(新)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速智能檢測(cè)與控制(1)

1、摘要此次研究分為兩個(gè)模塊測(cè)速模塊和控制轉(zhuǎn)速模塊。測(cè)速模塊采用TMS320F2812的轉(zhuǎn)速檢測(cè)功能，來(lái)提高檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精度。它是運(yùn)用DSP的M/T測(cè)速算法，該方法充分利用它的高精度的測(cè)速反饋?？刂妻D(zhuǎn)速模塊采用AT89C51 單片機(jī)為核心，將計(jì)數(shù)器與定時(shí)器、傳感器合理結(jié)合測(cè)速。電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)將旋轉(zhuǎn)一圈所得出的信號(hào)按一定的形式變成脈沖波，這種波是由光電碼盤產(chǎn)生。這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由控制定時(shí)器、計(jì)數(shù)器形成的。產(chǎn)生 PWM 波是單片機(jī)接受由PID 算法發(fā)送的信號(hào)。因此實(shí)現(xiàn)由直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制產(chǎn)生的脈寬調(diào)制的高精度閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是由對(duì) PWM 調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)試良好的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的，從而形成高精度的電動(dòng)

2、機(jī)轉(zhuǎn)速控制。它以精度高平穩(wěn)性好操作簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，而且數(shù)字化集成度高，因此該裝置得到廣泛應(yīng)用。第1章 緒論1.1課題背景采用高精度的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制，其電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能快速的檢測(cè)。為了得到高精度的控制系統(tǒng)，必須使用轉(zhuǎn)速高精度檢測(cè)才行。測(cè)量轉(zhuǎn)速是采用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖頻率的，同時(shí)根據(jù)電動(dòng)機(jī)同軸的光電脈沖發(fā)生器的產(chǎn)生的脈沖頻率與直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，即轉(zhuǎn)速的數(shù)字檢測(cè)方法原理。其方法有很多，主要以符合測(cè)速精度為要求。根據(jù)傳感器準(zhǔn)確的檢測(cè)到轉(zhuǎn)速瞬時(shí)值，以及適當(dāng)?shù)母鶕?jù)需要進(jìn)行修正。其位置傳感器產(chǎn)生速度信號(hào)。由于速度檢測(cè)的性能跟伺服系統(tǒng)的速度控制特性很大關(guān)系,因此提高高精度瞬時(shí)速度計(jì)算方法很有必要，在研

3、究在位置分辨率有限的基礎(chǔ)情況下的。直流電動(dòng)機(jī)通常應(yīng)用于調(diào)速控制精度要求較高的場(chǎng)合。由于具有平穩(wěn)性啟動(dòng)性、負(fù)荷能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩大、寬范圍精準(zhǔn)調(diào)速等優(yōu)良特性。由于采用了高性能的算法的單片機(jī)控制，因此得到高精度轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。在工業(yè)生產(chǎn)方面得到廣泛的應(yīng)用，并且主要在電子設(shè)備的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。但如果采用AT89C51 單片機(jī)的控制優(yōu)勢(shì)，使得直流電動(dòng)機(jī)控制精度能更進(jìn)一步，真正實(shí)現(xiàn)智能控制。 1.1.1 檢測(cè)技術(shù)的重要意義 檢測(cè)用指定的方法檢驗(yàn)測(cè)試某種物體指定的技術(shù)性能指標(biāo)。適用于各種行業(yè)范疇的質(zhì)量評(píng)定。它以檢測(cè)有價(jià)值的信息為目的。通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的信息進(jìn)行加工處理，然后再進(jìn)行篩選出有用的信息來(lái)利用。

4、檢測(cè)技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)、試驗(yàn)、檢查、監(jiān)控等這些重要的工業(yè)生產(chǎn)中占著非常重要的地位。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，孕育了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，使得人類生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品性能非常好。 1.1.2 檢測(cè)過(guò)程的構(gòu)成 在檢測(cè)物理信息量的過(guò)程中最主要的最普遍的是電信號(hào)的檢測(cè)，因其具有快速傳送、容易變換、不難篩選、易提取和易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)良特點(diǎn)。深受廣大科研工作者的偏愛(ài)，因此當(dāng)遇到不是電信號(hào)時(shí)檢測(cè)是，則只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理轉(zhuǎn)換為電信號(hào)就行了。同時(shí)因檢測(cè)的目的不相同，則需要根據(jù)合理的形式來(lái)分析和處理，最后得出檢測(cè)目標(biāo)真實(shí)的信號(hào)。下圖檢測(cè)過(guò)程的基本流程圖。 一般來(lái)說(shuō)，檢測(cè)過(guò)程因檢測(cè)目標(biāo)的區(qū)別而包括不同的檢測(cè)部分，因此在不同的情況下需要

5、用合理的形式激勵(lì)檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)和轉(zhuǎn)換檢測(cè)目標(biāo)發(fā)出的信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，之后對(duì)調(diào)理的信號(hào)進(jìn)行必要的分析與處理，最終在檢測(cè)平臺(tái)上予以顯示與記錄。如圖 1-1所示檢測(cè)系統(tǒng)的基本流程框圖。 被測(cè)目標(biāo) 驅(qū)動(dòng)裝置傳感裝置信號(hào)處理裝置反饋裝置數(shù)據(jù)收集裝置顯示結(jié)果裝置觀察人員如圖 1-1所示檢測(cè)系統(tǒng)的基本流程框圖。對(duì)于檢測(cè)來(lái)說(shuō)，一般有兩種情況即直接檢測(cè)和間接檢測(cè)，主要依據(jù)于檢測(cè)目標(biāo)的多樣復(fù)雜的。而對(duì)于每個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，都需要不同的傳感器來(lái)檢測(cè)信息。傳感裝置部分則通過(guò)多研究的目標(biāo)發(fā)出的信號(hào)按照某種算法轉(zhuǎn)換成我們需要的信號(hào)，同時(shí)我們也得放大信號(hào)。信號(hào)調(diào)理部分是數(shù)據(jù)收集來(lái)進(jìn)行處理即收集來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成可以采集處

6、理的有用數(shù)據(jù)。并為接下來(lái)的環(huán)節(jié)做好記錄顯示的效果，而該環(huán)節(jié)會(huì)以合適的表現(xiàn)已讓觀察者快速的記錄。 1.1.3 直流電動(dòng)機(jī)智能檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展 經(jīng)過(guò)現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)與電力電子、計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)結(jié)合形成了現(xiàn)代的直流電動(dòng)機(jī)檢測(cè)技術(shù)，其中由于直流電機(jī)物理、機(jī)械、運(yùn)動(dòng)等特性都能作為可以檢測(cè)的參數(shù)，并可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)快速檢測(cè)出來(lái)。同時(shí)由于自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，因此出現(xiàn)了主要幾類自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。 （1） 參數(shù)檢測(cè)設(shè)備在國(guó)內(nèi)直流電動(dòng)機(jī)檢測(cè)主體是主要采用參數(shù)檢測(cè)設(shè)備，這種技術(shù)通過(guò)檢測(cè)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的參數(shù)，有計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器結(jié)合檢測(cè)出?，F(xiàn)在尤其在一些高?？蒲兴c企業(yè)合作共同研發(fā)非常多，并進(jìn)展很不錯(cuò)。（2

7、） 特性檢測(cè)裝置根據(jù)一些特性采集獲得直流電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢，例如機(jī)械、負(fù)載、空載等一些容易獲得檢測(cè)性能，然后特定的算法更加精確的獲得直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等其他的性能。在這方面一般只有高校和科研單位才有探索的國(guó)內(nèi)外情況。（3）單項(xiàng)檢測(cè)裝置單項(xiàng)檢測(cè)裝置一般將直流電動(dòng)機(jī)的功率和磁性作為檢測(cè)對(duì)象，該檢測(cè)方法已經(jīng)在一些工廠得到一些推廣應(yīng)用。（4）大型電機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng) 該檢測(cè)設(shè)備一般通過(guò)對(duì)工廠中的大型的發(fā)電機(jī)組群運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且通常這些檢測(cè)的傳感器較為靈敏精確度較高和自動(dòng)化程度高等優(yōu)良特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。因此它能很能及時(shí)的避免損失和排除故障。所以該自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在發(fā)電廠等一些工廠應(yīng)用較好。1.1.4 檢測(cè)技術(shù)

8、在虛擬設(shè)備裝置提供的發(fā)展 由于檢測(cè)技術(shù)在我生產(chǎn)生活中起這巨大的作用，并且取得顯著的提高，正因?yàn)槿绱瞬拍芪覀兊氖澜缒芨钊氲牧私?，以及發(fā)現(xiàn)掌握其中的規(guī)律，并利用其內(nèi)在的規(guī)律為我們所利用。隨著當(dāng)今科技技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，檢測(cè)技術(shù)也得到了快速發(fā)展，在數(shù)據(jù)處理、信號(hào)收集等都能快速檢測(cè)出。不論其環(huán)境的復(fù)雜性，都能很好的檢測(cè)出。由于人類要求越來(lái)越高檢測(cè)技術(shù)朝著智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展是大勢(shì)所趨?，F(xiàn)代技術(shù)通過(guò)軟硬件的結(jié)合，如在運(yùn)行軟件研發(fā)平臺(tái)與傳統(tǒng)的機(jī)器結(jié)合，并在PC的基礎(chǔ)上形成虛擬儀器，形成了虛擬操作控件、顯示控件等一些檢測(cè)過(guò)程?，F(xiàn)在虛擬技術(shù)的發(fā)展為用戶廠家提供了符合自身需求的檢測(cè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，因而不同特色的

9、操作的檢測(cè)性能。在這個(gè)平臺(tái)上為了能在較快的時(shí)間內(nèi)滿足檢測(cè)的需求，則只需簡(jiǎn)單的對(duì)軟件程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，就完全適應(yīng)各種生產(chǎn)要求。1.2直流電動(dòng)機(jī)的控制方向現(xiàn)在,直流電動(dòng)機(jī)的研究主要集中在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制,無(wú)傳感器控制以及控制算法三個(gè)方面轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的問(wèn)題一直是交流伺服應(yīng)用領(lǐng)域的一大難題,尤其是在直接驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合,轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的問(wèn)題更加突出。由于有些機(jī)械抗干擾使得它的一些優(yōu)良性沒(méi)有很好地應(yīng)用。由于我國(guó)在控制算法的抗干擾電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)方面的研究起步較晚，許多這方面研究成果與國(guó)外仍然有很大差距。所以在研究直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制技術(shù)非常具有現(xiàn)實(shí)意義。1.3控制算法由于傳統(tǒng)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)是個(gè)非線性系統(tǒng)，

10、所以增加了控制的難度在高性能高速運(yùn)算處理應(yīng)用場(chǎng)合。因此目前誕生了由單片機(jī)為軟件編程對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)了快速性、穩(wěn)定性、靈活性和魯棒性優(yōu)良的性能。目前重要研究方向就是傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)與芯片結(jié)合實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制。1.3.1自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制根據(jù)不斷的運(yùn)行識(shí)別校正系統(tǒng)的參數(shù)，然后逐步達(dá)到各方面的完善，去除系統(tǒng)中其他的因素干擾。即隨著變化而變化，已達(dá)到我們所要求的指標(biāo)。但是該方法對(duì)于快速變化的參數(shù)，自適應(yīng)控制校正和識(shí)別等響應(yīng)較慢，因此在表現(xiàn)情況方面不是非常突出。1.3.2變結(jié)構(gòu)控制變結(jié)構(gòu)控制是根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況的偏差，然后按照設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)在于它的間斷性。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)能在動(dòng)

11、態(tài)的運(yùn)行情況下快速響應(yīng)，這是當(dāng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)處于變換速度和開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，而為順應(yīng)同步電機(jī)運(yùn)行方式，在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)設(shè)定的值時(shí)，這樣可以做到具有平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。當(dāng)然無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)不同之處是簡(jiǎn)單方便控制，開(kāi)環(huán)直接控制，響應(yīng)速度和精度高，在調(diào)速控制方面非常靈活。由于控制的核心技術(shù)是怎樣使無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在不同的情況下銜接順利，這由于它的不連續(xù)性的控制算法限制。1.3.3模糊控制模糊控制美國(guó)加利福尼亞大學(xué)教授提出，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為研究這方面的熱點(diǎn)。模糊控制能為了得到合適的控制量，通過(guò)設(shè)計(jì)好的模糊控制算法，進(jìn)行演算來(lái)適應(yīng)專家和控制人員的控制。并由于它不需要非常精確的數(shù)學(xué)算法

12、，就能夠非常合理的進(jìn)行強(qiáng)耦合、非線性、多參數(shù)變量的無(wú)刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。由于模糊控制有時(shí)效果不能達(dá)到我們所要求的，這是因?yàn)橹苯訉⑺麘?yīng)用于高精度的電機(jī)控制系統(tǒng)，很難去除內(nèi)在的穩(wěn)態(tài)誤差，所以為了達(dá)到我們所要求的，必須與其他的算法合適的運(yùn)用。就目前國(guó)內(nèi)外模糊控制發(fā)展具有接近線性、非線性、自學(xué)習(xí)性和自穩(wěn)定性優(yōu)良特點(diǎn)。所以應(yīng)用于以直接轉(zhuǎn)矩控制的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，并可以優(yōu)化伺服設(shè)計(jì)算法。由于它具有很強(qiáng)的魯棒控制性，同時(shí)不需要發(fā)雜的建模就可以應(yīng)用于線性和非線性的控制對(duì)象。所以應(yīng)用于無(wú)刷直流電機(jī)上，在自適應(yīng)快速精準(zhǔn)了解轉(zhuǎn)速情況，這是由于它的隨時(shí)跟蹤識(shí)別無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的運(yùn)行。就目前而言，雖然在智能控制方面

13、得到了成就，但如系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性很難及早發(fā)現(xiàn)變化、系統(tǒng)模擬要求高和缺乏智能控制的大數(shù)據(jù)等，所以還需不斷地研究。而本文以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)全數(shù)字無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，在自控和自抗兩種控制方法。今后需要進(jìn)一步分析直流電動(dòng)機(jī)操作平臺(tái)以及和相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)檢測(cè)到的電流作為反饋?lái)憫?yīng)來(lái)減小轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。同時(shí)轉(zhuǎn)速和電流由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制和自抗干擾控制分別轉(zhuǎn)速，為達(dá)到預(yù)期效果必須這樣完成控制策略。 第二章 直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)原理和檢測(cè)方法2.1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由電子開(kāi)關(guān)逆變器、位置檢測(cè)器和電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。同時(shí)采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)，因這種電動(dòng)機(jī)沒(méi)有機(jī)械摩擦，

14、換相快，靈敏度高等優(yōu)良特性。無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示?？刂破魑恢脵z測(cè)電動(dòng)機(jī)電力電子開(kāi)關(guān)逆變器直流電源 圖2-1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 2.2直流電動(dòng)機(jī)工作原理 直流電動(dòng)機(jī)正常工作是以控制電路為核心的電力電子開(kāi)關(guān)逆變器和位置信號(hào)檢測(cè)裝置產(chǎn)生的信號(hào)去觸發(fā)開(kāi)關(guān)線路中的功率開(kāi)關(guān)元件斷或通。電力電子開(kāi)關(guān)逆變器的功能是為了直流電動(dòng)機(jī)形成接連不斷的轉(zhuǎn)矩，則需要電源的功率按比例分配電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組上來(lái)觸發(fā)。而位置信號(hào)檢測(cè)器為了使控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，則必須由該裝置產(chǎn)生持續(xù)的脈沖信號(hào)來(lái)是開(kāi)關(guān)線路的開(kāi)關(guān)斷和開(kāi)。而電動(dòng)機(jī)的功能為使得直流電動(dòng)機(jī)定子電樞繞組形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電角度，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子運(yùn)行，則此必須由電力電子開(kāi)關(guān)

15、逆變器的功率管按照比例關(guān)系使開(kāi)關(guān)斷與通與否。由于電樞的電流只和直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩有關(guān)，所以為了形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，則必須以恒定的電流通過(guò)點(diǎn)數(shù)繞組同時(shí)在一個(gè)均勻的磁場(chǎng)下為前提才能正常工作。由于電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子的氣隙的磁通都為矩形波和反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的信號(hào)都為矩形波。所以為了滿足各項(xiàng)指標(biāo)，因此必須要把握好開(kāi)斷瞬間時(shí)刻通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)逆變器各個(gè)功率開(kāi)關(guān)的配合才行。為了不讓轉(zhuǎn)矩不降低，則必須嚴(yán)格使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形與定子繞組的方波電流導(dǎo)通瞬時(shí)時(shí)刻、轉(zhuǎn)子的位置之間的函數(shù)關(guān)系。Y和連接對(duì)三相繞組直流電動(dòng)機(jī)都可以，所以就形成了各種電路，其中三相連接全橋電路得到廣泛的推廣運(yùn)用。因此本次研究就采用全橋驅(qū)動(dòng)的三相繞組的直

16、流電動(dòng)機(jī)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速。圖2-2為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)三相全控電路原理圖。 由速度環(huán)和電流環(huán)調(diào)節(jié)器構(gòu)成的直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖如圖2-3所示。每相參 考電流每相直流電動(dòng)機(jī)電流滯環(huán)控制器電壓逆變器速度控制器 圖2-3直流電動(dòng)機(jī)控制原理框圖按照?qǐng)D2-3直流電動(dòng)機(jī)控制原理圖進(jìn)行建模，則由速度調(diào)節(jié)板塊、電力電子開(kāi)關(guān)逆變器板塊、電流滯環(huán)調(diào)節(jié)板塊以及直流電動(dòng)機(jī)板塊等構(gòu)成整個(gè)轉(zhuǎn)速智能檢測(cè)模型系統(tǒng)。圖2-4直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)原理建模圖 2.3 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法概述測(cè)速范圍和測(cè)速精度為直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法兩個(gè)重要技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，因?yàn)楦呔葘挿秶侵绷麟妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法的兩個(gè)重要因素。而且根據(jù)這兩點(diǎn)與不同的直流電

17、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法的好壞結(jié)合，來(lái)適應(yīng)完成最終的要求。 2.3.1 轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法的選擇 轉(zhuǎn)速檢測(cè)的元件對(duì)測(cè)速整個(gè)模塊顯得非常重要，由于轉(zhuǎn)速檢測(cè)的元件的不同，則使轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)有很大的差別。我們可以把模擬測(cè)速模式和數(shù)字測(cè)速模式為直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法的不同方法，是根據(jù)上述對(duì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件和直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模式的分析以及總結(jié)現(xiàn)在的研究成果得出的。同時(shí)根據(jù)我們所了解的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件和直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模式有著非常緊密的聯(lián)系，由于直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模式的千差萬(wàn)別導(dǎo)致直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的元件不同，但我們可以大致分為模擬式的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件和數(shù)字式的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

18、檢測(cè)首要選擇是模擬式，而且這種測(cè)試算法已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。通常與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)緊密結(jié)合的數(shù)字式直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)能在很好的提高各方面的性能?，F(xiàn)在大部分工廠、科技公司都是應(yīng)用光電式脈沖發(fā)生器，以致能夠很好地適應(yīng)各種性能的要求。在直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用尤其廣泛。 2.3.2 模擬量轉(zhuǎn)速檢測(cè)模式的原理 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)的小型直流發(fā)電機(jī)本質(zhì)上是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，直流測(cè)速發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為了電能，并輸出直流電，這是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換的因素進(jìn)行分類的。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速信號(hào)與轉(zhuǎn)速信號(hào)成線性關(guān)系，所以可以進(jìn)行變換為直流電壓信號(hào)，之后輸出給其他采集設(shè)備，這是從信號(hào)轉(zhuǎn)換的角度來(lái)分類的。由于存在定子和電

19、刷之間存在吻合空間、內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境的變化的干擾，還存在一些難以克服的缺陷即換向電刷的機(jī)械磨損的損失。但它有個(gè)非常突出的優(yōu)良特點(diǎn)即它的轉(zhuǎn)速檢測(cè)范圍寬度很廣，盡管有些地方還是存在一些難以克服的困難，但使得仍然也具有很好的應(yīng)用。作為伺服控制系統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的基本要求是穩(wěn)定性好、靈敏度好、精度好等指標(biāo)。而這些具體的性能特點(diǎn)在直流測(cè)速發(fā)電機(jī)主要體現(xiàn)一些電氣的品質(zhì)。如下：1、 體積小、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、工作運(yùn)行安全可靠、機(jī)械噪音低、高頻干擾不是問(wèn)題。2、 為使得有足夠的快速響應(yīng)，則需要直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小。3、 輸出的時(shí)候其靈敏度很高。4、 要求在滿足系統(tǒng)要求下輸出電壓平緩，所以波動(dòng)小即輸出

20、電壓的波動(dòng)小。5、 為能保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，要求輸出電壓與轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系和對(duì)稱關(guān)系。 2.3.3 數(shù)字量轉(zhuǎn)速檢測(cè)模式的原理 輸出穩(wěn)定、分辨率強(qiáng)、機(jī)械抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、反應(yīng)響應(yīng)速度快、非間接輸出數(shù)字量等特點(diǎn)，都是角度編碼器作為數(shù)字量轉(zhuǎn)速檢測(cè)模式的測(cè)速元件，在一般下角度編碼器就是一種高精度的角位移傳感器。為得到被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，則需要角度編碼器連續(xù)不斷的輸出穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，再通過(guò)收集裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析處理才能得到。這是在實(shí)際生產(chǎn)中，它的連軸與被測(cè)直流發(fā)電機(jī)的輸出軸進(jìn)行連接，以及與被測(cè)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器是主要情況下角度編碼器的類型，有時(shí)也可以稱為脈沖發(fā)生器，是因?yàn)樗軌蛑苯影l(fā)出

21、數(shù)字量的特性。可以通過(guò)絕對(duì)式編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及測(cè)試方法主要分為光電式和接觸式。因其能直接根據(jù)角度的變化進(jìn)行編碼的傳感器，然后直接把被測(cè)轉(zhuǎn)角的結(jié)果用數(shù)字形式表現(xiàn)出來(lái)。而分辨的最小角度是增量式編碼器的測(cè)量精度的主要影響因素，這與它的碼盤圓周上的狹縫條數(shù)密切分不開(kāi)的。所以增量式編碼器在角度編碼器的實(shí)際應(yīng)用情況是最廣泛的。下圖是增量式編碼器的原理圖。 光源 透鏡 碼盤 透鏡 光盤元件 發(fā)達(dá)整形 脈沖輸出 圖3-1增量式光電編碼器原理圖2.4 數(shù)字轉(zhuǎn)速檢測(cè)算法 根據(jù)檢測(cè)脈沖周期或頻率來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，這是由脈沖形式是光電編碼器輸出的。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的模擬測(cè)速方式可以有光電編碼器替代成為數(shù)字式測(cè)速設(shè)備。數(shù)字式

22、測(cè)速方法主要有這幾種：M 法、T 法，以及后來(lái)發(fā)展的 M/T 法、變 M/T 法等。 2.4.1 常用的數(shù)字測(cè)速算法一般常用的數(shù)字式測(cè)速方法有這三種：M 法、T 法和 M/T 法，以下做簡(jiǎn)要介紹:M 法測(cè)速 M 測(cè)速法(也稱為測(cè)頻率法)：用編碼器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)在一定的采樣周期內(nèi)(比如 10s、1s、0.1s 等)，來(lái)確定速度的方法稱為 M 測(cè)速法。M 法測(cè)速的技術(shù)指標(biāo)：分辨率、測(cè)量精度、檢測(cè)時(shí)間。 T 法測(cè)速 T 法測(cè)速(又稱測(cè)周期法)：用編碼器所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法成為 T 法測(cè)速。T 法測(cè)速的技術(shù)指標(biāo)：分辨率 、測(cè)量精度、檢測(cè)時(shí)間、時(shí)鐘脈沖 fc 的確定。法

23、測(cè)速 M/T 法測(cè)速 ：同時(shí)進(jìn)行測(cè)量時(shí)間和檢測(cè)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)頻率的高速時(shí)鐘發(fā)出脈沖數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由此我們便可以確定電機(jī)轉(zhuǎn)速。 M/T 法測(cè)速的性能指標(biāo)：分辨率、測(cè)速精度。2.4.2 M測(cè)速發(fā)與T測(cè)速法結(jié)合分析通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn)資料以及詢問(wèn)相關(guān)老師得知， M/T 法是對(duì)電機(jī)測(cè)速系統(tǒng)的改進(jìn)主要的解決方法。為了改進(jìn) M/T 測(cè)速法中存在的一些突出問(wèn)題例如檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此檢測(cè)誤差過(guò)大而提出來(lái)的，這都是 M/T 測(cè)速法以及對(duì)其進(jìn)行的改進(jìn)測(cè)速算法。由于延時(shí)性問(wèn)題突出、軟件編程困難、硬件輔助設(shè)備要求多、工程實(shí)現(xiàn)要求難等，都是現(xiàn)實(shí)工程中M/T 測(cè)速法以及對(duì) M/T 測(cè)速法的改進(jìn)算法存在的困難。有時(shí)對(duì)系統(tǒng)硬件要求較

24、高，則會(huì)增加開(kāi)發(fā)成本。因此這次研究主要放在直流電動(dòng)機(jī)的檢測(cè)轉(zhuǎn)速的方法上，以M測(cè)速法和T測(cè)速法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的。通過(guò)上面所述的每個(gè)檢測(cè)算法的表述，T測(cè)速法在應(yīng)用過(guò)程中脈沖的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)速檢測(cè)到的速度是一起的。即通過(guò)光電編碼器產(chǎn)生的每一個(gè)脈沖，就會(huì)馬上計(jì)算出以及更新轉(zhuǎn)換一次其檢測(cè)的時(shí)間間隙。為了能得到測(cè)速精度線性準(zhǔn)確度高以及速度曲線具有規(guī)律性，必須編碼器產(chǎn)生的脈沖隨著轉(zhuǎn)速變化而進(jìn)行變化。由于T測(cè)速法適用于較低速情況，所以當(dāng)被測(cè)電機(jī)的單位轉(zhuǎn)速不斷增加，而且提高到光電編碼器產(chǎn)生的脈沖的時(shí)間間隔小于時(shí)，將無(wú)法測(cè)量出編碼器產(chǎn)生的相鄰脈沖之間的時(shí)間。而M測(cè)速法具有高速范圍內(nèi)的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，但它存在著在具體的單個(gè)采

25、樣周期內(nèi)編碼器形成的脈沖數(shù)量的變化時(shí)刻影響到測(cè)速精度，這是它一個(gè)缺陷。同時(shí)會(huì)跟著轉(zhuǎn)速的降低單個(gè)采樣周期內(nèi)的編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)而減少，因此導(dǎo)致測(cè)速精度持續(xù)的降低。盡管時(shí)效性、精度好、線性好等優(yōu)良特點(diǎn)，對(duì)T測(cè)速法在低速范圍內(nèi)相比其他的方法無(wú)法相比的，當(dāng)然M測(cè)速法在高速情況下具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，但不管采用哪種方法，都不能保證在整個(gè)運(yùn)行里都具有較高的測(cè)速精度。所以這次研究就是將M測(cè)速法和T測(cè)速法進(jìn)行結(jié)合來(lái)進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)速，以致能使更多范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，這都是基于它們各自的基本原理以及優(yōu)點(diǎn)結(jié)合加以改進(jìn)。第三章 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)3.1系統(tǒng)總體控制設(shè)計(jì)方案概述系統(tǒng)硬件包括單片機(jī)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置、PWM

26、 波調(diào)制、電動(dòng)機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路、直流電動(dòng)機(jī)以及顯示和鍵盤輸入等部分。軟件設(shè)計(jì)采用 PID 算法，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制功能。控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。顯示電路電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM調(diào)制AT89C51鍵盤轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置直流電動(dòng)機(jī)圖3-1控制系統(tǒng)方框圖該方案采用傳感器與定時(shí)器、計(jì)數(shù)器配合測(cè)速，其中傳感器采用光電碼盤，利用其產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的脈沖。將電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)矩形脈沖，通過(guò)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可以記錄并計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，再通過(guò) PID 算法計(jì)算轉(zhuǎn)速偏差，將其送到另外一片 CPU (稱作從 CPU)，利用它產(chǎn)生 PWM 波，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后供給電動(dòng)機(jī)，從測(cè)速到驅(qū)動(dòng)再測(cè)速進(jìn)行循環(huán)控制，使電動(dòng)機(jī)

27、的轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值。測(cè)得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)周期，得到轉(zhuǎn)速后再經(jīng) PID 算法得出控制量發(fā)送給從 CPU 產(chǎn)生 PWM 波，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，形成閉環(huán)控制。該系統(tǒng)成本低，體積小，適合于控制小功率直流電動(dòng)機(jī)。 3.1轉(zhuǎn)速控制方法概述現(xiàn)在轉(zhuǎn)速的控制方法具有很多，主要是續(xù)流二極管法、定子三次諧波控制法、反電動(dòng)勢(shì)邏輯電平積分法和反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)控制法等?，F(xiàn)在來(lái)對(duì)這幾種方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。3.1.1續(xù)流二極管法采用直流電機(jī)控制系統(tǒng)導(dǎo)通方式，控制六個(gè)功率管上的電流導(dǎo)通，并有非導(dǎo)通相的繞組有個(gè)續(xù)流的過(guò)程。這種方法能很好地拓寬電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍，尤其在轉(zhuǎn)速下限方面具有顯著成效。然而它也有一些缺點(diǎn)，必須在不斷變換斬波形式

28、下上下功率管工作，因此也增加了控制難度。同時(shí)尖點(diǎn)干擾形成的誤差信號(hào)和無(wú)效信號(hào)消除比較困難這對(duì)于續(xù)流二極管來(lái)說(shuō)。由于反電動(dòng)勢(shì)波形、電感量的波動(dòng)、位置誤差等因素使得轉(zhuǎn)子位置不準(zhǔn)確。由于以上缺點(diǎn)不以消除和技術(shù)不成熟，所以此方法在國(guó)內(nèi)應(yīng)用不是很多。3.1.2定子三次諧波控制法定子三次諧波控制法是通過(guò)控制電樞相電壓中的三次諧波分量,并對(duì)這組測(cè)量值進(jìn)行積分,當(dāng)積分值為零時(shí),便得到功率管的開(kāi)關(guān)信號(hào)。一種是通過(guò)濾波器上的電阻進(jìn)行積分處理，并有一個(gè)星型電阻網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)數(shù)的三個(gè)端點(diǎn)，其中點(diǎn)連接電樞的中線。但這種方法也有缺點(diǎn)若電動(dòng)機(jī)的中線接出不方便時(shí)，就不好使用了。然而如果采用濾波器來(lái)去除干擾，則可以使用這方法。但不

29、管怎么說(shuō)，該方法缺點(diǎn)比較突出，因?yàn)椴僮魇褂貌皇呛苋菀祝冶仨氁^多外加設(shè)備，同時(shí)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，三次脈沖波不好得到。3.1.3反電動(dòng)勢(shì)邏輯電平積分法這種方法對(duì)絕對(duì)積分值必須在過(guò)零點(diǎn)的開(kāi)路相反電動(dòng)勢(shì)前提下，或者使得轉(zhuǎn)子位置時(shí)，此時(shí)則是定子繞組換流時(shí)刻，它則是積分值到了預(yù)設(shè)定的暫停積分值。即為了獲得轉(zhuǎn)子的位置信息則需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)不導(dǎo)通反相電動(dòng)勢(shì)的積分得到才行。但這種方法也有缺點(diǎn)對(duì)于較低速度的情況下，必須得開(kāi)環(huán)的方式才能消除開(kāi)關(guān)噪聲不敏感的影響。為了得到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子的位置，則需要通過(guò)比較過(guò)零點(diǎn)的相反的兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而得到該電平對(duì)這兩條路線上的電平進(jìn)行積分，這也反映了它們之間的聯(lián)系。同時(shí)為了拓寬調(diào)速上下

30、限，則可以判斷不導(dǎo)通的相反電動(dòng)勢(shì)的性能。3.1.4反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)控制法現(xiàn)在運(yùn)用最成熟、最高效、最廣泛的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)k控制方法反電動(dòng)勢(shì)法。該方法運(yùn)用星型繞組相互連通三種相位六種狀態(tài)的直流電動(dòng)機(jī)中。通過(guò)要求下次換相點(diǎn)必須落后每個(gè)過(guò)零點(diǎn)，且在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)兩次過(guò)零點(diǎn)在直流電動(dòng)機(jī)未導(dǎo)通的狀態(tài)前提下。因此要得出下次換相點(diǎn)的瞬間值，則只要檢測(cè)出每個(gè)過(guò)零點(diǎn)并延遲一段時(shí)間就行了。接收端電壓的濾波器電阻會(huì)與輸入頻率的改變而改變，即轉(zhuǎn)速變化時(shí)，輸入的頻率也隨之改變。但形成的轉(zhuǎn)矩的能力會(huì)受濾波延時(shí)即轉(zhuǎn)速非常快而影響，從而使得電動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)行。如果需要取得良好的運(yùn)行，則需要一些改進(jìn)的手段即可做到，因此簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，

31、得到大量的推廣。3.1.5比較以上各種方法在直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制關(guān)鍵信號(hào)是轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。因此從上面的分析總結(jié)各種性能，可以得出續(xù)流二極管法、三次諧波法、反電動(dòng)勢(shì)邏輯電平積分法都有些不好處理問(wèn)題，因此在實(shí)際情況不太容易得到推廣。而反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)控制法與它們相比較具有操作簡(jiǎn)單、控制信號(hào)快、準(zhǔn)確度高、運(yùn)行平穩(wěn)性好。當(dāng)然這種方法也需要進(jìn)一步改進(jìn)，才能更好的檢測(cè)出好的信息。因此本次研究轉(zhuǎn)速的控制運(yùn)用的方法是反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)控制法。2.1測(cè)速環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)方案用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器配合光電式位置傳感器測(cè)速，光電開(kāi)關(guān)由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，遮光盤處于發(fā)光二極管和光敏三極管中間，盤上開(kāi)有一定角度的窗口。紅外發(fā)光二極管

32、通電后發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光間斷地照在光敏三極管上，使其不斷的導(dǎo)通和截止，輸出信號(hào)反映轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過(guò)波形整形放大后送到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以計(jì)算每分鐘脈沖的個(gè)數(shù)，硬件電路如圖 2 所示。2.2直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路方案驅(qū)動(dòng)電路是將前級(jí)電路的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，并向后級(jí)負(fù)載提供功率驅(qū)動(dòng)信號(hào)。采用 H 橋電路驅(qū)動(dòng)，如圖 3 所示。該電路簡(jiǎn)單可靠，用于驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，波形的高電平或低電平寬一些，直流電動(dòng)機(jī)可正反轉(zhuǎn)。第 4 章 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（檢測(cè)模塊）電機(jī)的性能檢測(cè)尤其是對(duì)轉(zhuǎn)速參數(shù)的檢測(cè)是保證電機(jī)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一，而傳統(tǒng)的檢測(cè)儀表在功能上存

33、在一定的局限性，因此研究新型的電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)就變得有必要。無(wú)刷直流電機(jī)不管是在航天領(lǐng)域，還是在一般工業(yè)領(lǐng)域都占據(jù)著相當(dāng)大的使用比例，因此本文將采用無(wú)刷直流電機(jī)作為試驗(yàn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主體由兩部分組成,電機(jī)控制部分和信號(hào)采集部分，如圖 4.1 所示。由文獻(xiàn)調(diào)研可知，無(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式有以下幾種：可以通過(guò)采用調(diào)節(jié)PWM 電信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；可以通過(guò)改變無(wú)刷直流電機(jī)的輸入模擬直流電壓的大小去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；可以通過(guò)采用 PID 原理對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過(guò)改變脈沖信號(hào)的周期或頻率也可以達(dá)到對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)的目的。 本實(shí)驗(yàn)

34、系統(tǒng)將采用 PWM 信號(hào)和模擬電壓兩種方式，均可以對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中首先通過(guò) Lab VIEW 軟件編程生成無(wú)刷直流電機(jī)所需要的模擬直流電壓信號(hào)或 PWM 信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備輸出，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并可以通過(guò)改變 PWM 信號(hào)的占空比或模擬直流電壓的大小來(lái)得到不同的轉(zhuǎn)速值。至此無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的控制部分的基本功能設(shè)計(jì)完成。電機(jī)控制部分的正常運(yùn)行將使無(wú)刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)在不同轉(zhuǎn)速下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后由轉(zhuǎn)速傳感器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的信號(hào)格式與數(shù)據(jù)采集卡相匹配的信號(hào)輸入格式之間的差異，選擇合適的調(diào)理電路模塊或者采取直接

35、采集的方式將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集設(shè)備中，進(jìn)而輸入到基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的軟件系統(tǒng)中進(jìn)行處理、顯示，并自動(dòng)生成各種試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，并按照試驗(yàn)的時(shí)間進(jìn)行保存，方便用戶查閱。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將設(shè)計(jì)使用雙軸輸出電機(jī)，可以同時(shí)使用多個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，此設(shè)計(jì)方案的目的是可以通過(guò)多個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器同時(shí)采集數(shù)據(jù)的對(duì)比，消除因單一傳感器故障而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集異常的隱患，同時(shí)也可以對(duì)軟件進(jìn)行雙重驗(yàn)證，對(duì)促進(jìn)軟件的精確性起到積極作用。 4.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各組成部分選型及介紹 4.2.1 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器 （1）內(nèi)部電位器調(diào)速：在驅(qū)動(dòng)器側(cè)面我們看到有一個(gè)電位器調(diào)節(jié)鈕，驅(qū)動(dòng)器的實(shí)物圖 4.2 所示，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器側(cè)面的電位器旋鈕來(lái)調(diào)

36、節(jié)速度，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速增大； （2）外接電位器調(diào)速：此種方法與內(nèi)置電位器調(diào)速原理基本相同，驅(qū)動(dòng)器為用戶提供了連接外置電位器的端口，具體操作方式是將電位器的兩個(gè)固定端分別接于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的“COM”和“REF+”端，將電位器的調(diào)節(jié)端接于“SV”端，經(jīng)過(guò)上述操作后即可使用外接電位器(10K-100K)進(jìn)行調(diào)速操作。 為了進(jìn)一步突出虛擬儀器技術(shù)在本課題中的作用，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并沒(méi)有采用以上兩種調(diào)速方式，而是在軟件中嵌入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案中設(shè)計(jì)的兩種調(diào)速方式，PWM 信號(hào)調(diào)速和模擬電壓調(diào)速。4.2.2 轉(zhuǎn)速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)功能的主要功能器件，在使用轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，要根據(jù)被測(cè)

37、信號(hào)的特性與轉(zhuǎn)速傳感器的性能指標(biāo)來(lái)選用。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將設(shè)計(jì)使用雙軸輸出電機(jī)，可以同時(shí)使用多個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，此設(shè)計(jì)方案的目的是可以通過(guò)多個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器同時(shí)采集數(shù)據(jù)的對(duì)比，消除因單一傳感器故障而出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集異常的隱患，同時(shí)也可以對(duì)軟件進(jìn)行雙重驗(yàn)證，對(duì)促進(jìn)軟件的精確性起到積極作用?；谝陨夏康奈疫x用了上海某公司生產(chǎn)的 YS 51XFW975 組裝式旋轉(zhuǎn)變壓器及其解碼器、歐姆龍生產(chǎn)的 E6B2-CWZ3E 型增量式光電編碼器。 以下是兩種轉(zhuǎn)速傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)。 （1）旋變及其解碼器（2）光電編碼器 4.2.3 信號(hào)調(diào)理模塊 信號(hào)調(diào)理模塊是對(duì)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集裝置的傳感器信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的接口，使傳

38、感器傳輸過(guò)來(lái)的電信號(hào)和數(shù)據(jù)采集卡平穩(wěn)對(duì)接。一般來(lái)說(shuō)信號(hào)調(diào)理模塊要完成的工作基本上是完成對(duì)信號(hào)的放大、濾波、激勵(lì)、隔離等處理。 （1）放大 轉(zhuǎn)速傳感器所接收得到的被測(cè)目標(biāo)發(fā)出的信號(hào)，一般都非常微弱，通常需要對(duì)其進(jìn)行放大處理以提高信號(hào)的分辨率，同時(shí)也可以使經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)符合數(shù)據(jù)采集設(shè)備的輸入范圍要求，以增加檢測(cè)的精度。 （2）濾波 濾波的主要目的是消除測(cè)量中不需要的信號(hào)，如噪聲信號(hào)等，只讓需要的信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)會(huì)有很多的外界信號(hào)干擾，為此就需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。當(dāng)前大多的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，己經(jīng)在自身內(nèi)部集成了抗失真的濾波器。 （3）激勵(lì) 許多傳感器都必須通過(guò)外加的激勵(lì)信

39、號(hào)才能夠正常的丁作，例如應(yīng)變式傳感器、熱敏電阻以及光敏電阻等工作時(shí)都需要外接電壓或者電流激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)調(diào)理電路可以產(chǎn)生這些傳感器所需要的激勵(lì)信號(hào)。 （4）隔離 在檢測(cè)某些信號(hào)時(shí)，由于被測(cè)信號(hào)中通常含有超過(guò)檢測(cè)儀器額定功率的信號(hào)成分或者干擾信號(hào)，為此需要將被測(cè)信號(hào)與數(shù)據(jù)采集卡之間進(jìn)行隔離以避免直接的電接觸或者物理接觸，可以保證檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。 4.3 本章小結(jié) （1）首先對(duì)本文的無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了簡(jiǎn)介；（2）接著詳細(xì)介紹了本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的功能以及硬件選擇，包括被測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡等。 第 5 章 無(wú)刷直流電機(jī)測(cè)速檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器技術(shù)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)的核心部分在于軟件。虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) Lab VIEW 是開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)基于虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)