各種電機控制方式介紹.ppt

各種電機的控制方式,主要內(nèi)容,無刷直流電機控制,2,步進電機的工作原理,當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。,步進電機的分類,步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR） 反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 永磁式步進電機（PM） 混合式步進電機（HB） 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度。而五相步進角一般為 0.72度。 單相式步進電機等,步進電機的一些基本參數(shù),電機固有步距角 步進電機的相數(shù) 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE） 起動轉(zhuǎn)矩 DETENT TORQUE,電機固有步距角,它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9/1.8（表示半步工作時為0.9、整步工作時為1.8），這個步距角可以稱之為電機固有步距角，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。,步進電機的相數(shù)：,是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則相數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。,保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）,是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。,起動轉(zhuǎn)矩 DETENT TORQUE,是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。,步進電機的一些特點,一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。 步進電機外表允許的最高溫度。 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。,4線步進電機控制,單片機中的程序,#define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include uchar cnt=0; void main(void) TMOD=0x21; /T0工作在方式1，T1工作在方式2自動重裝 TL0=0x00; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1); /產(chǎn)生脈沖波形 void Timer0(void)interrupt 1 using 1 TH0=0x00; TL0=0x00; switch(cnt) case 0:P2=0x03; break; case 1:P2=0x06; break; case 2:P2=0x0c; break; case 3:P2=0x09; break; default: break; +cnt; if(cnt=4)cnt=0; ,無刷直流電機（BLDCM）的優(yōu)點,優(yōu)秀的線形機械特性 較寬的調(diào)速范圍 大的啟動轉(zhuǎn)矩 控制方法較簡單 利用電子換向替代了機械換向，沒有磨損、火花，噪聲大大減小,無刷直流電機三相全控電路,對于全橋式功率驅(qū)動，其常見導(dǎo)通方式有兩兩導(dǎo)通方式(120導(dǎo)通方式)和三三導(dǎo)通方式(180導(dǎo)通方式)。,兩兩導(dǎo)通方式,兩兩導(dǎo)通方式是指每一時刻電機都有兩相導(dǎo)通，第三相懸空，各相的導(dǎo)通順序與時間由位置檢測電路獲得的轉(zhuǎn)子信號決定。在三相橋式電路工作時，任意時刻只允許兩個管子導(dǎo)通，每個管子導(dǎo)通120電角度，每次一個管子導(dǎo)通，逆變橋就進行一次換相，換相一次的電角度為60，每個周期換相6次。每經(jīng)過一次換相，合成轉(zhuǎn)矩的方向就轉(zhuǎn)過60電角度，一個周期能轉(zhuǎn)矩要經(jīng)過六次方向變換，使得轉(zhuǎn)矩波動比三相半橋式驅(qū)動電路要平緩得多。由圖所示，功率器件按照 、 、 的順序進行導(dǎo)通。,三三導(dǎo)通方式是指每一瞬間逆變橋均有三只功率管器件同時導(dǎo)通。同兩兩導(dǎo)通方式相比，也是每隔1/6周期(60電角度)換相一次，其硬件原理完全相同。只是功率管器件的導(dǎo)通次序不同，每一功率管器件導(dǎo)通180電角度。 三三導(dǎo)通方式可以更進一步提高繞組的利用率，減少轉(zhuǎn)矩波動。但值得注意的是三三導(dǎo)通方式在換相時刻容易導(dǎo)致同一橋的上、下橋臂同時導(dǎo)通，損壞功率管。如圖所示，功率器件按照 、 、 、 的順序?qū)ā?獲得電機位置或速度的實時信息的方法,依靠霍耳元件或者碼盤來獲得位置、速度信號 缺點：增加了器件成本，在無法加裝傳感器的時候無效 無傳感器(Sensorless)方法 反電動勢過零檢測法 三次諧波分析法 Kalman預(yù)測法 缺點：局限于反電動勢為梯形的BLDCM，而且有的需要加裝特別的外部電路，在一些場合下無法實現(xiàn)；有的算法復(fù)雜，會造成較大的實時誤差，也不是很實用,七段式的空間矢量法(SVPWM，Space Vector PWM),濾波,在采樣的過程中往往會引入較多的噪聲，需要進行濾波 存在扇區(qū)邊界切換問題 在旋轉(zhuǎn)矢量跨越邊界的時候，由于某一基本矢量作用時間太短會導(dǎo)致采樣無法完成，這個時候，可以通過限制作用時間最小值來保證采樣過程正常進行，但這樣必然會使生成的正弦波發(fā)生畸變,無位置、速度傳感器下電機控制,啟動過程：由于整個系統(tǒng)沒有傳感器以獲得電機的實際位置，如果從任意位置啟動，可能會造成電機反轉(zhuǎn)甚至啟動完全失敗，因此需要對電機轉(zhuǎn)子位置進行初始化，即把后面控制算法中涉及到的轉(zhuǎn)子角度的初始值清零。我們采用的初始化方法是生成一個固定的PWM脈沖序列，該序列的特點是只作用于在某一相，最后將電機鎖定于某一磁極，達到了初始化的目的。 正常運轉(zhuǎn)：目前我們采用TI公司的TMS320LF2407A作為控制的DSP，該DSP本身具備PWM 控制寄存器，通過較簡單的程序就能完成前面所述的七段法SVPWM波的輸出。,編碼盤測電機轉(zhuǎn)速、位置,電機速度與位置檢測方法,T法測量電機速度 M法測速 M/T法測速,T法測量電機速度,M法測速,M/T法測速,一、課題背景及研究意義,國內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)暴露的缺點： 1.體積大、控制精度低、可靠性不高 2.易受外界環(huán)境干擾，抗擾性差 3.引進國外技術(shù)，成本造價高 智能電動執(zhí)行機構(gòu) 1.智能算法 2.配以先進的控制器 3.采用無刷直流電機驅(qū)動,電動執(zhí)行機構(gòu),二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,上海研究所 低端產(chǎn)品 大連儀表廠 模擬量輸入 鞍山閥門廠 可靠性低 上海萬迅 精度不高,無刷直流電機,1.有位置傳感器 優(yōu)點：電路簡單，較成熟，的 工業(yè)級別 缺點：抗擾性，可靠性，應(yīng)的 用范圍,2.無位置傳感器 優(yōu)點：可靠性，抗擾性，體的 積變小 缺點：轉(zhuǎn)子位置信號，電機的 功率不大,Rockwell 智能化 SIEMENS 一體化結(jié)構(gòu) SIPOS 變頻控制 ABB 數(shù)字化處理,(a)主控板和驅(qū)動板；(b)滾珠絲杠及齒輪箱；(c)手動柄；(d)電機 SIPOS公司SIPOS5Flash智能執(zhí)行機構(gòu)示意圖,三、主要研究工作,算法研究 1.滑模變結(jié)構(gòu) 圖1-1 切換面上三種點的特性示意圖 A通常點、B起始點、C終止點,1.滑動模態(tài)存在 2.可達性 3.穩(wěn)定性,變結(jié)構(gòu)控