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。
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。
汽车直流启动电动机正反转控制器硬件电路设计
汽车直流启动电动机正反转控制器硬件电路设计一、引言直流电动机广泛应用于汽车领域，而其正反转控制是实现汽车启动、停止以及转向等功能的基础。
本文将详细介绍汽车直流启动电动机正反转控制器硬件电路设计的相关内容。
二、背景知识2.1 直流电动机工作原理直流电动机的工作原理是基于电磁感应现象，通过电流在磁场中产生力矩，从而驱动电动机转动。
其正反转即通过改变电流的方向和大小来实现。
2.2 控制器的功能汽车直流启动电动机正反转控制器是电动机驱动的核心部件之一，其作用主要有以下几个方面：1.实现电动机的正反转控制；2.控制电动机的启动、停止；3.调节电动机的转速；4.检测电动机的工作状态和保护电动机。
三、汽车直流启动电动机正反转控制器硬件电路设计方案3.1 控制器整体设计思路汽车直流启动电动机正反转控制器主要由以下模块组成：1.信号输入模块：负责接收外部信号，包括启动、停止、转向等信号；2.电源模块：为各个模块提供电源；3.信号处理模块：对输入信号进行处理，生成相应的控制信号；4.驱动电路模块：根据控制信号驱动电动机；5.保护模块：监测电动机的运行状态，当出现异常情况时进行保护。
3.2 信号输入模块设计信号输入模块主要包括启动、停止和转向信号的接收。
这些信号可以通过按钮、踏板等方式产生。
接收到信号后，经过滤波和放大等处理，送至信号处理模块。
3.3 电源模块设计电源模块负责为各个模块提供稳定的电源。
一般情况下，汽车的电池可以用作电源，并通过电源管理电路进行稳压和滤波等处理，以确保各模块正常工作。
3.4 信号处理模块设计信号处理模块主要对输入信号进行处理，生成相应的控制信号。
例如，当接收到启动信号时，信号处理模块将对应的控制信号发送至驱动电路模块，从而驱动电动机启动。
3.5 驱动电路模块设计驱动电路模块负责根据信号处理模块的控制信号，对电动机进行控制。
一般情况下，采用功率晶体管作为开关元件，通过控制其导通和关闭，实现电动机的正反转控制。
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。
基于stm32的无刷直流电机控制系统设计
基于STM32的无刷直流电机控制系统设计随着现代工业技术的不断发展，无刷直流电机在各行各业中得到了广泛的应用。
无刷直流电机具有结构简单、效率高、寿命长等优点，因此在工业控制系统中得到了广泛的应用。
为了更好地满足工业生产的需求，研发出一套基于STM32的无刷直流电机控制系统，对于提高工业生产效率、减少人力成本具有非常重要的意义。
1. 系统设计需求1.1 电机控制需求电机控制系统需要能够实现对无刷直流电机的启动、停止、加速、减速等控制功能，以满足不同工业生产环境下的需求。
1.2 控制精度要求控制系统需要具有较高的控制精度，能够实现对电机的精确控制，提高生产效率。
1.3 系统稳定性和可靠性系统需要具有良好的稳定性和可靠性，确保在长时间运行的情况下能够正常工作，减少故障率。
1.4 节能环保控制系统需要具有节能环保的特点，能够有效降低能耗，减少对环境的影响。
2. 系统设计方案2.1 选用STM32微控制器选用STM32系列微控制器作为控制系统的核心，STM32系列微控制器具有性能强大、低功耗、丰富的外设接口等优点，能够满足对控制系统的各项要求。
2.2 传感器选型选用合适的传感器对电机运行状态进行监测，以实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和可靠性。
2.3 驱动电路设计设计合适的驱动电路，能够实现对无刷直流电机的启动、停止、加速、减速等控制，并且具有较高的控制精度。
2.4 控制算法设计设计优化的控制算法，能够实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和可靠性，同时具有节能环保的特点。
3. 系统实现与测试3.1 硬件设计按照系统设计方案，完成硬件设计，并且进行相应的电路仿真和验证。
3.2 软件设计编写控制系统的软件程序，包括控制算法实现、传感器数据采集和处理、驱动电路控制等方面。
3.3 系统测试对设计好的控制系统进行各项功能测试，包括启动、停止、加速、减速等控制功能的测试，以及系统稳定性和可靠性的测试。
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。
无刷直流电机控制系统的设计及仿真
目录1 前言............................................................................................................... - 0 -1.1 无刷直流电机的开展......................................................................... - 0 -1.2 无刷直流电机的优越性..................................................................... - 0 -1.3 无刷直流电机的应用......................................................................... - 1 -1.4 无刷直流电机调速系统的研究现状和未来开展............................. - 1 -2 无刷直流电机的原理................................................................................... -3 -2.1 三相无刷直流电动机的根本组成..................................................... - 3 -2.2 无刷直流电机的根本工作过程......................................................... - 4 -2.3 无刷直流电动机本体......................................................................... - 5 -2.3.1 电动机定子............................................................................... - 5 -2.3.2 电动机转子............................................................................... - 6 -2.3.3 有关电机本体设计的问题....................................................... - 7 -3 转子位置检测............................................................................................... - 8 -3.1 位置传感器检测法............................................................................. - 8 -3.2 无位置传感器检测法......................................................................... - 9 -4 系统方案设计............................................................................................. - 11 -4.1 系统设计要求................................................................................... - 11 -4.1.1 系统总体框架......................................................................... - 11 -4.2 主电路供电方案选择....................................................................... - 11 -4.3 无刷直流电机电子换相器............................................................... - 13 -4.3.1 三相半控电路......................................................................... - 13 -4.3.2 三相全控电路......................................................................... - 14 -4.4 无刷直流电机的根本方程............................................................... - 15 -4.5 逆变电路的选择............................................................................... - 17 -4.6 基于MC33035的无刷直流电动机调速系统................................... - 18 -4.6.1 MC33035无刷直流电动机控制芯片...................................... - 18 -4.6.2 基于MC33035的无刷直流电动机调速系统设计 ................ - 19 -5 无刷直流电机调速系统的MATLAB仿真................................................... - 22 -5.1 电源、逆变桥和无刷直流电机模型............................................... - 23 -5.2 换相逻辑控制模块........................................................................... - 24 -5.3 PWM调制技术.................................................................................... - 29 -5.3.1 等脉宽PWM法......................................................................... - 31 -5.3.2 SPWM(Sinusoidal PWM)法..................................................... - 31 -5.4 控制器和控制电平转换及PWM发生环节设计............................... - 31 -5.5 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析................................... - 33 -5.5.1 起动，阶跃负载仿真............................................................. - 33 -5.5.2 可逆调速仿真......................................................................... - 35 -6 总结和体会................................................................................................. - 37 -无刷直流电机调速控制系统设计1前言直流无刷电机，无机械刷和换向器的直流电机，也被称为无换向器直流电动机。
《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、引言随着现代工业的快速发展，电机控制技术已成为众多领域的关键技术之一。
无刷直流电机（BLDC）以其高效、低噪音、长寿命等特点在众多应用领域中崭露头角。
为了实现精确、稳定的电机控制，本文提出了一种基于DSP（数字信号处理器）的无刷直流电机控制器设计方法。
二、系统设计概述本设计采用DSP作为核心控制器，通过软件算法实现对无刷直流电机的精确控制。
系统主要由DSP控制器、电机驱动电路、传感器电路、电源电路等部分组成。
其中，DSP控制器负责接收传感器信号，进行算法处理后输出控制信号，驱动电机进行工作。
三、DSP控制器设计DSP控制器是本设计的核心部分，其性能直接影响到电机的控制效果。
在DSP选择上，我们应考虑处理速度、功耗、成本等因素，选择适合的DSP芯片。
DSP控制器的主要功能包括：1. 接收传感器信号：通过ADC（模数转换器）将传感器信号转换为数字信号，供DSP处理。
2. 算法处理：根据传感器信号，通过软件算法计算出电机的控制参数，如PWM（脉宽调制）信号的占空比等。
3. 输出控制信号：将计算出的控制参数通过PWM模块输出为控制信号，驱动电机进行工作。
四、电机驱动电路设计电机驱动电路是连接DSP控制器和电机的桥梁，其性能直接影响到电机的运行效果。
驱动电路应具备较高的驱动能力和较低的功耗。
同时，为了保护电机和控制器，驱动电路还应具备过流、过压等保护功能。
五、传感器电路设计传感器电路用于检测电机的运行状态，为DSP控制器提供反馈信号。
常见的传感器包括电流传感器、速度传感器等。
传感器电路应具备较高的精度和较低的噪声，以保证反馈信号的准确性。
六、电源电路设计电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。
在设计中，应考虑电源的稳定性、效率、抗干扰能力等因素。
同时，为了降低系统的功耗，应采用低功耗的电源管理策略。
七、软件设计软件设计是DSP无刷直流电机控制器的关键部分。
在软件设计中，应采用合适的算法实现电机的精确控制。
基于PLC的直流电机调速控制器设计
基于PLC的直流电机调速控制器设计作者：郝结来谢军来源：《江苏理工学院学报》2018年第06期摘要：基于PLC的直流电机调速控制器以三菱FX2N为核心，通过定时器T246和T247实现了PWM波的输出功能，使PWM输出不受输出继电器的限制。
系统设置了启动开关自锁按键，三档位速度控制旋钮。
通过软件继电器M0实现了软件程序启动自锁，防止启动开关异常时程序无法启动的问题。
设置系统启动指示灯和电机启动指示灯，便于用户知晓系统工作是否正常。
通过对6 V小型直流电机的实验，论证了该控制器能够达到较好的控制效果。
关键词：PLC;PWM;定时器;电机调速中图分类号：TM925.11;TP273 文献标识码：A 文章编号2095-7394（2018）06-0047-05直流电机在生产生活中应用广泛，对直流电机的速度调控只需要控制电机的工作电压即可[1]，这也是其应用广泛的一个重要原因。
利用PWM脉宽调制方法，可方便地控制负载端的平均电压，在脉冲的低电压趋近于0时，负载的平均电压与PWM的占空比成正比[2-4]。
三菱FX2N型PLC是一款小型高性能的超小程序裝置，具有配置固定灵活，编程简单，高性能与高运算速度等特点，具有丰富的软件定时器与软件继电器，可满足多样化广泛需求。
1 PWM输出与PLC配置1.1定时器PWM输出配置定时器PWM波输出配置PWM波是周期变化的方波信号，其占空比可调，通过调节占空比可实现不同平均电压的输出[5-7]。
PWM波形函数可表示为：在PLC中可使用高速定时器完成PWM波的输出功能，三菱FX2N型PLC内部集成有PWM输出功能[ PWM S1 S2 D]，其中S1用于指定脉冲的宽度，S2用于指令脉冲的周期，单位都为 ms，取值范围为0～32767，S1应小于等于S2。
D用于指令脉冲输出端口，FX2N晶体管输出型PLC仅能使用Y0和Y1作为PWM输出口。
在保证PWM输出性能的情况下，选择使用高速定时器可克服上述缺陷。
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。
基于MSP430的直流电机控制器设计
产生外部 中断时 ，ｔ ｉ ｍｅ ｓ ； ｆ Ｊ Ｉ １ １ ；１ ｓ 定 时器 中断到时 ，
停 止计 数 。
＃ ｐ ｒ ａ ｇ ｍａ ｖｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ＝ ＰＯＲ Ｔ２ ＶＥＣＴ ＯＲ
＿
ｌ
ｌ
１
０
０
１
正转
履转
１ ｌ
０
ｌ ０
Ｘ
号 的频 率 。
４ ． ４ Ｐ Ｉ Ｄ算法 。Ｐ Ｉ Ｄ（ ｋ Ｌ 例 、积分 、微分） 控制技术在
自动控制系统 中正得 到越来越广泛 的应用。Ｐ Ｉ Ｄ 调节器
是一种线性调节器 ，它将给定值ｒ （ ｔ ） 与实际输 出值 ｃ （ ｔ ） 的 偏差 的比例（ Ｐ ） 、积分（ Ｉ ） 、微分（ Ｄ ） 通过线性组合构成控
模块 、Ｕ Ａ Ｒ Ｔ 与Ｓ Ｐ Ｉ 通信模块 。
Ｐ ＷＭ波形 ，通过光电隔离器件连接到Ｅ Ｎ Ａ。Ｐ １ ． ０ 与Ｐ １ ． １
信息 系统 工程 ｌ ２ ０ １ ３ ． １ ０ ． ２ ０ ８ １
＜
Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ 技 术 应 用
通过光 电隔离器件分别连接Ｉ Ｎ１ 、１ Ｎ２ 。 真值表如表 １ 所示。 ３ ． ３ 转速检测部分 。对 于转速的检测方法 ，常见的
部 中断模式。
ｔ ｉ ｍｅ ｒ Ａ工作在增计数模式 ，输 出模式７ ，利用Ｃ Ｃ Ｒ Ｏ 确
定Ｐ ＷＭ波形 的周期 ，Ｃ Ｃ Ｒ１ 确定Ｐ ＷＭ波形 的占空 比。 代码如下 ：
Ｔ Ａ Ｃ Ｔ Ｌ＝Ｔ Ａ Ｓ Ｓ Ｅ Ｌ ２＋Ｔ ＡＣ Ｌ Ｒ ＋ＭＣ １ ； ／ ／ 设置
制量 对控制 对象进 行控制［ ４ １ 。模拟 电路 的Ｐ Ｉ Ｄ控制器
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. All Rights Reserved.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
唐山学院单片机原理及应用课程设计题目直流电机控制器设计系 (部) 信息工程系班级 12点本2班姓名李**学号指导教师张国旭田红霞吴铮2015 年 6 月 8 日至 6 月 19 日共 2 周2015年 6月 17日课程设计成绩评定表目录1 引言.....................................................................2 设计内容及要求...........................................................2.1 设计内容............................................................2.2 设计要求............................................................3 设计方案.................................................................3.1系统分析 ............................................................3.2系统构成 ............................................................3.3工作原理 ............................................................4 硬件电路设计.............................................................4.1 硬件分析与设计......................................................4.2 AT89C51芯片简介 ....................................................4.3 多位数码管简介......................................................4.4复位电路与时钟电路 ..................................................4.5 直流电机驱动电路设计................................................4.6 键盘电路设计........................................................5 软件设计与仿真...........................................................5.1 应用软件的编制和调试................................................5.2 程序总体设计........................................................5.3 仿真图形............................................................6 设计总结与体会........................................................... 参考文献................................................................... 附录一源程序代码.......................................................... 附录二电机原理图.......................................................... 附录三仿真电路图..........................................................1 引言现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。
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等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。
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，选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。
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件的不断出现，PWM调速已成为直流电机新的调速方式。
PWM调速具有开关频率高、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。
2 设计内容及要求2.1 设计内容（1）以单片机为控制核心，用PWM控制技术实现对直流电机的速度及转向进行控制。
（2）选择合适驱动芯片（3）在数码管上显示当前转速（4）分别用按键进行加、减速及正反转控制。
2.2 设计要求所设计的直流电机控制器需要满足以下要求：(1)进行系统总体设计(2)完成系统硬件电路设计(3)完成系统软件设计及仿真3 设计方案3.1系统分析针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次课程设计以AT89C51单片机为核心，以5个按键作为输入端，达到控制直流电机的正转、反转、停止、加速、减速。
在设计中，采用PWM 技术对电机进行控制。
3.2系统构成该直流电机控制系统的设计，在总体上可分为以下5个部分组成：输入模块，AT89C51单片机，电源模块，驱动模块，直流电机。
3.3工作原理 对于直流电机来说，机械特性方程式为：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ad R ，a R 电枢外加电阻、电枢内电阻n ，n ∆ 想空载转速、转速降分析公式可得，当分别改变N U 、N φ和ad R 时，可以得到不同的转速n ，从而实现对速度的调节。
由于φ=T ，当改变励磁电流If 时，可以改变磁通量φ的大小，从而达到变磁通调速的目的。
但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流If 和磁通量φ只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。
而对于调节电枢外加电阻ad R 时，会使机械特性变软，导致电机带图3-1 系统构成负载能力减弱。
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。
PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内接通和断开时间的长短。
通过改变直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。
只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。
当改变占空比时，可以得到不同的电机平均速度，从而实现调速。
4 硬件电路设计4.1 硬件分析与设计键盘向单片机数日相应控制指令，由单片机通过P3.0与P3.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大，驱动电动机来控制电路，实现电动机转向和转速的控制。
4.2 AT89C51芯片简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
其引脚图如下：4.3多位数码管简介LED 显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也称为七段LED 显示器。
为了显示数字或符号，要为LED 显示器提供代码，即字形代码。
其段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是一个字节。
4.4复位电路与时钟电路复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块，复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位。
本次设计选用手动复位。
图4-3 复位电路与时钟电路图4-1 AT89C51芯片引脚图4-2 数码管4.5 直流电机驱动电路设计 驱动芯片采用L298驱动直流电机，L298具有驱动能力强，外围电路简单等优点。
由于单片机P3口输出的电压最高才有5V ，难以直接驱动直流电机。
所以我们需要使用恒压恒流桥式2A 驱动芯片L298来驱动电机。
L298可接受标准TTL 逻辑电平信号，可接4.5~7V 电压。
4脚接电源电压，电压范围+2.5~46V 。
输出电流可达2.5A ，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机。
本设计我们选用驱动一台电动机。
5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
同时需要加四个二极管在电机的两端，防止电机反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机。
具体驱动电路如下：4.6 键盘电路设计ZHENG 、FAN 、JIA 、JIAN 、STOP 五个开关分别与单片机的图4-4 驱动电路P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4相连，然后再与地相连。
正转实现直流电机的正转，反转实现直流电机的反转，停止实现直流电机的停转，加速实现直流电机的加速，减速实现直流电机的减速，具体键盘电路如下：图4-5 键盘电路5 软件设计与仿真5.1 应用软件的编制和调试使用Keil软件编程时，项目开发流程和其它软件开发项目的流程较为相似。