗等优点而备受瞩目。
无刷直流电机的使用范围越来越广泛，从工业控制，到航模、改装等领域都可以见到无刷直流电机的身影。
本文将围绕无刷直流电机控制系统设计展开分析和探讨。
一、无刷电机的结构和工作原理无刷直流电机（Brushless DC motor）是一种将交流电转化为直流电供给电机使用的设备。
无刷电机的核心部分是转子和定子。
转子由永磁体构成，定子上则包覆着三个交替排布的电枢，能够使电流依次通过A、B、C三路，控制转子的运转。
工作原理是，当电流通过A电极的时候，将产生一个磁场，这个磁场是与转子上的永磁体相互作用的。
这样，便会使转子转动，那么电流经过B、C电极的时候，也是如此。
在三种电极依次通过电流之后，便完成了一次转子的旋转。
从工作原理上看，无刷直流电机控制主要就是控制三路电流，以便控制电机输出功率。
二、无刷电机控制模式1. 直流切换模式这种控制模式是将DC电压用硅控整流器进行整流后，施加到电机上的模式。
主要存在一个问题，就是每转过一定角度，电流就会进行交替。
这就需要对控制进行改进。
因此，直流切换模式下，最多只能适用于控制力矩较小的场合，如四轮小车、飞行器等。
2. 方波控制模式（交错控制模式）方波控制模式下，电机的控制通过利用切换模式中交替电流的配合，进行控制。
方波控制模式的特点是，控制方法简单易操作，是广泛使用的控制方式。
同时适用于各种正反转、调速等控制模式。
只不过转速误差较大，适用于中小功率的无刷电机。
3. 正弦波控制模式正弦波控制模式是通过推导正弦函数来进行控制。
这种控制方式非常适用于BEMF（反电势）功能模块。
当转子转动的时候，会产生“反电动势”（BEMF），这个反电动势正好可以反向控制电流。
所以使用正弦波控制模式的话，能够更加精确的掌控转速和力矩。
到这里，我们已经讲述了无刷电机的控制模式。
89C52单片机直流电机控制器设计
89C52单片机直流电机控制器设计【摘要】本论文介绍了基于89C52单片机的小功率直流电机控制系统。
该系统主要功能为：设定直流电机的转速和转向，通过光电开关对电机测速，将测得的转速值反馈给单片机，单片机经PI运算后输出PWM信号控制电机运转。
实际测试结果表明该系统的转速误差范围小(〒20圈/分)，调整时间短，转速设定方便快捷，显示直观清楚。
本文还对此系统的性能指标进行了分析。
【关键词】直流电机，PWM，PID1.前言由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。
随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。
现在国内外工业上对电机的调速基本已经不再使用模拟调速，而采用数字调速系统，而数字调速系统大部分都是用单片机来进行控制，数字调速系统具有控制精确度高，非常稳定，受环境影响小，效率高等优点，所以在国内外的使用越来越广泛。
与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。
近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。
随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。
这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景[1]。
1.1 有关技术简介1.1.1 PWM控制[1]PWM（Pulse Width Modulation）——脉冲宽度调制，简称脉宽调制，是一种最初用语无线电通信的信号调制技术，后来在控制领域中（比如电机调速）也得到了很好的应用，于是形成了独特的PWM控制技术。
自动控制原理—直流电机PI控制器参数设计
yss (t ) t
1 120 和瞬态分量
1 60t 1 60t e cos 60t e sin 60t 120 120
组成。 系统误差响应为 e(t ) r (t ) y(t ) 。当时间 t 趋于无穷时，误差响应 e(t ) 的稳态值为稳态 e ( ) 误差，以 ss 标志。对于此处单位斜坡响应时，其稳态误差为 1 ess () t y () 120 误差响应为
目录
1 系统结构分析 .............................................................. 1 2 数学模型 .................................................................. 2 2.1PI 模型建立 ............................................................ 2 2.2 单位反馈传递函数 ...................................................... 2 2.3 扰动下的非单位反馈闭环传递函数 ........................................ 2 2.4 参数计算 .............................................................. 3 3 动态跟踪性能分析 .......................................................... 4 3.1 比例积分控制的分析方法 ................................................ 4 3.2 单位阶跃参考输入 ...................................................... 4 3.3 单位斜坡参考输入 ...................................................... 5 4 数学仿真与验证 ............................................................ 7 4.1MATLAB 中连续系统模型表示方法 .......................................... 7 4.2 单位阶跃输入时的动态性能 .............................................. 7 4.3 单位斜坡输入时的动态性能 .............................................. 8 5 心得体会 ................................................................. 11 参考文献 ................................................................... 12
基于无刷直流电机控制器设计
!计算机测量与控制!"#"$!$%!&"!!"#$%&'()'*+%('#',&-!",&(".!#%$"!#收稿日期 "#""#(",$!修回日期"#""%%#$%作者简介 田双文!%((#"&男&内蒙古包头人&研究生&高级工程师&主要从事电机控制方向的研究%引用格式 田双文&刘雪松&刘!佳&等!基于无刷直流电机控制器设计(*)!计算机测量与控制&"#"$&$%!&"*%$"%$'!文章编号 %)+%,&(' "#"$ #&#%$"#+!!-./ %#!%)&") 0!1234!%%5,+)" 67!"#"$!#&!#"#!!中图分类号 89"+$<%!!文献标识码 ;基于无刷直流电机控制器设计田双文 刘雪松 刘!佳 刘珊珊!内蒙古北方重工业集团有限公司&内蒙古包头!#%,#%#"摘要 无刷直流电机具有运行效率高'调速性能好'结构简单'维护方便'运行可靠的优点&是电动汽车驱动系统的理想动力来源$然而&目前电机控制器响应速度慢'控制精度低'稳定性误差大'抗干扰力弱$为了解决这些难题&通过建立无刷直流电机的数学模型&研究电机的矢量控制算法基本原理以及实现方式&设计出了电流'转速双闭环的调速控制系统&通过引入先进的控制策略来提高控制器性能$最后&在电机的阶跃响应测试中&采用传统9/-控制器作为转速控制外环的矢量控制策略&在稳定时间以及超调量两个方面&都不如J 9J .[9/-控制器$不管是从#转速时刻启动&还是转速突变的情况&传统9/-控制器的超调量基本都在%#_以上&J 9J .[9/-控制器的超调量基本控制在&_以内$实验结果表明&与传统9/-控制相比&在相同的调整频率下$本次设计的控制器具有调节时间小&调速范围广&转速波动小的优点&验证了设计的可行性%关键词 无刷直流电机$矢量控制$粒子群算法$9/-控制器$闭环控制!",&("..'(/'+01,7*+'8Q ,7(%+:.'++/!)"&"(8/;MJ @C A 2B Z P 2&>/?e C P T E 2B&>/?*4A &>/?J @A 2T @A 2!/22P S:E 2B E R 4AM E S 6@G P A V F /2K C T 6S F N S E C 7=E <&>6K <&W A E 6E C !#%,#%#&=@42A "3A +&(*4&*W S C T @R P T T-=Q E 6E S @A T 6@P A K V A 26A B P T E X @4B @E 7P S A 642B P X X 414P 21F &B E E K T 7P P K S P B C R A 64E 27P S X E S Q A 21P &T 4Q 7R P T 6S C 1[6C S P &1E 2V P 24P 26Q A 426P 2A 21P A 2K S P R 4A ]R PE 7P S A 64E 2&A 2K 464TA 24K P A R 7E Z P S T E C S 1P X E SP R P 16S 41V P @41R PK S 4V PT FT 6P Q $G E Z P V P S &A 67S P T P 26&6@P S P A S P 6@P T @E S 6A B P T E X T R E ZS P T 7E 2T P T 7P P K &R E Z1E 26S E R A 11C S A 1F &R A S B P T 6A ]4R 46F P S S E S A 2KZ P A 3A 264[426P S X P S P 21P X E S 1P 42Q E 6E S 1E 26S E R R P S !/2E S K P S 6E T E R V P 6@P T P 7S E ]R P Q T &6@PQ A 6@P Q A 641A RQ E K P R E X ]S C T @R P T T-=Q E 6E S 4T P T 6A ]R 4T @P K 6ET 6C K F 6@P]A T 417S 42147R P A 2K 4Q 7R P Q P 26A 64E 2Q P 6@E K E X 6@PQ E 6E S V P 16E S 1E 26S E R A R B E S 46@Q &A K E C ]R P 1R E T P K [R E E 7T 7P P K S P B C R A 64E 21E 26S E R T F T 6P Q Z 46@6@P 1C S S P 26A 2K T 7P P KZ A T K P T 4B 2P K &A 2K 6@P 1E 26S E R R P S 7P S X E S Q A 21PZ A T 4Q 7S E V P K ]F 426S E K C 142B A K V A 21P K 1E 26S E R T 6S A 6P B 4P T $I 42A R R F&426@P T 6P 7S P T 7E 2T P 6P T 6E X 6@PQ E 6E S &6S A K 464E 2A R 9/-1E 26S E R R P S 4T 6A 3P 2A T 6@PE C 6P S S 42B E X 6@PT 7P P K1E 26S E R &6@PV P 16E S 1E 26S E R T 6S A 6P B F 4T 42X P S 4E S 6E 6@PJ 9J .[9/-1E 26S E R R P S 426P S Q T E X T P 66R 42B 64Q P A 2KE V P S T @E E 6!L @P 6@P S 464T T 6A S 6P K X S E Q6@P T 6A 641T T 6A S 6E S T C K K P 21@A 2B P E X 6@P T 7P P K &6@P E V P S T @E E 6E X 6S A K 464E 2A R 9/-1E 26S E R R P S 4T ]A T 41A R R F Q E S P 6@A 2%#_&A 2K 6@PE V P S T @E E 6E X J 9J .[9/-1E 26S E R R P S 4T ]A T 41A R R F 1E 26S E R R P KZ 46@42&_!H \7P S 4Q P 26A R S P T C R 6TT @E Z6@A 6&1E Q 7A S P KZ 46@6S A K 464E 2A R9/-1E 26S E R &6@P 7S E 7E T P K 1E 26S E R R P S @A T 6@P A K V A 26A B P T E X T Q A R R A K 0C T 6Q P 2664Q P &Z 4K P T 7P P KS P B C R A 64E 2S A 2B PA 2KT Q A R R T 7P P K X R C 16C A 64E 2A 66@PT A Q PA K 0C T 6[Q P 26X S P Y C P 21F &Z @41@V P S 4X 4P T 6@P X P A T 4]4R 46F EX 6@P 1E 26S E R R P S !B '6C "(8+*]S C T @R P T T-=Q E 6E S $V P 16E S 1E 26S E R $7A S 641R P T Z A S QA R B E S 46@Q $9/-1E 26S E R R P S $1R E T P K [R E E 71E 26S E RD !引言在交通日益发达的今天&汽车己经成为人们出行的常用交通工具&全球汽车保有量不断增加%但汽车燃烧化石能源&带给人们方便的同时&也带来了严重的能源危机与环境问题%在当前全球能源结构调整和国家产业战略布局的大环境下&世界各国对交通运输未来发展的解决方案也提出了更高的要求%纯电动汽车驱动系统的主要动力来源是电动机&因此&对于电动机的选型至关重要%作为电动汽车的驱动电机&应具备调速范围宽'启动转矩大'电机体积小'质量轻'功率密度高的特点及要求%目前市面上电动汽车使用的电机主要有以下几种*直流电机!-=:"'开关磁阻电机!J U :"'交流感应电机!/:"和无刷直流电机!W >-="%无刷直流电机与其他电机相比&具有转矩脉动小'运行较平滑'动态响应快'可靠性高等优点&并能满足高性能电动汽车驱动控制的要求&使得无刷直流电机在私家轿车中被普遍采用%尤其国内稀土资源丰富&使得W >-=的制造和应用前景更为广泛%国产纯电动汽车基本都是使用无刷直流电机&作为其电动汽车的驱动电机%所以&作为电动汽车驱动系统的动力核心部件&W >-=控制器性能的好坏&将对电动汽车造成直接影响%国内对于无刷直流电机及其控制系统的研究虽然取得了一定的成果&但比起科技发达国家起步稍晚&仍有不足之处%特别是在电动汽车上所搭载的驱动电机&所处的运行环境复杂'情况多变'频繁启停&需要更为先进的电机控系统%因此&对于W >-=及其先进控制技术的研究仍然有巨大发展空间以及实用价值%国外对于无刷直流电机的控制技术的理论研究已经持!投稿网址 Z Z Z!0T 01R F3O !1E Q Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期田双文&等*""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于无刷直流电机控制器设计#%$$!#续了几十年&实际验证也已经趋于成熟%"#世纪上半叶&由于有刷直流电机换向电刷的存在&电机发热问题明显&使用寿命很短&而且能量转换效率低下&所以就不断有人尝试用非接触式的电子换向器件替换传统的机械换向电刷%然而&在研究的早期阶段&用于制造电力电子器件的半导体材料技术及其配套产业并不发达&没有合适的功率开关器件&所以对电子换向器的研究停留在试验尝试阶段%一般认为&W >-=控制系统的雏形&是美国科学家-#G A S S 4[T E 2在%(&&年&成功使用晶体管完成了直流电机换向功能%德国:A 22P T Q A 22公司研发的:;=系列无刷电机&及其配套的控制器在%(+'量产上市&标志着无刷直流电机在商业实践中进入到实用阶段%近几十年来&无刷直流电机越来越多地应用于智能机器人'工业设备'$-打印机'航空航天等领域&其广阔的应用前景促使各国在该领域的投资增加&尤其是美国'日本'欧美等发达国家%全球W >-=主流制造商主要有瑞士的;W W '美国的;Q P 6P 3'日本的M 4K P 1':42P ]P A %国内对无刷直流电机控制的研究始于"#世纪+#年代&而且研究力量主要集中在研究所和高校&主要使用在军事特种武器以及航空航天器上%直到"#世纪'#年代&无刷直流电机才在工业控制系统中逐步应用%进入"%世纪之后&国产无刷直流电机控制器相对于发达国家&价格昂贵&在技术水平上依然较为落后&难以满足实际工业生产中高性价比以及高可靠性的要求%无刷直流电机具有结构简单'运行效率高'调速性能好'维护方便等诸多优点&是电动汽车驱动系统的理想动力来源%本文根据电动汽车的特点以及使用场景&对无刷直流电机的控制系统进行分析%电动汽车上所搭载的驱动电机&所处的环境复杂&情况多变&频繁启停&但是目前电机控制器响应时间慢&控制精度低&稳态误差大&抗干扰能力弱&所以本文希望通过引入先进的控制策略来提高其运行性能&为无刷直流电机在电动汽车上的推广应用打下基础%E !控制系统结构及电机数学模型E G E !控制系统基本结构无刷直流电机控制系统是一种自调节变频同步电机系统&主要组成部分包括*功率控制器'电机本体'位置传感器以及控制器%如图%所示%图%!无刷电机控制系统结构框图无刷直流电机采用半导体开关器件组成的电子换向器&取代了传统的机械换向电刷%其主要工作原理是*位置传感器用于检测电机转子位置&并反馈到控制器$控制器对反馈信息作进一步处理&实现控制算法$功率驱动器主要由大功率开关管组成&根据控制信号实现-=[;=变换&完成电机驱动控制%E GF !无刷电机数学模型数学模型是对目标系统的近似模拟&在数学定义上描述实际被控系统中&各个物理量之间的数学关系%无刷直流电机是一个物理变量众多'变量间关系复杂的非线性时变系统%对于这样的电机控制系统设计时&有必要先建立数学模型&分析无刷电机的运行规律以及各个变量之间的因果定量关系%在准确而清晰的数学模型的基础上&进行控制算法的研究和分析&最后设计的控制器才能对电机实现优良的控制%为了便于简化分析过程&在建立模型之前&首先假定*%"忽略电机铁芯饱和&不计涡流和磁滞损耗$""永磁体材料的电导率为零&其内部的磁导率和空气一致$$"电机的气隙磁场在空气中呈正弦分布$,"转子上没有阻尼绕组$&"电机电流为对称三相电流%基于上述假设&电机定子绕组两端电压定义如下*G 1G A G <=>?B `'+!#!##!'+!##!#!'<=>?+515A 5<=>?B j $919A9<=>?B !%"其中*G 1'G A 'G B 是定子线圈绕组两端的相电压&'+是每个定子绕组线圈的等效电阻&51'5A '5B 是流经定子绕组线圈的相电流&91'9A '9B 是每个定子绕组线圈的总磁链&$`>+>*是微分算子%三相绕组总磁链由定子绕组的永磁体磁链和$个绕组共同构成&其定义如下*919A 9<=>?B `Q 11!N 1A !N 1BN A 1!Q A A !N A B N B 1!N B A !Q <=>?B B 515A 5<=>?B j 91&9A &9<=>?B &!""其中*Q 11&Q A A &Q B B 是定子绕组的自感&N 1B &N 1A &N A 1&N A B &N B 1&N B A 是定子绕组的互感&91&&9A &&9B &是转子磁通链过定子H '-'6三相绕组时产生的磁链&其定义如下*91&9A &9<=>?B &`9&1E T !,9&1E T !!,5""+$"9&1E T !!,j ""+$<=>?"!$"H '-'6三相定子绕组由转子永磁体磁场引起的感应电动势为*,1,A ,<=>?B `5$91&9A &9<=>?B &`*,9&T 42!,*,9&+54!!,5""+$"*,9&T42!!,j ""+$<=>?"!,"无刷直流电机在运行过程中&电流通过定子绕组&并根据电磁感应原理在定子绕组线圈周围产生电磁场&与永磁体磁场相互作用&产生电磁转矩&驱动电机的转子旋转&!投稿网址 Z Z Z!0T 01R F3O !1E Q Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%$,!#这就是电机拖动的基本原理%电磁转矩方程为*%,`!,151j ,A 5A j ,B 5B "*!&"电机的机械运动方程为**`"")#4!)"%,`[>*>*j -*j %T !+"无刷直流电机的相电压为控制系统的输入参数&则无刷直流电机的控制系统框图如图"所示%图"!系统传递函数框图如图"所示&可得无刷直流电机的传递函数为**!+"`P %/>!+"5!01j Q 1+"%Q !+"Q 1[+"j !01[j Q 1-G "+j !01-G j F ,P %"!'"其中*P %为电机的转矩系数&.为电机输出转速%F !电机控制算法分析与改进基于J 9J .算法改进的9/-控制器&9/-控制器自从上世纪$#年代被提出以来&已经经历了几十年的发展&被广泛应用与各个行业的各种控制系统中%经典9/-控制器主要优势在于参数少'适应性强'方便数字实现'稳定性好&在许多工业控制过程中都能得到比较满意的控制效果&其一般表示形式如下*图&!自适应整定9/-控制器算法流程图L !*"`P $,!*"j P 57*#,!,"K ,j P >K ,!*"K *!("其中*,!*"表示系统的误差&P $'P 5和P >分别表示对系统误差及其积分与微分量的加权值&最终的控制信号经过这样的加权计算后得出%由此可见P $'P 5和P >三个参数的设定决定了9/-控制器的性能&也决定了系统的整体控制效果%如果参数选取合适&那么系统误差将会不断的减小&最终达到控制要求%9/-控制器框图如图$所示%实际的电机控制系统中&特别是转速控制系统中&转速调节器常使用9/控制器&而不是采用9/-控制器&因为微分项常用在位置闭环控制系统中&起到提前预判位置的作用&由于本设计针对无刷电机进行转速控制&所以略去图$!9/-控制器框图微分项%在基于简化粒子群算法改进的9/-控制器中&把比例系数和积分系数P $'P 5&采用编码的形式表达为J 9J .中的粒子%由于已经略去&故将其设置为#&不进行迭代调整%粒子的适应度函数选取设定转速和实测转速的误差的平方对于时间的积分!/J H "&然后9/-参数由算法迭代寻优求得%基于J 9J .的参数自适应整定9/-控制器框架如图,所示%图,!J 9J .[9/-速度控制器架构为了获得一组最优的控制器参数P $'P 5&需要算法的优化目标进行设定&合适的适应度函数选取尤为重要%粒子群优化算法中&常用的性能标准主要有绝对误差积分!/;H "'平方误差积分!/J H "'时间乘平方误差积分!/8[J H "和时间乘以绝对误差积分!/8;H "这几种方式%为了选取到和本设计匹配的适应度函数&对这几种性能标准进行了综合评比&发现当适应度函数选用/J H 时&超调时间小'到达稳态时间短&稳态误差小%因此本文的目标适应度函数采用平方误差积分/J H 方式&其表达式为*9?#`7p #,"!*"K *!%#"其中*,!*"为预设转速与实际转速的差值%基于简化J 9J .算法改进的9/-控制器参数自适应整定的流程如图&所示%!投稿网址 Z Z Z!0T 01R F3O !1E Q Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期田双文&等*""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于无刷直流电机控制器设计#%$&!#分别对采用传统9/-控制器&以及采用J 9J .[9/-控制器的矢量控制系统进行空载仿真&负载突变仿真'转速突变仿真%首先在电机空载运行的情况下&设定电机转速为,###U 9:%对采用传统9/-控制器与J 9J .[9/-的电机矢量控制系统分别仿真&得到的转速响应曲线如图)所示%图)!空载时传统9/-与J 9J .[9/-转速响应图(!硬件系统总体结构框图然后&依然设定转速为,###转&初始负载为#<#&M #Q &在#<,T 时&对电机突加#<"M #Q 的负载扭矩&仿真所得的转速响应曲线如图+所示%最后&在负载设定#<#&M #Q &转速在#<&T 由"###S 7Q 跃变值,###S 7Q &两个控制器的仿真结果如图'所示%通过前面三组仿真结果对比可以看出&在矢量控制算法中的转速外环采用对控制参数进行自整定的J 9J .[9/-控制器%电机控制系统在启动时响应速度更快&稳定后超调量更小%负载突变时调整时间更短&转速失调更小%转速突变时响应时间更短&超调量更小%从超调量&响应时间&抗干扰能力多方面进行分析的结果都表明&采用J 9J .[9/-控制器的矢量控制算法性能更加优越%H !控制器硬件设计硬件电路系统分为核心控制模块和电机驱动模块两个模块%核心控制模块主要包括-J 9控制器以及其外围的复位电路'*8;N 接口电路'%<'g 及$<$g 供电电路和串口通信电路等%功率驱动模块主要包括光电隔离电路'栅极驱动放大电路'开关逆变桥路以及信号采样反馈电路等%核心控制模块是控制系统的数字电路部分&对其的供电电压均不超过&g &其中的%<'g 和$<$g 分别为-J 9的内核以及/+.口供电&-J 9通过片上集成的P c H 9模块和;-=模块接收到电机光电编码器以及电流采样电路的信号&运行整个控制算法%同时在此板卡上加入串口转J W 电路&由此可以实现-J 9与上位机的数据交换%硬件系统的总体图+!负载突变时仿真对比图'!转速突变时仿真对比结构如图(所示%功率驱动模块的核心电路是)个开关:.J 管组成的开关桥臂&此模块前级连接控制模块的输出信号&后级直接与无刷直流电机相连&由于无刷直流电机工作电流较大&为了防止后级电路对数字电路部分造成干扰&在功率驱动模块的信号输入部分加入了光电隔离电路&既保证了电信号的单向传输&又降低了扰动&同时防止后级短路等故障影响前级%由于:.J 管需要较强的驱动信号&才能快速通!投稿网址 Z Z Z!0T 01R F3O !1E Q Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#%$)!#断&提高控制系统的实时性&因此加入了栅极驱动电路&提升:.J 驱动信号的强度%此外&功率模块上还有相电流隔离采样&光电编码器电平转换电路等%除以上模块&还设计了一些外围滤波整形电路%本设计的无刷直流电机控制系统采用矢量控制策略&作为转速闭环控制系统&算法的运行需要$个重要的反馈信息*三相定子电流'电机转速以及转子角度%所以信号采集模块主要包括电流采样电路和光电编码器电平转换电路%I !控制器软件设计为了使电机控制器对无刷直流电机达到优良得控制效果&除了要设计良好的硬件平台之外&还要结合优秀的控制算法&并且将控制算法在具体的控制器中运行%对整个控制系统程序设计时&要根据具体需求出发%本次设计的无刷直流电机控制系统&需要对电机进行高性能控制%所以在对程序进行设计时&首先就要考虑实时性%设计的控制系统&电流控制内环的调节周期为&#-T&转速控制外环的调节时间为&#Q T %控制器需要在极短的时间内&处理大量数据&进行大量运算%因此&要保证程序设计以及代码编写时&尽可能精简指令&避免冗余&以提高系统响应的实时性%除了实时性之外&还要保证系统的稳定可靠%作为闭环调速控制系统&需要处理大量的反馈信号%虽然在硬件反馈电路上做了优化设计&但所有电路都有缺陷&不能保证完美无瑕%所以在程序设计时&加入容错机制&以提高系统的稳定性与可靠性%I G E !控制系统主程序结构设计为了产生周期性的9L:调制信号&矢量控制算法的核心程序&被设计在了定时器中断程序中%因此&控制系统的主程序只是执行一些基本的初始化操作%主要包括系统参数初始化&系统函数初始化&使能中断&配置中断向量表&各个模块初始化&然后进入中断管理程序%在中断管理程序中&包括了-J 9串口中断'定时器中断以及;-=采样中断等%直流无刷控制系统的主程序流程图如图%#所示%图%#!主程序流程图I G F !定时器中断程序设计为了满足电机控制系统实时性的要求&电流环控制周期设置较小%采用"#3G O 的9L:控制信号&定时器&#-T 触发一次中断&对三相逆变电路的:.J I H 8控制信号进行更新%本设计的转速控制系统&采用电流内环和电压外环&双闭环串级控制%由于电机转速响应无需达到微秒级别&同时也是为了减缓处理器的计算压力&所以此处将转速外环的控制周期设置为&#Q T %即完成%##次电流调节之后&再进行一次转速调整%转速外环调节周期设置较大&还有一个原因在于&本设计转速外环使用J 9J .[9/-控制器&因此可以留有足够的时间&对9/-控制器的参数进行自适应调整%中断服务程序流程图如图%%所示%图%%!转速调节中断服务程序流程图进入定时器中断后&首先判断是否到达转速调节时刻&即定时器是否计数值为&#Q T %若到达转速调节时刻&则比较转速误差&采用简化粒子群算法&对转速外环控制器参数自适应整定&接下来进行转速调整%由于采用>5`#控制策略&所以只需计算到期望的交轴电流大小即可%若是没有到达转速调节时刻&则跳转到电流控制环路%电流环路通过对采集到的电机三相电流&进行=R A S 3P 变换和9A S 3变换&得到实际的交轴电流S 5和直轴电流>5%并且与上个转速调节周期得到的期望交轴电流求得差值&再与期望值为#的直轴电流求得差值%进入电流调节器&再进行9A S 3逆变换&然后通过J g 9L:调制技术&生成周期为&#-T&但脉冲宽度随着系统需求实时改变的9L:信号%通过执行此中断控制程序&就完成了电机控制系统的矢量控制算法&达到了转速闭环控制的目的%I G H !5W 9>)调制程序设计矢量控制算法的中断实现程序中&J g 9L:调制环节用于产生9L:控制信号%为了得到接近于理想圆形的磁链轨迹&本设计采用的是空间矢量脉冲宽度调制技术产生9L:信号%J g 9L:调制程序设计流程图如%"所示%!投稿网址 Z Z Z!0T 01R F3O !1E Q Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期田双文&等*""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于无刷直流电机控制器设计#%$+!#图%"!J g 9L:调制程序设计I G I !基于595Q 算法的9P /控制器程序设计整个J 9J .参数整定的流程如图%$所示%图%$!简化粒子群算法设计流程J !实验结果与分析对无刷直流电机控制系统进行实际测试&为了更加直观的对电机控制系统进行测试&首先使用:;8>;W 的;99-P T 4B 2P S 工具设计了上位机调试控制界面&然后搭建了测试平台&对控制系统进行了基础功能测试&以及闭环调速控制测试&验证设计的无刷直流电机控制系统的性能%一般的&无刷直流电机运行时允许有一个小范围的速度波动%所以本节对两个9/-控制器采取相同的整定频次&进行对比测试%在测试过程中&通过光电编码器采集的脉冲信号计算出转速信息&然后通过串口转J W 电路&将-J 9采集计算的转速信息&传入上位机控制软件&进行显示%为了确保数据的可靠性&还使用了手持式非接触转速计&对电机转速进行测量%在电机码盘上粘贴反光片&通过接收反光片的反射光信号进行测速%测速分别对传统9/-以及J 9J .[9/-进行闭环调速测试&并记录在表%中%表%!稳态转速及误差统计预设转速传统9/-J 9J .[9/-实测转速误差范围实测转速误差范围自整定参数,##$'&!$%)s %)$(%!,#'s (P $`#<,"P 5`#<%(%"##%%++!%"""s "$%%(,!%"#)s )P $`#<&&P 5`#<",$###"(''!$#%%s %""((&!$##)s )P $`#<+$P 5`#<,&&##&,+%!&&$$s $(&,''!&&%$s %$P $`#<'(P 5`#<&%除了进行稳态测试&还对电机空载情况下的阶跃响应进行了测试%具体实施方式是通过观测上位机测试界面中时间5转速响应曲线&对不同转速情况下的电机控制器响应情况进行记录&如表"所示%表"!电机阶跃响应测试情况转化变速区间稳定时间传统9/-超调量超调量百分比稳定时间J 9J .[9/-超调量超调量百分比#!,##"$#,&%%<"&_%&#%(,<+&_#!"###"&#"%#%#<&_%+#'&,<"&_#!&###"'#&%#%#<"_%'#%'#$<)_"###!,###",#,%&%#<$'_%+#%&#$<+&_从表中数据可以看出&在电机的阶跃响应测试中&采用传统9/-控制器作为转速控制外环的矢量控制策略&在稳定时间以及超调量两个方面&都不如J 9J .[9/-控制器%不管是从#转速时刻启动&还是转速突变的情况&传统9/-控制器的超调量基本都在%#_以上&J 9J .[9/-控制器的超调量基本控制在&_以内%综上所述&采用J 9J .[9/-控制器&作为转速控制外环电的机控制器&从稳态误差'稳定时间和超调$个方面的表现&都优于传统的9/-控制器&基本实现了对电机转速的高精度控制%K !结束语本文以电动汽车搭载的无刷直流电机为背景&根据电机所处环境复杂&情况多变&频繁启停的情况&针对目前电机控制器响应时间慢&控制精度低&稳态误差大&抗干扰能力弱的现状&引入先进的控制策略来提高其运行性能&为无刷直流电机在电动汽车上的推广应用打下基础%在传统无刷电机矢量控制策略的基础上&对其转速外环的9/-控制器加入J 9J .[9/-参数自定算法&使得电机系统可以实时根据运行情况与需求速度&调整转速外环调节器的控制参数%最后对本文所设计的电机控制器进行了验证测试%实验结果表明&本文设计的无刷电机控制器系!投稿网址 Z Z Z!0T 01R F3O !1E Q Copyright ©博看网. 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单片机原理课程设计题目直流电机控制器设计学院物联网专业自动化姓名学号综合得分2011年6月目录1设计目的---------------------------------------------------------3 2设计要求---------------------------------------------------------3 3设计器件及设备-----------------------------------------------3 4设计原理---------------------------------------------------------3 5芯片选择及介绍-----------------------------------------------4 6芯片与驱动电路连接线路图-------------------------------5 7系统工作原理--------------------------------------------------6 8程序框图---------------------------------------------------------8 9程序清单-------------------------------------------------------11 10设计总结------------------------------------------------------14●设计目的通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程方法，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。
●设计要求利用仿真器和设计模板设计直流电机转速控制器●设计目的●设计要求●仪器设备●硬件线路图及主要芯片说明●系统工作原理（包括采样原理、数据存放单元原理、按键和显示处理原理、中断处理等）●程序框图●程序清单●设计体会●设计设备及器件PC机（1台）单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台（1台）●设计原理PWM 功率驱动电路硬件线路图：1234A BCD4321DCBAScale Sheet Size F CSM No.DWG No.Rev0 of 0A41钮海云 070408011521ZDJ_AZDJ_BMG-INJ78R792KQ1880508050Q13R772KR782KR752K R762KR812KQ128050D34001D44001R802K21Z D J_AZ D J_BJ30MG_COMR382KQ218050R7RES2Q198050Q108550Q98550MOV+dj ？C21104Q2080504001D9D104001MOV+MOV+R322KR332KMOV+由原理图我们可以看出：只要ZDJ_A 的电压比ZDJ_B 的电压高，则电机正转；如果ZDJ_B 的电压比ZDJ_A 的电压高，电机反转。
注：设计实验时，考虑到如果用软件实现电动机的反转时相对较麻烦，于是采用硬件来实现其反转，即只需将仿真仪器上直流电机的B 端子接到D1区J53的非KEY1、KEY2端子上，对其进行置1即可实现。
●芯片选择：80518051单片机内部结构：含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O 接口、串行接口、定时器/计时器、中断系统、振荡器等功能部件。
8051部分引脚说明：主电源引脚Vcc：接+5V电源正端Vss：接+5V电源地端2.外接晶体引脚XTAL1：片内反相放大器输入端。
XTAL2：片内反相放大器输出端。
3.输入/输出引脚P0.0~P0.7：P0口的8个引脚。
在不接片外存储器与不扩展I/O接口时，可作为双向输入/输出接口。
P1.0~P1.7：P1口的8个引脚。
可作为准双向I/O接口使用。
P2.0~P2.7：P2口的8个引脚。
一般可作为准双向I/O接口。
P3.0~P3.7：P3口的8个引脚。
除作为准双向I/O接口使用外，还具有第二功能。
4.控制线ALE/PROG:地址锁存有效信号输出端。
PSEN：片外程序存储器读选通信号输入端。
RST/VPD：复位端。
EA/VDD：片外程序存储器选用端。
●芯片与驱动电路的连接线路图线路图说明：图中的J78即为直流电机的接线端子，用导线将J78的ZDJ_A端子与8051的P1.0接口相连，其ZDJ_B端子接地（可接到C1区的GND）；8051的P1.1、P1.2分别接到D1区J53接口的SW1和SW2上（注：为了便于实验时的操作方便，可不选用点动仿真的J53接口，而采用上图所示的D1区调节按钮）。
●系统工作原理采样原理：利用PWM控制直流电机的调速。
PWM 的调速原理：PWM 调速是通过改变输出脉冲的占空比，从而改变电机转速的一种调速方法。
PWM 调速分为单极性和双极性两种。
在单极性方式下，电机的转动方向不变，改变的只是转速；而在双极性方式下，电机的转动方向和转速都是可变的。
以下以单极性为例说明PWM 调速的基本原理：假设一个脉冲周期内，高电平电压为Us，持续时间为t1；低电平为0V，持续时间为t2。
则脉冲周期T=t1+t2，该周期内平均电压U0=t1*Us/T。
令α=t1/T，则U0=α*Us，α表示占空比。
就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM 调速原理。
在双极性方式下，如果U0为负，意味着电机将反转，转速由U0 的绝对值控制。
严格地讲，平均速度U0与占空比α并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。
关于占空比：占空比(Duty Cycle)在电信领域中有如下含义: 在一串理想的脉冲序列中(如方波),正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。
占空比的计算：设一个脉冲周期为T，t1为高电平持续时间，则占空比α=t1/T。
●数据存放单元安排P1.0用于控制PWM的输出，而P1.1和P1.2在我的设计思路里，是通过外部硬件使他们分别为高电平、低电平，以改变占空比，从而实现调速，具体说来就是使P1.2 、P1.1分别为：00（空速状态），01（低速），10（高速），11（全速）。
●按键通过对D1区J53的SW2、SW1按键进行置1或置0改变P1.2、P1.1的输出，即改变占空比，实现调速。
●程序框图主程序流程图选择计时器工作方式2P1.2是否为0程序初始化转至LOWSPEED 转至LOWSPEEDYN转至FULLSPEEDP1.0是否为0P1.1是否为0转至 HIGHSPEED执行子程序FULLSPEEDYNYN跳转至VOIDSPEED执行子程序LOWSPEED子程序流程图（注：因为四个子程序模块功能类似，故只画了一个子程序流程图）执行子程序FULLSPEEDP1.0 为0？转至HIGHSPEED YN计时器0、1分别装入初值计时器0开始计时T0响应中断？YNP1.0置1，计时器1开始计时T1响应中断？YNP1.0清零返回MAIN●程序清单ORG 0000HMAIN: MOV TMOD,#22H ；选择计时器工作方式2：自动装载初值的8位计时器JNB B.2,LOWSPEED ；P1.2为0，则转到LOWSPEEDAJMP FULLSPEEDFULLSPEED: JNB B.1,HIGHSPEED ；P1.1为0，则转HIGHSPEEDMOV TH1,#00HMOV TL1,#00H ；给计时器1装入初值MOV TH0,#0FEHMOV TL0,#0FEH ；给计时器0装入初值SETB TR0 ；计时器0开始计时WAIT1: JBC TF0,SETH1 ；计时器0响应中断，转到SETH1AJMP WAIT1SETH1: SETB B.0 ；P1.0置1SETB TR1 ；计时器1开始计时WAIT2: JBC TF1,SETL1 ；计时器1响应中断，转到SETL1AJMP WAIT2SETL1: CLR B.0 ；P1.0清零AJMP MAINHIGHSPEED:MOV TH1,#00H ；以下模块与FULLSPEED类似，不再赘述MOV TL1,#00HMOV TH0,#0F0HMOV TL0,#0F0HSETB TR0WAIT3: JBC TF0,SETH2AJMP WAIT3SETH2: SETB B.0SETB TR1WAIT4: JBC TF1,SETL2AJMP WAIT4SETL2: CLR B.0AJMP MAINLOWSPEED: JNB B.1,VOIDSPEEDMOV TH1,#00HMOV TL1,#00HMOV TH0,#0E0HMOV TL0,#0E0HSETB TR0WAIT5: JBC TF0,SETH3AJMP WAIT5SETH3: SETB B.0SETB TR1WAIT6: JBC TF1,SETL3AJMP WAIT6SETL3: CLR B.0AJMP MAINVOIDSPEED:MOV TH1,#00HMOV TL1,#00HMOV TH0,#01HMOV TL0,#01HSETB TR0WAIT7: JBC TF0,SETH4AJMP WAIT7SETH4: SETB B.0SETB TR1WAIT8: JBC TF1,SETL4AJMP WAIT8SETL4: CLR B.0AJMP MAINEND●设计总结（1）功能实现：此次设计通过PWM技术改变占空比以实现直流电机的调速。
通过外部按键对8051的P1.2、P1.1端口置1或置0可以实现不同档次的调速，例如：P1.2、P1.1状态为1、1时即为全速状态，1、0时即为高速，0、1即为低速，0、0即为空速。
在程序调试中，亦实现上述调速规律。
因此，本实验基本达到了预期的调速目的。
（2）实验设计中的几点问题①电机正反转的切换并不是由软件程序实现而是由硬件控制，有悖设计初衷，但基本实现设计要求，仅能算是其中的不足之处。
②该程序虽然能进行不同档次的调速，但并不能实现连续控制。
程序中通过SW1、SW2输入数字信号，只能实现四级速度的跳转。
但是在仿真试验中时，虽然电机也是按输入指令达到某一个速度，但整个调速过程却是连续的，而不是断点控制。
对于这点很容易理解，因为速度不可能突变，所以仿真时，虽然没有添加连续控制程序，但电机仍然实现了连续调速的过程。
而进一步添加电机转速的连续控制是改课程设计的改进之处。
（3）设计体会通过这次课程设计，对这学期学习的关于单片机的内容进行了一个全面的回顾。
对其中占空比的计算和编程、PWM调速原理等在课题中涉及的知识做了更加全面的了解和掌握。
在课程设计过程中，按照所学知识进行编程，但在仿真过程中依旧遇到各种问题，在解决过程中，对单片机的理解又有了提升。