电动机的单片机控制

电动机的单片机控制

电动机调速系统可分成三大部分。即控制、驱动、反馈。

一、单片机在电动机控制中主要作用

1、PWM口广泛地应用在直流电动机控制中，它一经初始化设定后自动发出PWM控制信号，CPU只是在需要调整参数时才介入。

2、新型单片机的捕捉功能在电动机控制中用于测频。它相当于老式单片机中用计数器与外中断联合测频功能。

3、电动机是一个电磁干扰源，除了采用必要的隔离、屏蔽和电路板合理布线等措施外，看门狗的功能就会显得格外重要。看门狗在工作时不断地监视程序运行的情况。一旦程序“跑飞”，会立刻使单片机复位。

4、功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物。它将半导体功率器件与驱动电路、逻辑控制电路、检测与诊断电路、保护电路集成在一块芯片上，使功率器件含有某种智能功能。

二、机电传动系统的动力学基础

1、反抗转矩的特点是：转矩的方向总是与转速的方问相反。当运功方向改变时．转矩的方向也改变．它总是阻碍运动进行。因摩擦和非弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩都属于反抗转矩。

例如．机床加工过程中所产个的负载转矩就是反抗转矩。

2、位能转矩则不同．位能转矩的作用方向恒定不变。与运动方向无关。它是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩。位能转矩在某方向阻碍运动，在相反方向却促进运动。起重机起吊重物时，由于重力的作用方向总是指向地心的．所以它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向。

3、电力拖动系统的稳定运行有两种含义：第一是应能以一定的速度匀速运转；第二是系统受到某种外部干扰(如电压波动、负载转矩波动等)使转速稍有变化时，应保证干扰消除后仍能以原来的转速运行。

要做到第一点。就必须使电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等，方向相反，相互平衡。这就意味着电动机的机械特性曲线与工作机械的特性曲线有—个

交点。

但是，有交点只是保证系统稳定的必要条件，它的充分条件是这个交点必须是稳定的平衡点。

电力拖动系统稳定运行的必要充分条件是：

①、电动机与工作机械的机械特性曲线要有一个交点。

；而在这个交点对应的

②、在这个交点对应的转速之上，必须要保证T＜T

Z

。

转速之下要保证T＞Ｔ

Ｚ

三、常用的电力电子器件

１、典型驱动电路

⑴、EXＢ840

它主要由输入隔离电路、驱功放大电路、过流检测及保护电路以及电源组成。

ＥＸＢ840的引脚定义如下：引脚1用于连接反偏置电源的滤波电容；引脚2和引脚9分别是电源和地；引脚3为驱动输出；引脚4用于连接外部电容器，以防止过流保护误动作(一般场合不需要这个电容)；引脚5为过流保护输出；引脚6为IＧＢＴ集电极电压监视端；引脚14和引脚15为驱动信号输入端；其余引脚不用。

ＥＸＢ840集成电路驱功IGBT的典型应用电路：

2、M57962L集成电路

四、单片机对电动机控制的支持

1、Ｃ8051用于控制电动机时的输入输出端口设置

在I／o口Po、P1、P2与内部资源之间是使用交叉开关进行连接的。当需要将某些内部资源与I／o引脚相连接时．必须通过交叉开关控制寄存器xBRo、xBRl、xBR2进行设置。设置交叉开关控制寄存器XBRo、xBRl、xDR2的作用是：确定被选择的资源。这些被选择的资源分配到哪些I／o引脚上去，则由交叉开关优先表根据排列的优先顺序来确定。

2、电动机控制中的模／数转换在C805l中的实现

AＤＣ可编程窗口检测器在电动机控制应用中非常有用。它不停地、自动地将ADc输出与用户编程的极限值进行比较。并在检测到越限条件时通知系统控制器。

3、电动机控制中的PWM和测频在C8051中的实现

在有刷和无则直流电动机的控制中．需要使用脉宽调制(PwM)技术，通过调节PwM信号的占空比来实现调速。因此，PwM波发生器在直流电动机的控制中是不可缺少的。此外，电动机控制中还经常需要对输出的频率信号进行测频(例如，光电编码盘的输出，交流电动机控制中sPwM频率的测试等)．实现测频的最简苹的方法是使用捕捉功能。

c805l单片机有PwM功能和捕捉功能。这些功能都包含在一个称为可编程计数器列阵PcA当中。PcA除了有PwM功能和捕捉功能外，还有比较功能和高速输出功能。

五、电动机控制中常用的位移、角度、转速检测传感器

1、光栅位移检测传感器

2、光电编码盘角度检测传感器

编码盘方向的辨别

经过放大整形后的A、B两相脉冲分别输入到D触发器的D端和cP端．如图5—15(a)所示。因此，D触发器的cP端在A脉冲的上升沿触发。由于A、Ｂ脉冲相位相差90O。当正转时，Ｂ脉冲超前Ａ脉冲90O。触发器总是在Ｂ脉冲处于高电平时触发，如图5—１５(b)所示，这时Q＝１．表示正转。当反转时．A脉冲超前Ｂ脉冲90O．触发器总是在Ｂ处于低电平时触发，这时Q＝０，表示反转。

A、Ｂ脉冲的另一路经与门后．输出计数脉冲。这样，用Ｑ或Ｑ非控制可逆计数器是加计数还是减计数．就可以使可逆计数器对计数脉冲进行计数。

Ｃ相脉冲接到计数器的复位端．实现每转动一圈复位一次计数器。这样．无论是正转还是反转，计数值每次反映的都是相对与上次角度的增量，形成增量编码。

3、测速发动机

六、模拟PID控制原理

在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出快速反应。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作

用的强弱取决于比例系数Kp，K

P 越大，控制越强，但过大的K

P

会导致系统振荡，

破坏系统的稳定性。

由式(4—2）可见．只有当偏差存在时，第一项才有控制量输出。所以，对大部分被控制对象(如直流电机的调压调速)，要加上适当的与转速和机械负载有关的控制常量u

o

否则，比例环节将会产生静态误差。