【电气工程自动化】直流无刷电机-运动控制实验报告

1、.运动控制系统综合实验实验报告小组成员 :.直流无刷电机实验报告一、实验目的通过对 8257 的编程控制，发出可以驱动直流无刷电机的六路PWM波，实现对电机的控制。二、实验原理1. 直流无刷电机驱动原理这部分在 PPT里有详细介绍，简单来说就是要根据转子上的三个霍尔传感器的状态发出下一步所需的三相电流。刚开始时我对这部分原理迟迟不能搞透彻，对着向量图思考了好久，就是不能把霍尔传感器的状态和所需电流方向对应起来。主要问题是那个 PPT上的向量图没有清楚的思考步骤，导致我把定子的磁场一直当成转子的看，当然搞不清楚。后来在和身边同学交流后才明白。然后我按照六步驱动法得到了逆时针转动所需的霍尔状态表，

2、如图 1 左，经验证此状态表是可以成功驱动电机的。搞定逆时针转动后我趁热打铁，把顺时针转动的霍尔状态表也写了出来。但是最开始我想当然的以为把逆时针的状态倒过来对应霍尔传感器的值电机就会反转，经过试验后证明这种思路是错误的，电机还是逆时针转动。我想了好久没想明白，只好又从头推了一遍顺时针转动所需的状态表，如图一右。前后对比我们发现相同霍尔状态时，正反所需的电流恰好相反， 也即相差 180。.再回想推导过程中实际是用下一个状态的电流对应本状态的霍尔值，我一下豁然开朗。我判断电机在某一位置时允许有60的误差，逆时针转动时上一个状态加上60，顺时针转动时则减去60，所以顺时针逆时针转动正好差了180。

3、霍尔传感器的状态和所需电流如下表：逆时针转动顺时针转动HaHbHcABCABC001-0+0-1010-+0+-100+-0-+0110+0-0+0100+-0-+011-+0+-02. 相序确定上述表格中 A,B,C其实是我们假定的，与霍尔元件 HaHbHc 对应的并不对应， 所以我们还要确定一下三相相序。 考虑到我们只给三相电机提供正负的电流时， 电机转子应该停在一个确定的位置， 而这个位置对应的霍尔状态值为。那么当我们任意通入一正一负的电流时， 若霍尔状态值为，此时正电流即相，负电流即相。按此方法即可确定相序，所用的正负程序如下：.写在里面是为了一直发出正负的电流。3. 8257 的编程

4、原理一直以来涉及到程序的地方都让我很头痛，不过这次还好，codewarrior 采用 C语言，还是可以熟练应用的。概括说来，我们所编写的程序应能按照上述表格发射正确的PWM 波，为此需添加 PWM 模块，并应用里面的Submodule 子模块。每个模块可以产生两路PWM，所以我们需要三个子模块。通过对module 里的 value 赋值可以控制该路波的发出与占空比，从而发出所有的 PWM。三、实验中遇到的问题与解决显然在实验过程中大家都碰到了许多问题，困扰我们的问题比较多，其中比较大比较重要的有以下几个：1. PWM 模块的配置虽然关于 PWM 模块的设置助教老师讲过一遍，但怎奈需要配置的参数

5、太多，前几周我都没能把PWM 波完整的发出去，.更别提受控制的波形。 好在通过查找相关资料我终于搞明白如何调整占空比，如下所示：通过给 VAL2、 VAL3赋值即可控制 PWM23 开通的时间。这是一个 Sub里的一个频道 A，对频道 B和其他 Sub方法是一样的。这样我们终于可以发出 6 路 PWM，但此时这些 PWM 还不受控制，是一起输出的，下一个问题是怎么控制PWM 的输出。2. PWM 输出的控制开始时我想反正占空比是可以固定不变的，那就控制频道的输出与否就可以控制PWM 的输出了。刚好我在PWM 自带的函数库里看到了控制某路输出enable/diaable 的函数，如下：.因此就采

6、取这种方法进行编程。但是不知为何，采用enable/disable 的方法编写的程序就是不能正确工作，而且逻辑上程序也没有错误， 在多次讨论找不到错误后我就向身边的同学请教，又学会了另一种方法， 即通过对三个模块的VAL2、VAL3、VAL4、VAL5的不断赋值来控制，相关函数如下：采用这种方式要注意每次对某个模块复制后要加上一行LDOK,即将寄存器里的值赋给VAL，否则 VAL的值不会改变。.采用这种方式还有一个好处就是可以改变占空比， 而且非常简单。3. 电机连线经过好久的调试后 PWM 波终于可以按规定变化，接上电机后电机也可以转起来， 但我们发现转不一会儿电机就发出大量热，手摸上去都受

7、不了。而且电机转的不太均匀，有不太强的震动。开始时以为是电机的问题，但换了一个后还是发热，后来经询问老师后我们想到虽然电机能转，但可能电机的频率和 PWM 的变化频率并不一样，电机可能没有跟上 PWM 的变化频率。正常运行时电机的 ABC三相应该正好与 PWM 的三相对应，但如果 A 相接正确而 BC相接反时电机也会转， 只不过效率不高而且转的不稳。经过确定相序后发热的问题也随之消失。四、实验感想（？）这次实验主要是靠自己动手，从刚开始时什么也不会到最后成功驱动电机，中间我们付出了很多时间和精力，但也学到了很多。按常老师的话说这次课程主要是锻炼我们自主学习知识的能.力，特别是查找资料的能力。虽

8、然刚开始几周助教老师讲解时我没听太懂，但助教老师把相关资料都放在电脑里了，想看随时都可以看。通过几周的研究特别是查找 codewarrior 里的帮助，我既搞懂了原理，也明白了应该怎么实现。有时实在想不通某个问题我还会和身边的同学讨论讨论，大家交流一下互相的想法基本都能解决问题。通过这次课程我觉得我基本已经可以花费一些时间来掌握一门自己从没接触过的技能，学习的能力得到了很大的提高。常老师对待科研的态度也给我留下了深刻印象， 对待科研一定要认真，一点马虎都要不得。对我们的课程我们也有一些小小的反馈，希望老师能看一下：首先电源转换器看上去就很危险，的火线都露在表面，说不好就有漏电的危险。 另外实验

9、的驱动电路经常电到我们，漏电比较严重。不过想要更换实验设备关系到许多问题，所以我们也只好抱怨一下。另外希望常老师能把每个阶段的任务都给我们明确一下，不然好多次在实验室大家都不知道该干嘛，就坐在那儿等助教来讲。遮掩效率比较低下，也不便于有些能力强的同学自主完成任务。.步进电机实验报告一、步进电机驱动原理与直流无刷电机相比，步进电机结构比较简单，驱动原理也相对简单。其内部接线图如下：本次实验用的是四步步进电机，共四根接线，两两一组控制2 只线圈。为了让电机顺利转起来，比如逆时针转动，我们需要先给线圈 AC通正电，再给线圈BD 通正电，再给 AC通负电，再给 BD通负电。一个周期共四个状态，所以称为

10、四步步进电机。由于实验所用板子输出的是三相电，所以在接线时须将BC或 AD 接在同一相，用相间电压，做、电压。二、控制通过上面的分析知道要驱动步进电机只需要按顺序发出四个状态的 PWM 波即可。不过由于没有反馈检测，我们无法确认应该在何时切换 PWM，进入下一个状态。考虑到电机的转子旋转 90 （这时需切换状态）需要一定时间，我们可以在每个状态之间加上延时，根据延时的多少来控制电机的转速。程序实现如下：.其中 a 可以改变，以调节转速。a 越小延迟越小，每个状态间切换的时间越短，电机的转速越快。不过由于转子转速有上限，所以 a 不能太小，否则转子转速会跟不上PWM 状态的变化，从而出现震动等问

11、题。有了上面的程序要实现反转就非常简单了，只需通完正后通，再通，再通即可.课程建议（ ？）1）在课程安排上， 在学期初就明确地把课程目标和课程任务告诉我们，让我们清楚的知道这门课我们要做什么，这样在理论学习的时候才可以更好地掌握相关的知识。2）在讲解理论的同时结合实验，让我们可以边做边学，避免像这学期一样在后面实验的过程中，忘记很多前面所学的基础知识。可以让我们更扎实，更清楚明白的掌握所学的内容。3）建议小班教学，这个学期上课的人太多，我们觉得教学效果不是很好，后面的同学在老师进行演示的时候，我们很多时候无法跟上。觉得学的很不清楚。4）希望可以再多配几个助教，由于助教少，很多遇到的无法解决的问题无法得到及时解决，助教经常两个屋子跑，很辛苦。5）希望能出一本运动控制的实验指导书，这样可以供我们清楚明