减速直流电机角度控制器
设计综合性实验报告
课程名称：减速直流电机角度控制
院（系）：电子工程与自动化学院
专业：自动化
学生学号：02
学生姓名：伍仲明
指导教师：李平赵学军龙超
2011年9月18日
摘要
在工业生产过程中，减速直流电机角度控制器能实现控制生产流程、控制器械精度并可实现精确的检测与调度工作。同时它也有简单易操作、界面友好快捷的特点，对于工业生产也起到了提高生产效率的作用。
本论文介绍了基于STC12系列的单片机的减速直流电机角度控制器的设计，电动机角度控制可以应用于很多自动化设备的控制，它是以STC12C5A60S2作为主要控制芯片，采用4个功率N型MOS管构成H桥对减速直流电动机进行正反转控制，采用电位器与电动机的同轴连接对电动机的转角进行测量与控制。
关键词：自动化控制技术；单片机；减速直流电动机；同轴连接；测量与控制
Abstract
In the industrial production process, the slow realization of DC motor controller can control the angle of the production process, control equipment and to achieve accurate detection accuracy and scheduling work. It also has a simple and easy to operate, user friendly and fast characteristics, for the industrial production also played a role in improving production efficiency.
This paper describes the series of microcontrollers based on the deceleration STC12 DC motor controller design point of view, the motor angle control can be used in a lot of automated equipment control, it is STC12C5A60S2 as the main control chip, using four power N-type MOS tube form H Bridge on the reversing gear DC motor control, using potentiometer and motor angle coaxial connector on the motor to measure and control.
Key words: Automation and control technology;SCM;DC motor deceleration; Coaxial connectors; Measurement and Control
目录
引言 .................................................................................... 错误!未定义书签。
2 硬件电路原理及设计................................................... 错误!未定义书签。主控系统的设计 ...................................................................................... 错误!未定义书签。单片机STC12C5A32S2介绍............................................................................................ 错误!未定义书签。主控系统各部分电路设置.............................................................................................. 错误!未定义书签。下载电路与通信电路介绍.............................................................................................. 错误!未定义书签。电机H桥驱动电路的设计...................................................................... 错误!未定义书签。驱动电路H桥的组成 ..................................................................................................... 错误!未定义书签。集成电路IR2111应用介绍............................................................................................. 错误!未定义书签。直流电机PWM控制原理............................................................................................... 错误!未定义书签。减速直流电机的简介 .............................................................................. 错误!未定义书签。电机转动角度检测 .................................................................................. 错误!未定义书签。单圈电位器介绍.............................................................................................................. 错误!未定义书签。
3 程序设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。电机控制信号的产生 .............................................................................. 错误!未定义书签。利用定时器0产生PWM信号....................................................................................... 错误!未定义书签。A/D数据采集程序设定........................................................................... 错误!未定义书签。串口通信程序设计 .................................................................................. 错误!未定义书签。
4 系统调试 ...................................................................... 错误!未定义书签。静态调试 .................................................................................................. 错误!未定义书签。动态调试 .................................................................................................. 错误!未定义书签。
6 结论 .............................................................................. 错误!未定义书签。
谢辞 ................................................................................ 错误!未定义书签。参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。附录 ................................................................................ 错误!未定义书签。
引言
控制技术是在是在上世纪20年代建立了以频域法为主的经典控制理论后发展起来的，控制技术首先在工业生产中得到了广泛的应用。在空间技术发展的推动下，50年代又出现了以状态空间法的现代控制理论，使控制技术得到了广泛的发展，产生了更多的应用领域。60年代以来，随着计算机技术的发展，控制技术走向了自动化的方向。随着计算机技术的日渐成熟，自动化控制技术与计算机的结合已经成为必然。用计算机控制所有机械的运行才能减少劳动力的浪费。
本文介绍的减速直流电机角度控制器主要控制核心为STC12系列的单片机，并搭配用功率MOS管组建成的H桥驱动电机正反转。将减速直流电机的输出轴与单圈电位器的轴连接好，利用电位器可以进行角度测量，设计H桥功率驱动电路，采用PWM驱动电动机正反转，设计控制器实现0~180度角度控制，控制精度±1度，通过键盘进行角度设置，实际角度可以实时显示。
2 硬件电路原理及设计
减速直流电机角度控制器主要是以单片机为核心，结合H桥驱动电路、电压检测来完成所需功能。总体系统框图如图2-1所示：
图2-1 系统总框图
主控系统的设计
在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速度、体积
小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器，单片机结合简单的接口电路即可构成单片机最小系统，它是智能化仪器仪表的基础，也是测控、监控的重要组成部分。在单片机性能与设计需求的综合考虑下，本设计选择了STC12C5A32S2单片机作为主控芯片，主控系统还包括了由晶振组成的外部振荡电路和开关复位电路的设计，四个测试用的按键、四个指示与测试用发光二极管和一个七段四位共阴数码管。主控系统如图2-2。
图2-2 主控系统电路图
2.1.1单片机STC12C5A32S2介绍
STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒),针对电机控制，强干扰场合。另外还有以下特点：
1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。
2.工作电压：。
3.工作频率范围：0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz。
4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节等。
5.片上集成1280字节RAM。
6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每
个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA。
（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)。
9.独立看门狗功能。
10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻
图2-3 STC12C5A60S2单片机引脚图
2.1.2主控系统各部分电路设置
振荡电路用于产生外部时钟和复位电路用于单片机系统的复位，两者是单片机系统最常用的应用，读者可查阅相关应用书籍和资料，本文就不做累述。
系统中的四位共阴数码管用于电机转动度数的显示与设置，当用STC12系列单片机P0口驱动数码管时，需要像8051单片机一样，需加上1K到10K的上拉电阻来加强P0口的驱动能力。
主控系统中的四个按键用于独立控制电机和做测试用；四个发光二极管用于测试，同时也可起到指示的作用。
口与口用于发送驱动电机正反转的信号；口作为A/D数据采集口。
2.1.3下载电路与通信电路介绍
STC12系列的单片机与其他STC系列单片机一样，只需要用过串口线与电脑连接,再借助RS232芯片的转换,最终连到单片机上(RXD)口与(TXD)口,即可通过电脑端的STC-ISP软件控制下载"用户程序"到STC单片机上了。用户可自行选择使用T1，R1或是T2，R2，均能正常下载。
图2-4 MAX232芯片管脚图
MAX232外围需要4个电解电容C1、C2、C3、C4 ,是内部电源转换所需电容。其取值均为1μF/25V。宜选用钽电容并且应尽量靠近芯片。C5为μF的去耦电容。
MAX232 的引脚T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT 为接TTL/ CMOS 电平的引脚。引脚T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN为接RS-232C电平的引脚。因此TTL/CMOS电平的T1IN、T2IN引脚应接MCS-51的串行发送引脚TXD；R1OUT、R2OUT应接MCS-51的串行接收引脚RXD。与之对应的RS-232C电平的T1OUT、T2OUT 应接PC 机的接收端RD；R1IN、R2IN应接PC机的发送端TXD。
MAX232的用法如下：
1. 在C1+和C1-两端、C2+和C2-两端、V+和地两端、V-和地两端分别接一个μf(105)电容。
2. 可以将两路RS-232C电平转换成两路TTL电平。分别从R1IN和R2IN输入，对应从T1OUT和T2OUT输出。注意，输入和输出的逻辑值保持一致，如输入-5V，即逻辑1，输出也是逻辑1，TTL电平为高电平，即左右。
3. 可以将两路TTL电平转换成两路RS-232C电平，分别从T1IN和T2IN输入，对应从R1OUT和R2OUT输出。同样输入和输出的逻辑值保持一致。
图2-5 标准RS-232“D”型插头
本文系统的下载电路如图2-6所示。
图2-6 STC系列单片机下载电路
本文设计的系统通信电路主要通过总线驱动芯片MAX485来完成，该电路不仅能用于单片机与计算机的通信，而且能用于单片机与单片机的通信。
MAX485芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。MAX485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以10Kbps速率传输数据时传输距离可达12m，而用100Kbps时传输距离可达1.2km。如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外RS-485实现了多点互连，最多可达256台驱动器和256台接收器，非常便于多器件的连接。可实现半双工通信。图2-7为MAX485的引脚配置图。
图2-7 MAX485 引脚配置图
当要实现计算机与单片机的通信时，一般计算机上需要接上RS-485接口卡，然后再用传输线连接到单片机系统上的MAX485芯片上，最终再与单片机相连。
图2-8 单片机与PC 机串行通信原理图
图
电机H 桥驱动电路的设计
本文设计的H 桥驱动电路是用四个N 型功率场效应管IRF540来搭建，并配以两个功率场效应管半桥驱动芯片IR2111作为外围驱动电路。
Q1IRF540
Q2IRF540
Q3IRF540
Q4
IRF540
M 1
DC M OTOR 12V
GND
IN 2LO 4NC
5Vs
6
HO 7Vb 8U2IR2111IN
2
LO 4NC 5Vs 6HO 7
Vb 8U3
IR2111
12V
C2C 104
12V
C3104
R120
R220
R4
20
R320
Q5
8050
GND
12V
R6R 5.1K
Q6
8050
GND
12V
R5R 5.1K
1
2J1
ZHENG-FAN
D5
4148
D64148
图2-11 电机H 桥驱动电路图
2.2.1驱动电路H 桥的组成
H 桥驱动电路是典型的控制电机正反转的电路，该电路可以用三极管或P 和N 型功率场效应管(简称MOS 管)来搭建均可。相对于普通三极管,MOS 管由于结构和原理的不
PC 机 RS-485接口卡 MAX485 单片机
同，导通电阻远比普通三极管低，允许流过更大的电流。而且MOS管都内置有反向二极管来保护管子本身。所以采用MOS管连接H桥不但效率可以提高，电路也可以简化。所以本文作者选用了四个N型MOS管IRF540来组成基本的H桥驱动电路。
图2-12 H桥驱动基本电路
由图2-11可知，要使直流电机运转,必须导通对角线的一对MOS管。根据不同MOS 管对的导通情况，可以得出正转、反转和停止三种电机状态。当Q1与Q4导通，Q2与Q3截止时，图中的直流电机上的电流从左流向右，此时电机正转；当Q2与Q3导通，Q1与Q4截止时，图中的直流电机上的电流从右流向左，此时电机反转；当Q1 、Q2、Q3和Q4四个MOS管同时截止时，电机上无电流通过，电机停止运转。
表2-1 电机运行状态表
如今市面上已有很多封装好的H桥集成电路，相对于用分立元件制作的H桥要简易很多，只要接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P和SN754410等。
2.2.2集成电路IR2111应用介绍
IR211l是功率MOSFET和IGBT专用栅极驱动集成电路，可用来驱动工作在母线电压高达600V的电路中的N沟道功率MOS器件。采用一片IR 211l可完成两个功率元件的驱动任务，其内部采用自举技术，使得功率元件的驱动电路仅需一个输入级直流电源；可实现对功率MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有完善的保护功能。IR2111典型应用电路如图2-13所示。
图2-13 IR2111典型应用电路
图中上管是指接到高电压端的N沟道MOSFET或IGBT，注意应外接或内置保护、续流二极管，下管是指接到低电压端的MOSFET或IGBT。
Vcc是给IR21ll供电的电源，以15V为最佳。Vcc降低至10V，IR2111也能工作，但会增加MOSFET或IGBT的开关损耗。
IN是控制信号的输入端，输入等效电阻很高，可直接连接来自微处理器、光耦或其它控制电路发出的信号。逻辑输人信号与CMOS电平兼容，在Vcc是15V时，O～6V的电压为逻辑0；～15V的电压为逻辑1。输入端电压为逻辑1时，IR2111输出端H0输出高电平，驱动上管；输出端L0输出低电平，关闭下管。输入端电压为逻辑0时,情况正好相反。IR2111内部设置了650ns的死区时间(Deadtime)，可防止上下管直接导通造成短路事故。
COM是接地端，直接和下管MOSFET的源极S或IGBT的发射极E相连。
HO、LO分别是上、下管控制逻辑输出端,逻辑正时输出典型电流为250mA，逻辑负时输出典型电流为500mA，输出延迟时间不会超过130ns。
Vb是为高压侧悬浮电源端，Vs是高压侧悬浮地，它们的电位随上管的导通截止而变化，变化幅度可高大近600V。
上、下管电容里存储的电荷，用来快速导通上、下功率管，一般使用以上的非电解电容。上管电容的充电是在下管导通或负载有电流通过时自行完成的，也称为自举电容。充电回路是Vcc→上管电容充电二极管→上管电容→下管或负载→COM。控制信号长时间的为逻辑1，会导致上管电容的电荷用尽而截止上管，因而控制信号的占空比不能为100%。
上管电容充电二极管用来防止上管导通时，高压电窜入Vcc端损坏低压器件，也称自举二极管。在高端器件开通时，自举二极管必须能够阻止高压，并且应是快恢复二极管．以减小从自举电容向电源Vcc的回馈电荷。其反向耐压应大于功率端电压，恢复时间应小于100ns。
上、下管保护电阻的作用，是通过其延缓功率管极间电容的冲、放电速度，从而降低不必要的高开关速度，起到保护功率管的作用，一般阻值在几个到几十个欧姆。
同时本文作者在这里还要说明一下IR2111在使用中可能出现的问题：
（1）该电路在静态测试时，如果没有接负载，控制信号的输入端为逻辑1时，上管控制逻辑输出端HO的高电位只能维持很短的时间。若输入占空比变化的脉宽调制信号，就可以观察到HO的电位随占空比而变化，这是上管充电的缘故，LO端就不会有这个问题。
（2）Vs的负过冲。当桥电路负载为感性时，上管的关断会引起负载电流突然转换到下管的续流二极管，由于二极管开通延迟，正向压降和杂散电感会使Vs点负过冲到参考地以下。在死区时间内，如果负载电路不能完全恢复，当下管器件硬开通时，会发生Vs负过冲或振荡。IR21ll的Vs至少有抗5V的负过冲能力，一般不会有问题，负过冲水平超过该值。可采用IR公司推荐的几种方法：减小杂质参数、杂散电感、改善耦合、减小dv/dt等。
2.2.3直流电机PWM控制原理
由上文可知，两片IR2111芯片的控制信号输入端IN和IN’如果只是单纯的输入一个为逻辑0而另一个为逻辑1的静态逻辑信号时，电机只能抖动一下，无法正常运作。所以我们得运用到脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation-简称PWM）信号。
PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或控制电压脉冲的宽度和周期以达到变压变频目的的一种控制技术。
通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。
减速直流电机的简介
减速直流电机是指减速机和直流电机的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。通常由专业的减速机生产厂进行集成组装好后成套供货。减速电机广泛应用于钢铁行业、机械行业等。使用减速电机的优点是简化设计、节省空间。而减速电机还有下列特点：
1、减速电机结合国际技术要求制造,具有很高的科技含量。
2、节省空间,可靠耐用,承受过载能力高,功率可达95KW以上。
3、能耗低,性能优越,减速机效率高达95%以上。
4、振动小,噪音低,节能高,选用优质段钢材料,钢性铸铁箱体,齿轮表面经过高频热处理。
5、经过精密加工,确保定位精度,这一切构成了齿轮传动总成的齿轮减速电机配置了各类电机,形成了机电一体化,完全保证了产品使用质量特征。
6、产品才用了系列化、模块化的设计思想,有广泛的适应性,本系列产品有极其多的电机组合、安装位置和结构方案,可按实际需要选择任意转速和各种结构形式。
减速直流电机实物图如图，直流电机前端接的即为减速机。
图2-15 减速直流电机实物图
电机转动角度检测
对于电机角度检测本文作者采用了减速直流电机转轴与单圈电位器旋钮轴同轴连接的方法来实现，即电机的转轴通过同轴连接可以带动电位器旋钮轴，而单圈电位器的两端引脚分别接电源与地，电位器中间教接入到STC单片机口作为A/D采样样本。这样就可以通过口的电压变化检测出电机的转动角度了。
2.4.1单圈电位器介绍
用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。
单圈电位器即是转动度数大约为300度的电位器，一般运用于音频功放电路中。
图2-16 单圈电位器实物图
3 程序设计
减速直流电机角度控制器的程序主要包括三部分：直流电机控制程序，A/D数据采集程序和串口通信程序。图为系统总程序流程图。
图3-1 系统程序流程图
电机控制信号的产生
根据驱动电路要求，控制电机正反转的信号必须为脉冲宽度调制（PWM）信号，本文作者利用了STC12系列单片机的定时器0来产生固定占空比的PWM信号。下面介绍一下单片机的定时器特点与定时器设定程序。
STC12C5A60S2系列单片机内部设置的两个16位定时器/计数器T0和T1都具有计数方式和定时方式两种工作方式。对每个定时器/计数器(T0和T1)，在特殊功能寄存器TMOD中都有一控制位—C/T来选择T0或T1为定时器还是计数器。定时器/计数器的核心部件是一个加法(也有减法)的计数器，其本质是对脉冲进行计数。只是计数脉冲来源不同：如果计数脉冲来自系统时钟，则为定时方式，此时定时器/计数器每12个时钟或者每1个时钟得到一个计数脉冲，计数值加1；如果计数脉冲来自单片机外部引脚(T0为,T1为，则为计数方式，每来一个脉冲加1。
当定时器/计数器工作在定时模式时，特殊功能寄存器AUXR中的T0x12和T1x12分别决定是系统时钟/12还是系统时钟/1(不分频)后让T0和T1进行计数。当定时器/计数器工作在计数模式时，对外部脉冲计数不分频。
定时器/计数器0有4种工作模式：模式0(13位定时器/计数器),模式1(16位定时器/计数器模式),模式2(8位自动重装模式)，模式3(两个8位定时器/计数器)。定时器/计数器1除模式3外，其他工作模式与定时器/计数器0相同，T1在模式3时无效，停止计数。
本系统用到了定时器0，下面是用定时器0的模式0定时1毫秒的程序：
void main(void)
{
TMOD=0X00; 3.1.13.2 A12C5A12C5A12C5A 12C5A1M1M}
串口通信程序设计
STC12C5A60S2系列单片机具有2个采用UART(Universal Asychronous Receiver /Transmitter)工作方式的全双工串行通信接口(串口1和串口2)。每个串行口由2个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。每个串行口的数据缓冲器由2个互相独立的接收、发送缓冲器构成，可以同时发送和接收数据。发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入，因而两个缓冲器可以共用一个地址码。串行口1的两个缓冲器共用的地址码是99H；串行口2的两个缓冲器共用的地址码是9BH。串行口1的两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器SBUF；串行口2的两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器S2BUF。
STC12C5A60S2系列单片机串行口1对应的硬件部分是TxD/和RxD/引脚，串行口2对应的硬件部分是TxD2和RxD2。通过设置特殊功能寄存器AUXR1中的S2_P4/位，串行口2(UART2)功能可以在P1口和P4口之间任意切换。当串行口2功能在P1口实现时，对应的管脚是RxD2和TxD2。当串行口2功能在P4口实现时，对应的管脚是RxD2和TxD2。
下面的程序是本设计程序的通信部分，按照设计要求，只设计了单片机接收：
void main(void) 谢赵流电机闭环控制系统[J].科技资讯,2010
[2] 王之道,周靖.一种基于AT89C2051单片机的直流电机调速装置[J].机械工程与自动化,2009
[3] 岳东海,颜鹏.直流电机PWM无级调速控制系统设计[J].价值工程,2010
[4] 江信建.交流伺服电机的单片机控制及其应用[J]机电技术,2004,(02).
[5] 王喜明,高伟.单片机对直流伺服电机控制的研究[J]科学技术与工程,2007,(14).
[6] 许贤泽,童爱清.高精度直流伺服电机的数字控制系统研究[J]武汉大学学报(工学版),2010
[7] 李超, 李波.一种实用型直流电机控制电路的设计[J].现代电子技术,2008
[8] 邹爱成,魏真.数控火焰切割机自动调高器中直流电机控制系统设计[J].装备制造技术,2009
附录
主控系统PCB:
H桥驱动电路PCB:
程序设计:
#include <>
#include ""
#include ""
unsigned char code weixuan[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};3f4f7f6f1M1M else {
if(i==2) P0=duanxuan[rang[i]]+0x80;
if(i!=2) P0=duanxuan[rang[i]]; }
无刷直流电机的驱动及控制
无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”
图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电
直流电机与步进电机同步实现方案
重庆邮电大学研究生堂下考试答卷 2012-2013学年第1学期 考试科目机电系统控制理论 姓名 年级 专业 2012年12 月31 日
目录 1 设计任务书------------------------------------------------------------------------------------1 1.1功能介绍--------------------------------------------------------------------------------1 1.2技术指标--------------------------------------------------------------------------------1 2 技术书明书-----------------------------------------------------------------------------------2 2.1 设计方案-------------------------------------------------------------------------------2 2.1.1 MCU的选择-------------------------------------------------------------------2 2.1.2 步进电机的驱动模块--------------------------------------------------------2 2.1.3 直流电机的驱动模块--------------------------------------------------------2 2.1.4 测速模块-----------------------------------------------------------------------2 2.1.5 显示模块-----------------------------------------------------------------------2 2.2 原理图设计----------------------------------------------------------------------------2 2.3 PCB图设计-----------------------------------------------------------------------------2 2.4 元件类型-------------------------------------------------------------------------------2 3 程序代码-------------------------------------------------------------------------------------3
基于单片机的直流电机控制器的设计
目录 摘要............................................................................................................................................................... I I ABSTRACT ................................................................................................................................................. III 1系统论述 (5) 1.1设计思路 (5) 1.2基本原理 (5) 1.3总体设计框图 (5) 2直流电机单元电路设计与分析 (6) 2.1直流电机驱动模块 (6) 2.2直流电机的中断键盘控制模块 (11) 2．31602LCD液晶显示模块 (13) 3直流电机PWM控制系统的实现 (15) 3.1总电路图 (15) 3.2总电路功能介绍 (16) 3.3直流电机控制程序 (16) 4系统仿真 (23) 5结束语 (26) 参考文献资料 (27)
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和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。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，不断给光电隔离电路发送PWM 波形，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。
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
直流电机转速控制
直流电机转速控制公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
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) 设计要求 (2) 设计框图 (2) 2．直流电机转速控制硬件设计 (3) 主要器件功能 (3) 硬件原理图 (6) 3．直流电机转速控制软件设计 (7) 4．调试 (8) 硬件测试 (8) 软件调试……………………………………………………………(11
1．直流电机转速控制方案设计 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。 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 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，电源正端为VCC，电源地为GND。 2、ZLG7290的核心是一块ZLG7290B芯片，它采用I2C接口，能直接驱动8位共阴式数码管，同时可扫描管理多达64只按键，实现人机对话的功能资源十分丰富。除具有自动消除抖动功能外，它还具有段闪烁、段点亮、段熄灭、功
交流 直流电机的选择比较
1 电机类型选择 1.1 电机类型 他励电机 激励直流电机串励电机 直流电机复励电机复励电机 永磁直流电机（小功率） 鼠笼型电机 异步电机 交流电机绕线型电机 普通同步电机 同步电机无换向器电机 磁阻电机 1.2 交流电机与直流电机的比较： 交流电机结构简单，价格便宜，维护方便，但起动及调速特性不如直流电机。因此当生产机械起动、制动及调速无特殊要求时，应采用交流电机。但近年来，随着电力电子技术的发展，交流调速装置性能与成本已能和直流调速装置竞争，越来越多的直流调速领域被交流调速所占领。 不需调速的机械，包括连续工作制、短时工作制和重复短时工作制机械，应采用交流电机。在某些操作特别频繁、交流电机在发热和起动特性上不能满足工艺要求时，如可逆轧机前后工作辊道、机架辊等，才考虑直流电机。（GD2——飞轮转矩） a）直流电机受换向器限制，按目前制造水平，其最大转速与功率成绩～106kW·r/min。当接近或超过该值时，需采用交流电机。 b）同转速下，交流电机GD2比直流电机小。电机转速越高，交流、
直流电机GD2之差越大。 c）直流电机GD2大和功率受限。因此许多大型连轧机组轧机主传动采用双电枢、三电枢直流电机传动，但造价高、占地面积大。随着交流调速技术发展，多电枢方案已不可取，应考虑采用单台交流电机。如高速线材精轧机组主传动，采用单台交流电机方案。 d）直流电机效率低、耗能大，散热条件差，需要冷却通风功率大。交流同步电机的效率高，通风功率小，比直流电机节能、节水。交流异步电机功率因数低，效率与直流电机差不多。 e）在环境恶劣场合应采用无换向器、无火花、密闭的交流电机。 f）交流、直流电机调速性能差不多。交流电机本身维护工作量较小，其调速系统要求有较高的调整和维护水平。 2 电机电压选择 工业企业供电电压一般为10kV、6kV、380V。 电机额定电压和容量范围见下表。
直流电机控制系统设计
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
沈阳航空航天大学 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 班级学号姓名 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 课程设计的内容及要求： 1.内容 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)
直流电机控制
直流电机控制电路 永磁式换向器直流电机，是应用很广泛的一种。只要在它上面加适当电压。电机就转动。图9是这种电机的符号和简化等效电路。 工作原理 这种电机由定子、转子、换向器(又称整流子)、电刷等组成，定子用作产生磁场。转于是在定子磁场作用下，得到转矩而旋转起来。换向器及时改变了电流方向，使转子能连续旋转下去。也就是说，直流电压加在电刷上，经换向器加到转子线圈，流过电流而产生磁场，这磁场与定子的固定磁场作用，转子被强迫转动起来。当它转动时，由于磁场的相互作用，也将产生反电动势，它的大小正比于转子的速度，方向和所加的直流电压相反。图9(b)给出了等效电路。Rw代表转子绕组的总电阻，E代表与速度相关的反电动势。 永磁式换流器电机的特点 ·当电机负载固定时，电机转速正比于所加的电源电压。 ·当电机直流电源固定时，电机的工作电流正比于转予负载的大小。 ·加于电机的有效电压，等于外加直流电压减去反电动势。因此当用固定电压驱动电机时，电机的速度趋向于自稳定。因为负载增加时，转子有慢下来的倾向，于是反电动势减少，而使有效电压增加，反过来又将使转子有快起来的倾向，所以总的效果使速度稳定。 ·当转子静止时，反电动势为零，电机电流最大。其最大值等于V／Rw(这儿V是电源电压)。最大·电流出现在刚起动的条件。 ·转子转动的方向，可由电机上所加电压的极性来控制。 ·体积小，重量轻。起动转矩大。 由于具备上述的那些特点，所以在医疗器械、小型机床、电子仪器、计算机、气象探空仪、探矿测井、电动工具、家用电器及电子玩具等各个方面，都得到广泛的应用。 对这种永磁式电机的控制，主要有电机的起停控制、方向控制、可变速度控制和速度的稳定控制。 1、电机的起／停控制 电机的起／停控制，最简单最原始的方法是在电机与电源之间，加一机械开关。或者用继电器的触点控制。大家都比较熟悉，故不举例。 现在比较流行的方法，是用开关晶体管来代替机械开关，无触点、无火花干扰，速度快。电路如图10(a)所示。当输入端为低电平时，开关晶体管Q1截止，电机无电流而处于停止状态。如果输入端为高电平时，Q1饱和导通，电机中有电流，因此电机起动运转。图中二极管D1和D2是保护二极管，防止反电动势损
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
直流电机控制
编号： 单片机 实训 (论文)说明书 题目：直流电机控制 院（系）： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2012 年12月27 日
目录 0.前言 (3) 1.用单片机控制直流电机转速的基本理论 (3) 1.1 直流电机调速原理 (3) 1.2 PWM基本原理及设计方案 (4) 2.硬件电路的设计 (5) 2.1 系统分析与硬件设计模块 (5) 2.2 设计该系统所需部分器件 (7) 2.3 直流电机的功能简介 (7) 2.4 直流电机调速控制系统模块 (7) 2.5 显示设计模块 (8) 2.6电机驱动设计模块 3.系统软件的设计 (11) 4.系统调试和结果分析 (13) 4.1仿真图形 (13) 5.结论和总结 (15) 参考文献 (15) 附录........................................... 错误！未定义书签。
摘要：本文介绍了基于单片机的直流电机PWM 调速的基本方法，直流电机调速的相关知识以及PWM 调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件生产PWM 信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一个有效的途径。 本次实训设计主要任务是以四位共阳数码管显示电机速度，它能间接直观的观察到电机速度的变化，用独立键盘来手动控制电机的转速，其中控制核心部分是单片机，单片机输出微弱的电流信号经过L298N 驱动芯片放大从而使电机满足转速的要求。 关键字：四位共阳数码管；STC89C52单片机；PWM ；直流电机调速 0.前言 随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文在给出直流电机调整和PWM 实现方法的基础上，提供一种用单片机软件实现PWM 调速的方法。对基于MCS-51系列单片机实现直流电机调速系统进行研究和设计，能够在不同的按钮作用下分别实现直流电机的停止、加速、减速、正转、反转控制；能够实现基于MCS-51系列单片机的直流电机PWM 的调速设计。 本文研究的是基于MCS-51系列单片机的直流电机PWM 调速系统属于微机控制领域，通过对单片机的学习和研究对自己以后从事硬件产品的开发有一定的实际指导意义。 1.用单片机控制直流电机转速的基本理论 1.1 直流电机调速原理 根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为： 2 N ad a e N e t N U R R n T n n K K K φφ+= -=-? （ 1-1） 式中N U ,N φ—— 额定电枢电压、额定磁通量； e K ,t K －－与电机有关的常数；
直流无刷电机与永磁同步电机区别
无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。本质上，无刷直流电机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。 通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制方式。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。最后明确一个概念，无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频，从电机理论上讲，无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似，应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机，因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看，称之为“无刷直流电机”也算是合适的。 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波， 逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。 本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制 策略。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。 最后纠正一个概念，“直流变频”实际上是交流变频，只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”。 仅对电机结构而言，二者确实相差不大，个人认为二者的区别主要在于： 1 概念上的区别。无刷直流电机指的是一个系统，准确地说应该叫“无刷直流电机系统”，它强调的是电机和控制器的一体化设计，是一个整体，相互的依存度非常高，电机和控制器不能独立地存在并独立工作，考核的也是他们整体的技术性能。而交流永磁同步电机指的是一台电机，强调的是电机本身就是一台独立的设备，它可以离开控制器或变频器而独立地存在独立地工作。 2 从设计和性能角度上看，“无刷直流电机系统”设计时主要考虑将普通的机械换向变为电子换向后如何还能保持机械换向电机的优点，考核的重点也是系统的直流电机特性，如调速特性等；而交流永磁同步电机设计主要着重电机本身的性能，特别是交流电机的性能，如电压的波形、电机的功率因数、效率功角特性等。 3 从反电势波形看，无刷直流电机多为方波，而交流永磁同步电机反电势波形多为正弦波。 4 从控制角度看无刷直流电机系统基本不用什么算法，只是依据转子位置考虑给那个绕组通电流即可，而交流永磁同步电机如果需要变频调速则需要一定的算法，需要考虑电枢电流的无功和有功等。
小功率低成本的无刷直流电动机控制器
小功率低成本的无刷直流电动机控制器研制 合肥工业大学自动化研究所肖本贤 摘要：针对电动助力车与压缩机电机的特点，对其驱动控制进行了研究，提出了一种高效低价的小型控制器的设计。主要介绍以专用控制芯片MCC33035、MC33039、IR2130为核心构成的永磁无刷直流电动机控制器结构，主要涉及核心控制电路的构成、功率开关元件的驱动以及必要的保护措施。 1 引言 永磁无刷直流电动机是近年随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机那样固有的优越的起动性能和调速特性，而无机械式换向机构，现以广泛应用于各种调速驱动场合，其应用前景看好，尤其从当今的环保、能源、效率等综合因素出发，水磁无刷直流电机可望在未来的电动车及冰箱或空调类永磁压缩机领域占有主导地位。 永磁无刷直流电动机控制器结构已有多种形式，有最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强、特别适用于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。 2 无刷直流电机的驱动控制电路 无刷直流电动机功率开关电路一般采用桥式或非桥式驱动，由于三相星形桥式驱动方式，其绕组利用率较高、力矩波动小，因而被大量采纳。图1 是其工作原理图，对压缩机类负载，其输入可采用220V／50HZ市电输入、二极管单相全桥整流、电容滤波后得到；而对电动车其直流电源一般均为蓄电池。图中主回路功率器件选用POWER-MOSFET，驱动电路采用IR公司生产的六输出高压MOS栅极驱动器IR2130。
直流无刷电机与永磁同步电机的比较只是分享
直流无刷电机BLDCM与永磁同步电机PMSM的比较 直流无刷电机BLDCM Brushless Direct Current Motor 永磁同步电机(交流无刷电机) PMSM(BLACM) Permanent Magnet Synchronous Motor (Brushless Alternating Current Motor) 1 PMSM和BLDCM相同点和不同点 1.1 PMSM和BLDCM的相似之处 两者其实都是交流电机，起源不同但从结构上看，两者非常相似。 PMSM起源于饶线式同步电机，它用永磁体代替了绕线式同步电机的激磁绕组，它的一个显著特点是反电势波形是正弦波，与感应电机非常相似。在转子上有永磁体，定子上有三相绕组。BLDCM起源于永磁直流电机，它将永磁直流电机结构进行“里外翻”，取消了换相器和电刷，依靠电子换相电路进行换相。转子上有永磁体，定子上有三相绕组。 1.2 PMSM和BLDCM的不同之处 反电势不同，PMSM具有正弦波反电势，而BLDCM具有梯形波反电势。 定子绕组分布不同，PMSM采用短距分布绕组，有时也采用分数槽或正弦绕组，以进一步减小纹波转矩。而BLDCM采用整距集中绕组。 运行电流不同，为产生恒定电磁转矩，PMSM需要正弦波定子电流；BLDCM需要矩形波电流。PMSM和BLDCM反电势和定子电流波形如图1所示。 永磁体形状不同，PMSM永磁体形状呈抛物线形，在气隙中产生的磁密尽量呈正弦波分布；BLDCM永磁体形状呈瓦片形，在气隙中产生的磁密呈梯形波分布。 运行方式不同，PMSM采用三相同时工作，每相电流相差120°电角度，要求有位置传感器。BLDCM采用绕组两两导通，每相导通120°电角度，每60°电角度换相，只需要换相点位置检测。正是这些不同之处，使得在对PMSM和BLDCM的控制方法、控制策略和控制电路上有很大差别。 2 PMSM和BLDCM特性分析 2.1按照空间应用中最关心的特性：功率密度、转矩惯量比、齿槽转矩和转矩波动、反馈元
无刷直流电机控制系统的设计
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
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
基于51单片机控制直流电机的设计
可以实现的功能是： 按下左转键则开始向左转动 按下右转键则向右转动 按下停止键则开始逐渐停止转动 按下调速键一次则会加速一档 按下调速键二次则会加速二档 按下调速键三次则会加速三档 按下调速键四次则会加速四档 按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位 设计思路： 直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，图中的二极管就直到这个作用，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。用51实现PWM信号的输出，相对麻烦点，要是AVR就可以方便地实现PWM信号，由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。 原理图
详细程序： #include
直流无刷电机与永磁同步电机区别
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波，逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。本质上，无刷直流电机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。 通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制方式。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。最后明确一个概念，无刷直流电机的所谓“直流变频”实质上是通过逆变器进行的交流变频，从电机理论上讲，无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似，应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机，因为从其控制和驱动电源以及控制对象的角度看，称之为“无刷直流电机”也算是合适的。 无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢，经过磁路设计，可以获得梯形波的气隙磁密，定子绕组多采用集中整距绕组，因此感应反电动势也是梯形波的。无刷直流电机的控制需要位置信息反馈，必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术，构成自控式的调速系统。控制时各相电流也尽量控制成方波， 逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。 本质上，无刷直流电动机也是一种永磁同步电动机，调速实际也属于变压变频调速范畴。通常说的永磁同步电动机具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证感应电动势波形为正弦，外加的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流变压变频器提供。永磁同步电机控制系统常采用自控式，也需要位置反馈信息，可以采用矢量控制（磁场定向控制）或直接转矩控制的先进控制 策略。 两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。 最后纠正一个概念，“直流变频”实际上是交流变频，只不过控制对象通常称之为“无刷直流电机”。 仅对电机结构而言，二者确实相差不大，个人认为二者的区别主要在于： 1 概念上的区别。无刷直流电机指的是一个系统，准确地说应该叫“无刷直流电机系统”，它强调的是电机和控制器的一体化设计，是一个整体，相互的依存度非常高，电机和控制器不能独立地存在并独立工作，考核的也是他们整体的技术性能。而交流永磁同步电机指的是一台电机，强调的是电机本身就是一台独立的设备，它可以离开
直流电机控制系统设计(1)
湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》 题目：直流电机控制系统设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年5 月19 日
摘要 直流电动机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；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速，TMS320LF2407;
前言 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，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。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以
直流电机控制器
直流电机控制器: 直流电机控制器是一种对直流电机的运动过程进行综合控制的电气装置。行业上又名：直流电机调速控制器或直流调速器。 1：直流电机控制器基本描述：任何电机的运动，不管交流或直流，都由静态到动态再到静态的过程。这个过程在不同场合有的很简单，有的非常复杂。如：启动时的即时速度（速率）为零，有时候启动的速度是某一恒定的值，接着以某一速度运行n时间再快速提升或恒速，恒扭矩，恒功率运行；经过一段时间由外部信号给定反转可逆运行或停止运行等等多种物理运动方式。 2：直流电机控制器的工作原理及构造：目前市场上的直流电机控制器大多是以可控硅模块为核心部件，通过电子器件的组合使可控硅导通角产生变化从而使其输出的电压产生变化并整流后获得变化的直流电压，使直流电机的速度不断的随之变化。这是速度控制的一种非常重要的情况。另一重要的控制就是启动和停止，一般牵涉到低压电气的机械组合，如通过交流接触器来换相，如通过不同电位器的实际外联实现多台电机的同步运行，当然技术领先的直流调速器生产厂家：如上海任重仪表电器有限公司，上海百乐神自动化科技有限公司等它们的直流调速控制器的正反转控制是采用内部线路的精心设计，剔除了机械电路的复杂繁琐，其产品也显得精致，体积小。还有，直流电机控制器的核心部件采用更先进的功率器件IGBT为核心部件，行业上也把它叫做脉宽直流电机控制器。 3：直流电机控制器的外型：直流电机控制器的外形，外型很多。目前市场上最常规见得是面板式安装和壁挂式安装。如:市场上使用最广泛的上海任重仪表电器公司的ZKS-II,KSA-I 型，上海百乐神自动化科技公司的BLS-Z-II等，还有壁挂式的如英国欧陆的P590,SSD590+,上海任重仪表电器的JSC-601,BLS-611等等。当然还有导轨式，插座式等等。 4：直流电机控制器的参数区分：主要根据直流电机的功率，电压，额定电流，是否可逆运动来确定。还有一些指标如测速反馈，外部信号反馈等等都直接影响它的性能及使用状况