第九章电机控制

第九章电机控制一、电机概述电机是电能的变换装置，包括静止电机和旋转电机。静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变化的一种电磁装置，也称其为变压器。旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互转换的一种能量转换装置。旋转电机可分为：

直流电机 交流电机1.1直流电机的分类分类标准具体类别按其控制性能普通直流电机；直流伺服电机。按有无电刷有刷直流电机；无刷直流电机。按励磁类型永磁直流电机；励磁直流电机等。普通有刷永磁直流电机工作原理1.2直流电机特性图当负载一定时，流过直流电机的平均电流越大，产生的力矩就越大，从而直流电机的转速越快；当电流一定时，负载越大，直流电机的转速就越慢。步进电机一种将电脉冲转化为角位移的执行结构；即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。步进电机结构图：步进电机转子为永久磁铁，线圈绕在定子上。根据线圈的配置，步进电机的分类：步进电机二、直流电机的控制对直流电机进行调速和控制，需经过直流电机的驱动电路，驱动电路实际上就是大功率的放大器。直流电机的驱动电路有线性放大驱动型和开关驱动型。线性驱动器就是一个线性功放，线性驱动器的工作原理如下：线性功率驱动工作原理

1.1开关驱动器PWM原理图开关驱动是利用大功率晶体管的开关作用，将恒定的直流电源电压转换为一定的方波电压加在电机电枢上。PWM是直流电机最重要也是最常用的开关驱动控制方式。

1．PWM（PulseWidthModulation）脉冲调宽式2．PFM（PulseFrequencyModulation）脉冲调频式1.2控制电路--驱动部分直流电机驱动器主要分类：T型不可逆驱动器；H型可逆驱动器。H型驱动器原理图以下电路可灵活控制直流电机正反转和转速控制电路

1.3直流电机控制实验

1．实验目的

灵活控制直流电机的正反转，灵活控制直流电机的转速与停止。

2．实验内容

一开始电机以最高速度正转，按键一次则电机速度减半，按键3次后，电机停止；继续按键，电机反转。

3．原理分析

用P1.21引脚来控制直流电机的转动方向，并用一个全局变量保存电机的转动方向；用P0.21引脚来控制直流电机的转速，设计电机转速有2个等级。驱动子函数：ZLDJ_SET（uint8Direction，uint8Speed），控制直流电机的方向和速度。4.实验参考程序/***************************************************************************一开始电机以最高速度正转，按键一次则电机速度减半，按键3次后，电机停止；*继续按键，电机反转。**************************************************************************/int main(void){ uint32i; uint8Direction=0,Speed=3; PINSEL1=PINSEL1&0x0FFFFFFF; //设置P0.30为GPIO功能，输入 IO0DIR=IO0DIR&0xBFFFFFFF; //设置P0.21为PWM功能，通过控制PWM的占空比从而控制直流电机的速度 PINSEL1=PINSEL1|0x00000400; //设置P1.21为GPIO，输出。通过控制P1.21的电平从而控制直流电机的方向 IO1DIR=IO1DIR|(1<<21); ZLDJ_SET(Direction,Speed);

//电机以最快速度正转 while(1) { if((IO0PIN&(1<<30))!=0) continue;

//如果P0.30是高电平 for(i=0;i<5000;i++) ;

//软件延时,消除干扰 if((IO0PIN&(1<<30))!=0) continue;

//如果P0.30是高电平 if((Speed&0x03)==0) Direction++; Speed--; ZLDJ_SET(Direction&0x01,Speed&0x03); }}三、步进电机控制步进电机按照电机结构分为三种：永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；多半用于价格低廉的消费性产品。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。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；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、三相和五相：两相步距角一般为1.8度，三相步距角为0.9度，而五相步距角一般为0.72度。混进合式步进是工业运动控制应用最常见的电机。一相驱动

1相驱动方式非常简单，可以方便地控制步进电机的正反转和速度。改变驱动信号的频率就改变电机的转动速度。二相驱动

2相驱动的方式是任何一个时间，有2组线圈同时被激磁，因此产生的力矩比1相大，因此它的耗电也比一相大，但阻尼效果好。 与1相驱动方式一样，2相驱动中总共有4种不同的信号，呈现周期性变化，每个周期步进电机转动4个步距角。电机的转速由驱动信号的频率来控制，电机转动方向（正/反）由驱动信号的顺序来决定。1.12相步进电机的驱动方式1相驱动 2相驱动 1－2相驱动1.2步进电机的驱动电路--达林顿晶体管驱动达林顿晶体管瞬间通过电流可放大而达到l~3A，足以应付大多数的步进电机。驱动电流小于0.5A的小型步进电机，可以采用ULN2003之类的驱动芯片。1.3步进电机的驱动电路--驱动芯片4.实验参考程序/***************************************************************************控制步进电机快速前进200步，降低速度再前进50步，再次降低速度前进5步，然后停止。*停止一段时间后，控制步进电机以相反的步调退回原地。*P2.21连接bjdj_A+、P2.17连接bjdj_A-、P2.19连接bjdj_B+、P1.22连接bjdj_B-**************************************************************************/int main(void){ uint32i; //设置步进电机控制引脚都为GPIO功能，输出

IO1DIR=IO1DIR|(1<<22); //P1.22为输出

IO2DIR=IO2DIR|(1<<17)|(1<<19)|(1<<21); //P2.21,P2.17,P2.19为输出

BJDJ_Run(0,1,200); //电机以最快速度正转200个步距角

BJDJ_Run(0,2,50); //电机以中等速度正转50个步距角

BJDJ_Run(0,3,5); //电机以最慢速度正转5个步距角

for(i=0;i<50000;i++) ; //软件延时

BJDJ_Run(1,3,5); //电机以最慢速度反转5个步距角

BJDJ_Run(1,2,50); //电机以中等速度反转50个步距角

BJDJ_Run(1,1,200); //电机以最快速度反转200个步距角}思考与练习1、电机是______的变换装置，包括______电机和______电机。2、旋转电机的可以分为______、______和______，其中能将电脉冲转化成为角位移的执行机构是______。3、请画出直流电机产生的力矩与通电电流的关系图，以及转速与所带负载的关系图。4、直流电机的驱动电路分为______型和______型。请分别画出这两种类型的驱动工作原理示意图。5、PWM与PFM这两种方法在驱动电机速度上面有何不同？6、直流电机的停转由通过