各种电机控制方式介绍PPT

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SMC
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被控系统
( x, t)
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图1-3模糊神经网络的滑模系统方框图
1 (n) u eg b [ f ( x , t ) x d u sg n ( ) sw
图1-6驱动电路图
五、图片展示
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步进电机的分类
步进电机包括反应式步进电机（VR）
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角 一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的 转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用 磁导的变化产生转矩。
永磁式步进电机（PM） 混合式步进电机（HB）
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又 分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度。而五相步进 角一般为 0.72度。
4线步进电机控制
单片机中的程序
#define uchar #define uint #include<reg52.h> uchar cnt=0; void main(void) { unsigned char unsigned int
上海研究所 大连仪表厂 鞍山阀门厂 上海万迅
低端产品 模拟量输入 可靠性低 精度不高
a
d b
c
(a)主控板和驱动板；(b)滚珠丝杠及齿轮箱；(c)手动柄；(d)电机 SIPOS公司SIPOS5Flash智能执行机构示意图
三、主要研究工作
算法研究 1.滑模变结构
1.滑动模态存在
s 0

lim s s 0
对于全桥式功率驱动，其常见导通方式有两两 导通方式(120°导通方式)和三三导通方式 (180°导通方式)。
两两导通方式 两两导通方式是指每一时刻电机都有两相导通， 第三相悬空，各相的导通顺序与时间由位置检测 电路获得的转子信号决定。在三相桥式电路工作 时，任意时刻只允许两个管子导通，每个管子导 通120°电角度，每次一个管子导通，逆变桥就 进行一次换相，换相一次的电角度为60°，每个 周期换相6次。每经过一次换相，合成转矩的方向 就转过60°电Βιβλιοθήκη Baidu度，一个周期能转矩要经过六次 方向变换，使得转矩波动比三相半桥式驱动电路 要平缓得多。由图所示，功率器件按 V V 照V 1V 2 、 2V 3、……、 6V 1 的顺序进行导通。
获得电机位置或速度的实时信息的方法
依靠霍耳元件或者码盘来获得位置、速度信号 缺点：增加了器件成本，在无法加装传感器的时 候无效 无传感器(Sensorless)方法 反电动势过零检测法 三次谐波分析法 Kalman预测法 缺点：局限于反电动势为梯形的BLDCM，而且有 的需要加装特别的外部电路，在一些场合下无法 实现；有的算法复杂，会造成较大的实时误差， 也不是很实用
步进电机的相数：
是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、 三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其 步距角也不同，一般二相电机的步距角为 0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的 为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户 主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距 角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将 变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数， 就可以改变步距角。
s 0
A
s 0

B

C
s 0
2.可达性 3.稳定性
图1-1 切换面上三种点的特性示意图 A通常点、B起始点、C终止点
变结构控制
系统
x f ( x, u , t ) x R ,u R ,t R
n m
滑模面
s ( x ), s R
m
控制函数
u ( x ) u u ( x ) s(x) 0 s(x) 0
单相式步进电机等
步进电机的一些基本参数
电机固有步距角 步进电机的相数 保持转矩（HOLDING TORQUE） 起动转矩 DETENT TORQUE
电机固有步距角
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所 转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值， 如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8° （表示半步工作时为0.9°、整步工作时为 1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距 角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角， 真正的步距角和驱动器有关。
七段式的空间矢量法(SVPWM，Space Vector PWM)
无刷直流电机 电子部分 控制信号 电子换相 电机本体 位置检测 输出 机械部分
定子 N S N 线圈 S
转子
永磁体
滤波 在采样的过程中往 往会引入较多的噪 声，需要进行滤波 存在扇区边界切换 问题 在旋转矢量跨越边 界的时候，由于某 一基本矢量作用时 间太短会导致采样 无法完成，这个时 候，可以通过限制 作用时间最小值来 保证采样过程正常 进行，但这样必然 会使生成的正弦波 发生畸变
保持转矩（HOLDING TORQUE）
是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子 的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常 步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步 进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输 出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就 成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如， 当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的 情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
编码盘测电机转速、位置
发光 装置 Vcc
发光 装置 轴 码盘
Vcc
电机速度与位置检测方法
T法测量电机速度 M法测速 M/T法测速
T法测量电机速度
M法测速
M/T法测速
一、课题背景及研究意义 国内执行机构暴露的缺点： 1.体积大、控制精度低、可靠性不高 2.易受外界环境干扰，抗扰性差 3.引进国外技术，成本造价高 智能电动执行机构 1.智能算法 2.配以先进的控制器 3.采用无刷直流电机驱动
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系统总体结构
交流电源 微处理器 AD 信号调理 电流采样 PWM信号发生器 驱动电路 电压采样 信号捕捉单元 AD 信号调理 逆变桥 整流桥
转子位置信号 电平转换
霍尔位置 传感器
无刷 直流电机
图1-4系统总体结构
1.微控制器电路
2.整流逆变模块
图1-5内部结构
3.驱动电路
TMOD=0x21; //T0工作在方式1，T1工作在方式2自动重装 TL0=0x00; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1){;} } //产生脉冲波形 void Timer0(void)interrupt 1 using 1 { TH0=0x00; TL0=0x00; switch(cnt) { case 0:P2=0x03; case 1:P2=0x06; case 2:P2=0x0c; case 3:P2=0x09; default: } ++cnt; if(cnt==4)cnt=0; } break; break; break; break; break;
起动转矩 DETENT TORQUE
是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子 的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的 翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步 进电机的转子不是永磁材料，所以它没有 DETENT TORQUE。
步进电机的一些特点
一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累 积。 步进电机外表允许的最高温度。 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度 就无法启动,并伴有啸叫声。
二、国内外研究现状
电动执行机构
Rockwell SIEMENS SIPOS ABB 智能化 一体化结构 变频控制 数字化处理
无刷直流电机
1.有位置传感器 优点：电路简单，较成熟， 的 工业级别 缺点：抗扰性，可靠性，应 的 用范围 2.无位置传感器 优点：可靠性，抗扰性，体 的 积变小 缺点：转子位置信号，电机 的 功率不大
2.模糊神经网络
w11 1 v1 w21 w1k v k k
n w2n 隐含层
w2k w
1n
x1 x2
I1 I2
输入层
o
vn
输出层
oy
图1-2 三层结构的模糊神经网络
3、模糊神经网络的滑模变结构
S

FNN
u sw
x
(n)
(t ) f ( x , t ) b ( x , t )u (t ) d (t )
无位置、速度传感器下电机控制
启动过程：由于整个系统没有传感器以获得电机 的实际位置，如果从任意位置启动，可能会造成 电机反转甚至启动完全失败，因此需要对电机转 子位置进行初始化，即把后面控制算法中涉及到 的转子角度的初始值清零。我们采用的初始化方 法是生成一个固定的PWM脉冲序列，该序列的特 点是只作用于在某一相，最后将电机锁定于某一 磁极，达到了初始化的目的。 正常运转：目前我们采用TI公司的 TMS320LF2407A作为控制的DSP，该DSP本身 具备PWM 控制寄存器，通过较简单的程序就能 完成前面所述的七段法SVPWM波的输出。
无刷直流电机（BLDCM）的优点
优秀的线形机械特性 较宽的调速范围 大的启动转矩 控制方法较简单 利用电子换向替代了机械换向，没有磨损、火花， 噪声大大减小
无刷直流电机三相全控电路
V1 V3 V5 Ia La Ra + Ud Cd V4 V6 V2 Ic Lc Rc Rb Ib Lb MOTOR +Ea Coil a +Eb Coil b Ec + Coil c
三三导通方式是指每一瞬间逆变桥均有三只功率 管器件同时导通。同两两导通方式相比，也是每 隔1/6周期(60°电角度)换相一次，其硬件原理 完全相同。只是功率管器件的导通次序不同，每 一功率管器件导通180°电角度。 三三导通方式可以更进一步提高绕组的利用率， 减少转矩波动。但值得注意的是三三导通方式在 换相时刻容易导致同一桥的上、下桥臂同时导通， 损坏功率管。如图所示，功率器件按 V V 照V 1V 2V 3 、 2V 3V 4 、 … … 、 6V 1V 2 的顺序导通。
各种电机的控制方式
主要内容
1
2 3
步进电机的调速系统
无刷直流电机控制
永磁同步电动机控制
4
总结与展望
步进电机的工作原理
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步 进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为 “步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步 运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉 冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达 到调速的目的。 步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用 其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控 制。