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。静止电机是依据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变更的一种电磁装置，也称其为变压器。旋转电机是依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 步进电机 沟通电机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。一般有刷永磁直流电机工作原理1.2直流电机特性图当负载确定时，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；当电流确定时，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。依据线圈的配置，步进电机的分类：步进电机二、直流电机的限制对直流电机进行调速和限制，需经过直流电机的驱动电路，驱动电路事实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确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限制方式。

1．PWM（PulseWidthModulation）脉冲调宽式2．PFM（PulseFrequencyModulation）脉冲调频式1.2限制电路--驱动部分直流电机驱动器主要分类：T型不行逆驱动器；H型可逆驱动器。H型驱动器原理图以下电路可敏捷限制直流电机正反转和转速限制电路 1.3直流电机限制试验 1．试验目的敏捷限制直流电机的正反转，敏捷限制直流电机的转速与停止。 2．试验内容一起先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；接着按键，电机反转。 3．原理分析用P1.21引脚来限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引脚来限制直流电机的转速，设计电机转速有2个等级。驱动子函数：ZLDJ_SET（uint8Direction，uint8Speed），限制直流电机的方向和速度。4.试验参考程序/***************************************************************************一起先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；*接着按键，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，通过限制PWM的占空比从而限制直流电机的速度 PINSEL1=PINSEL1|0x00000400; //设置P1.21为GPIO，输出。通过限制P1.21的电平从而限制直流电机的方向 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; //假如P0.30是高电平 for(i=0;i<5000;i++) ; //软件延时,消退干扰 if((IO0PIN&(1<<30))!=0) continue; //假如P0.30是高电平 if((Speed&0x03)==0) Direction++; Speed--; ZLDJ_SET(Direction&0x01,Speed&0x03); }}三、步进电机限制步进电机依据电机结构分为三种：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年头已被淘汰；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限制应用最常见的电机。一相驱动 1相驱动方式特别简洁，可以便利地限制步进电机的正反转和速度。变更驱动信号的频率就变更电机的转动速度。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，呈现周期性变更，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限制，电机转动方向（正/反）由驱动信号的依次来确定。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，可以接受ULN2003之类的驱动芯片。1.3步进电机的驱动电路--驱动芯片 1.试验目的 理解步进电机的结构，驾驭步进电机的限制方法（限制步进电机的转速、方向、前进角度） 2．试验内容 限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，限制步进电机以相反的步调退回原地。 3．试验原理分析步进电机的转速由激磁信号的频率来确定，步进角的多少由激磁信号的个数来确定。1.4两相步进电机驱动试验4.试验参考程序/***************************************************************************限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，限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; //设置步进电机限制引脚都为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}思索与练习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