直流伺服電機(jī)課程設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"緒論 3\o"CurrentDocument"1直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程 3\o"CurrentDocument"1.1直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 4\o"CurrentDocument"1.1.1直流伺服電機(jī)的介紹 4\o"CurrentDocument"1.1.2直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu) 4\o"CurrentDocument"1.2直流伺服電機(jī)的工作過程 5\o"CurrentDocument"1.2.1直流伺服電機(jī)的工作原理 5\o"CurrentDocument"1.2.2直流伺服電機(jī)的工作特性 6\o"CurrentDocument"2直流伺服電機(jī)的控制方式 7\o"CurrentDocument"2.1電樞控制 7\o"CurrentDocument"2.2磁場控制 8\o"CurrentDocument"2.3總結(jié) 8\o"CurrentDocument"3直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng) 9\o"CurrentDocument"3.1總體設(shè)計(jì)方案 9\o"CurrentDocument"3.2硬件電路設(shè)計(jì) 10\o"CurrentDocument"3.2.1硬件組成 10\o"CurrentDocument"3.2.2主要器件功能介紹 103.2.2.1直流伺服電機(jī)選取 103.2.2.2PWM簡介及調(diào)速原理 12\o"CurrentDocument"3.2.3電路組成 14晶振電路 14復(fù)位電路 14單相橋式整流電路 14\o"CurrentDocument"3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 15\o"CurrentDocument"系統(tǒng)簡介及原理 15\o"CurrentDocument"系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 16\o"CurrentDocument"系統(tǒng)流程圖 17總結(jié) 17\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 18\o"CurrentDocument"附錄 19\o"CurrentDocument"附錄1單片機(jī)原理圖 19r■匚=====WORD完整版----可編輯----專業(yè)資料分享;緒論設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一個以單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)。單片機(jī)是應(yīng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的要求而出現(xiàn)的，隨著單片機(jī)的迅速發(fā)展，起應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。盡管目前已經(jīng)發(fā)展眾多種類的單片機(jī)，但是應(yīng)用較廣、也是最成熟的還是最早有Intel開發(fā)的MCS-51系列單片機(jī)（51系列單片機(jī)）。51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)成為目前主流的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation—簡稱PWM）調(diào)速產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代中期，最早用于自動跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡，自動記錄儀表等的驅(qū)動，后來用于晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展，PWM技術(shù)得到了高速發(fā)展，各式各樣的脈寬調(diào)速控制器，脈寬調(diào)速模塊也應(yīng)運(yùn)而生，許多單片機(jī)也都有了PWM輸出功能。而MCS—51系列單片機(jī)作為應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)之一，卻沒有PWM輸出功能，本課設(shè)采用配合軟件的方法實(shí)現(xiàn)了MCS—51單片機(jī)的PWM輸出調(diào)速功能，這對精度要求不高的場合時非常實(shí)用的。設(shè)計(jì)一個以單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)。功能主要包括：1直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)；2直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)；3直流電機(jī)的加速；4直流電機(jī)的減速；5直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速在數(shù)碼管上顯示；6直流電機(jī)的啟動；7直流電機(jī)的停止；1直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程1.1直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.1.1直流伺服電機(jī)的介紹伺服電動機(jī)的作用是將輸入的電壓信號(即控制電壓)轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度輸出，在自動控制系統(tǒng)中常作為執(zhí)行元件，所以伺服電動機(jī)又稱為執(zhí)行電動機(jī)，其最大特點(diǎn)是：有控制電壓時轉(zhuǎn)子立即旋轉(zhuǎn)，無控制電壓時轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由控制電壓的方向和大小決定的。常用的直流電動機(jī)有：永磁式直流電機(jī)(有槽、無槽、杯型、印刷繞組)、勵磁式直流電機(jī)、混合式直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)、直流力矩電機(jī)。一般的直流伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與普通的直流電動機(jī)并無本質(zhì)的區(qū)別。也是有裝有磁極的定子、可以轉(zhuǎn)動的電樞和換向器組成。按勵磁的方式不同，可分為電磁式與永磁式兩種。電磁式直流伺服電動機(jī)的磁場有勵磁電流通過勵磁組產(chǎn)生。按勵磁繞組與電樞繞組連接方式的不同，又分為他勵式、并勵式和串勵式三種，一般多用他勵式。永磁式直流伺服電動機(jī)的磁場由永磁鐵產(chǎn)生，無需勵磁繞組和勵磁電流。1.1.2直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通小型直流電動機(jī)相同1.定子主磁極也稱為主極。作用是產(chǎn)生氣隙磁場。換向磁極也稱為附加極或間極。作用是改善換向。裝在主極之間。機(jī)座由鑄鋼或厚鋼板焊成。是電機(jī)的機(jī)械支撐。⑷電刷裝置將直流電壓、電流引入或引出的裝置。其組數(shù)與主極極數(shù)相等。(5)端蓋用來支撐轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸。2.轉(zhuǎn)子(電樞)電樞鐵心主磁路的主要部分及嵌放電樞繞組，由硅鋼片迭壓而成。電樞繞組由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成。用來感應(yīng)電動勢和通過電流,是電路的主要部分。換向器由許多彼此絕緣的換向片構(gòu)成。轉(zhuǎn)軸電樞鐵心與換向器等都固定在轉(zhuǎn)軸上，通過轉(zhuǎn)軸可以拖動生產(chǎn)機(jī)械。風(fēng)扇有冷卻作用1.2直流伺服電機(jī)的工作過程1.2.1直流伺服電機(jī)的工作原理如圖，當(dāng)用原動機(jī)拖動電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)，線圈邊將切割磁力線感應(yīng)出電勢，電勢方向可據(jù)右手定則確定。由于電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈邊ab、cd將交替地切割N極、S極下的磁力線，每個線圈邊和整個線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是交變電動勢，但由于電刷

和換向器的作用，使流過負(fù)載的電流是單方向的直流電流，這一直流電流一般是脈動的。在圖中，電刷A所引出的電動勢始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電動勢，它始終具有正極性；電刷B始終具有負(fù)極性。這就是直流伺服電機(jī)的工作原理。直流伺服電機(jī)的工作特性傳統(tǒng)的直流伺服電動機(jī)動實(shí)質(zhì)是容量較小的普通直流電動機(jī)，因此其工作特性與普通直流電動機(jī)一致。1.靜態(tài)特性電磁轉(zhuǎn)矩由下式表示:式（1.1）Kt—轉(zhuǎn)矩常數(shù)；①一磁場磁通；la—電樞電流；TM—電磁轉(zhuǎn)矩。電樞回路的電壓平衡方程式為:式（1.2）Ua—電樞上的外加電壓；Ra—電樞電阻；Ea—電樞反電勢。電樞反電勢與轉(zhuǎn)速之間有以下關(guān)系：式（1.3）式（1.4）E二K恤式（1.3）式（1.4）aeKe—電勢常數(shù)；3—電機(jī)轉(zhuǎn)速（角速度）。根據(jù)以上各式可以求得：UR①=——l— a?TKeK?K42Me eT當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零時：U①=——a-0 Ke*式（1.5）理想空載轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時：T=UaKe理想空載轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時：T=UaKesRTg式（1.6）啟動轉(zhuǎn)矩當(dāng)電機(jī)帶動某一負(fù)載TL時電機(jī)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的差:式（1.7）AR，A?=aTkke2式（1.7）直流電機(jī)的機(jī)械特性2.動態(tài)特性直流伺服電機(jī)的動態(tài)力矩平衡方程 T-T=JdlMLd式（1.8）式中TM—電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；TL—折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；3—電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度；J—電機(jī)轉(zhuǎn)子上總轉(zhuǎn)動慣量；t—時間自變量。2直流伺服電機(jī)的控制方式2.1電樞控制采用電樞控制時，電樞繞組加上控制信號電壓，電磁式伺服電動機(jī)的勵磁繞組加上額定電壓。當(dāng)控制信號Ua=0時，la=O,T=O,電機(jī)不會旋轉(zhuǎn)，及轉(zhuǎn)速n=0。當(dāng)UaHO時，laHO,THO,電動機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩T的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)。改變Ua室外大小或極性，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向?qū)㈦S之改變，電動機(jī)隨著電樞電壓大小或極性的改變而處于調(diào)速或反轉(zhuǎn)的狀態(tài)中。Ua不同時，伺服電動機(jī)的機(jī)械特性與普通直流電動機(jī)相同，是一組平行的略微傾斜的直線

電樞控制時Uf=電樞控制時Uf=UfN,Ua=Uc（控制電壓）Ucn= 式（2.1）2.2磁場控制采用磁場控制是，電磁式直流伺服電動機(jī)的勵磁繞組加上控制信號電壓，電樞繞組加上額定電壓。這種控制方式在永磁式直流伺服電動機(jī)中不能采用。這時電磁式伺服電動機(jī)的工作原理與電樞控制是相同，只是當(dāng)控制信號電壓Uf的大小和極性改變時，電動機(jī)隨著磁場強(qiáng)弱和方向的改變額處在調(diào)速或反轉(zhuǎn)狀態(tài)中，Uf不同時，電磁式直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性與普通的直流電動機(jī)在不同If是的機(jī)械特性相同。If減小,機(jī)械特性上移，斜率增加。Ua=UaN，Uf=Uc（控制電壓）忽略磁路飽和、不計(jì)電樞反應(yīng)，則①=CUf=CUc式（2.2）2.3總結(jié)兩種控制方式相比，在性能上，電樞控制圓角磁場控制優(yōu)越，故應(yīng)用最多。磁場控制的主要優(yōu)點(diǎn)是控制功率小，僅用于小功率電機(jī)。結(jié)合生活上的直流伺服電機(jī)應(yīng)用來說，一般多用功率大的控制方式，所以電樞控制應(yīng)用更加普遍。3直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)直流伺服電動機(jī)具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流拖動控制系統(tǒng)又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以應(yīng)該首先掌握直流拖動控制系統(tǒng)。任何一臺需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對消速性能都有一定的要求。例如，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間的范圍，是有級調(diào)速還是無級調(diào)速，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時允許轉(zhuǎn)速波動的大小，從正轉(zhuǎn)運(yùn)行變到反轉(zhuǎn)運(yùn)行的時間間隔，突加或突減負(fù)載使得允許的轉(zhuǎn)速波動，運(yùn)行停止時要求的定位精度等等。歸納起來，對于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三個方面:調(diào)速，在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地或平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。穩(wěn)速，以一定的精度再說需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動。加、減速自動設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)效率，不易經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。電機(jī)是用來拖動某種生產(chǎn)機(jī)械的動力設(shè)備，所以需要根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。比如：在加工毛坯工件時，為了防止工件表面對生產(chǎn)刀具的磨損，因此加工時要求電機(jī)低速運(yùn)行；而在對工件進(jìn)行精加工時，為了縮短加工時間，提高產(chǎn)品的成本效益，因此加工時要求電機(jī)高速運(yùn)行。所以，我們就將調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)生產(chǎn)要求的過程就稱之為調(diào)速；而用于完成這一功能的自動控制系統(tǒng)就被稱為是調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)本學(xué)期的電力電子以及單片機(jī)知識，可以設(shè)計(jì)一個以單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)。3.1總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案的硬件部分詳細(xì)框圖如下圖所示數(shù)碼管顯示按鍵控制 1=^單片機(jī) 1=^1~PWM電機(jī)驅(qū)動

鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、光耦傳遞，驅(qū)動H型橋式電動機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。電動機(jī)所處速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時最高位顯示“三”，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速；反轉(zhuǎn)時最高位顯示“F”，其它三位為電機(jī)轉(zhuǎn)速。每次電動機(jī)啟動后開始顯示，停止時數(shù)碼管顯示出“0000”硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1硬件組成本系統(tǒng)由PC機(jī)、MCS-51單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)、、PWM脈寬調(diào)制控制板以及直流伺服電動機(jī)等組成。主要器件功能介紹3.2.2.1直流伺服電機(jī)選取負(fù)載變化大，要求精度高，為了提高性能，對直流伺服電機(jī)提出如下要求：（1） 電動機(jī)在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能平滑地運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，特別在低速時應(yīng)仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。（2） 電動機(jī)應(yīng)有一定的過載能力，以滿足低速、大轉(zhuǎn)矩的要求。（3） 為了滿足快速響應(yīng)的要求，電動機(jī)必須具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、盡可能小的機(jī)電時問常數(shù)和啟動電壓。（4）電動機(jī)應(yīng)能承受頻繁的啟動、制動和反轉(zhuǎn)。一轉(zhuǎn)矩的要求直流伺服電機(jī)是根據(jù)負(fù)載來選取的，加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量。負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括切削轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩;負(fù)載慣量指由伺服電機(jī)驅(qū)動的所有作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動的部件的慣量折算到伺服電機(jī)軸上的慣量總和。加到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩通常由下述公式計(jì)算M=（FL/M=（FL/2兀耳）+M式（3.1）式中：M加到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N?m；F一一沿絲杠軸向移動工作臺所需的力，N;耳一一驅(qū)動系統(tǒng)的效率；L一一伺服電機(jī)軸每轉(zhuǎn)工作臺的位移，m；不包括耳。M屮 折算到電機(jī)軸上的滾珠絲杠螺母部分、軸承部分的摩擦轉(zhuǎn)矩（N?不包括耳。力F決定于工作臺質(zhì)量、摩擦系數(shù)以及水平及垂直方向的切削力，或是所用的平衡體的質(zhì)量（在垂直方向時）。不切削時：F=y（W+f） 式（3.2）s切削時：F=y（9.8W+f+f）+f 式（3.3）gcfc式中W一一工作臺和工件的質(zhì)量，kg;f 鑲條夾緊力，N;gf 切削抗力，N;cf一一刀具切削時的軸向切削力，Ncf卩—摩擦系數(shù)。二轉(zhuǎn)動慣量的要求一般在選擇直流伺服電機(jī)時，應(yīng)使負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于或等于伺服電機(jī)的額度轉(zhuǎn)矩;負(fù)載轉(zhuǎn)矩加上加速轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于伺服電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩;加速轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩減去負(fù)載轉(zhuǎn)矩（空載時等于最大轉(zhuǎn)矩減去摩擦轉(zhuǎn)矩）；加速轉(zhuǎn)矩應(yīng)考慮負(fù)載慣量與電機(jī)慣量的匹配。系統(tǒng)機(jī)械傳動部分的等效慣量J對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響J增大時，響應(yīng)趨緩，L L且出現(xiàn)超調(diào)；當(dāng)J工減小時，系統(tǒng)響應(yīng)加快。所以交流伺服電機(jī)的要求是L2j-<—^<2 式（3.4）3JM所以選擇型號：博山瑞鑫70sz54，額定電壓：220V的直流伺服電動機(jī)。SZ系列微型直流伺服電動機(jī)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，也可用作驅(qū)動元件。本系列電動機(jī)是我國自行設(shè)計(jì)的新系列產(chǎn)品，同老系列S系列產(chǎn)品相比，具有體積小、重量輕、力能指標(biāo)高、零部件通用化程度強(qiáng)等特點(diǎn)。按激磁方式本系列電動機(jī)分為：他激（并激）、串激（C）、復(fù)激（F）三種。按使用環(huán)境條件本系列電動機(jī)分為普通型和濕熱帶型兩類.本系列電機(jī)可與多種系列減速器相配合，滿足用戶對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、安裝工位的不同要求。顯號(mN「m}轉(zhuǎn)連(rmn}(W)電壓M電底注)不大予(r/mini)帶大于冋■m |電樞電艷70SZ541763000550110H00.000130ZOQQ0?0型號轉(zhuǎn)矩(mN?m)轉(zhuǎn)速(r/min)功率(w)電壓電流(A)不大于允許順逆轉(zhuǎn)速差(r/min)轉(zhuǎn)動慣量不大于(mN?m?S)電樞激磁電樞激磁70sz54176300055.01101100.800.1302000.0703.2.2.2PWM簡介及調(diào)速原理簡介：PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等待地獲得所需要波形。PWM的一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持在數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式。調(diào)速原理：占空比表示了在一個周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時間與周期的比值。其變化范圍為0—1。如圖2.1,在電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值U取決于占空比的大小。改變其值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的。在PWM調(diào)速時，占空比是一個重要的參數(shù)。以下是3種方式都可以改變占空比的值：占空比示意圖計(jì)算公式：占空比=ton/T定寬調(diào)頻法調(diào)寬調(diào)頻法定頻調(diào)寬法目前，在直流伺服電機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用可能就足以獲得脈沖動很小的直流電流，電樞容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。又由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流即相同的輸出轉(zhuǎn)矩下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都較小。同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)。由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率比較高。3.2.2.3傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。按照霍爾器件的功能可將它們分為:霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量，可用于磁場的測量和控制?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)1MHz）,耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻栭_關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。此外，其工作溫度范圍寬。其中最常用的有以下幾種：（1）霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流并置于外磁場中，即輸出霍爾電勢信號，當(dāng)其不受外磁場作用時，其輸出端無信號。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機(jī)端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機(jī)軸同軸的永磁體。對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)，三個霍爾元件在空間彼此相隔120°電角度，永磁體的極弧寬度為180°電角度。這樣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾元件便交替輸出三個寬度為180°電角、相位互差120°電角的矩形波信號。第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙表面或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變器工作。（2）電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器的定子由磁芯、高頻激磁繞組和輸出繞組組成。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。電機(jī)運(yùn)行時，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時，輸入和輸出繞組通過定、轉(zhuǎn)子磁芯耦合，輸出繞組中則感應(yīng)出高頻信號，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器工作。這種傳感器具有較高的強(qiáng)度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。電磁式位置傳感器輸出信號較大，一般不需要經(jīng)過放大便可直接驅(qū)動開關(guān)管，但此輸出電壓是交流，必須先整流。由于這種傳感器過于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。

3.2.3電路組成323.1晶振電路晶振電路圖，由兩個電容和一個晶振組成，晶振頻率為12MHZ，用來提供穩(wěn)定的頻率信號。1 Lci'3DpFU1HOCRVSTAL 191B卜XML1XTAL2323.2復(fù)位電路復(fù)位電路由直流電源，電容和電阻組成，其主要功能是對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位功能。3.2.3.3單相橋式整流電路單相橋電動機(jī)PWM驅(qū)動模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具體電路見本電路采用的是基于PWM原理的H型橋式驅(qū)動電路PWM電路由復(fù)合體管組成H型橋式電路構(gòu)成，四部分晶體管以對角組合分為兩組：根據(jù)兩個輸入端的高低電平?jīng)Q定晶體管的導(dǎo)通和截止。4個二極管在電路中起防止晶體管產(chǎn)生反向電壓的保護(hù)作用，防止電動機(jī)兩端的電流和晶體管上的電流過大的保護(hù)作用。

vcc-mvcc-m在電動機(jī)驅(qū)動信號方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度下降明顯，低速時甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動機(jī)轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過P10輸入高電平信號，P11輸入低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)；通過P10輸入低電平信號，P11輸入高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)；P10、P11同時為高電平或低電平時，電機(jī)不轉(zhuǎn)。通過對信號占空比的調(diào)整來對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.3.1系統(tǒng)簡介及原理該課設(shè)是基于單片機(jī)利用脈沖寬度調(diào)制來控制伺服直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向，是一個典型的控制系統(tǒng)。脈沖寬度調(diào)制主要是改變脈沖信號的占空比來實(shí)現(xiàn)控制的。當(dāng)增加脈沖的占空比，伺服直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速增加；反之，其速度降低。所以通過控制脈沖的占空比可以控制伺服直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。單片機(jī)AT89C51,其主要功能就是將開關(guān)的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并通過固定程序，通過對信號的識別，輸出相應(yīng)的控制信號。采用晶閘管作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。以電動機(jī)作為負(fù)載，工作時Q1,Q3的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，Q2,Q4的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。PWM逆變電路中間是調(diào)制電路，輸入信號分別是信號波和載波，輸出的信號分別送至4個晶閘管的門極，對其控制。3.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理（1）正反轉(zhuǎn)控制原理該系統(tǒng)中利用開關(guān)K3控制伺服直流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)開關(guān)閉合時既輸入信號為1，通過單片機(jī)編程處理后，控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)；反之，控制電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)該功能的子程序?yàn)椋篖OOP:JBK3,LOOPZF；高電平逆時針轉(zhuǎn)，低電平順時針轉(zhuǎn)CLRZF ；正轉(zhuǎn)LJMPLOOPK1LOOPZF:SETBZF（2）加速控制原理該系統(tǒng)中利用開關(guān)K1控制伺服直流電動機(jī)的加速。當(dāng)開關(guān)閉合時既輸入信號為1，通過單片機(jī)編程處理后，增加控制脈沖的占空比，從而增大了電動機(jī)兩側(cè)的電壓使伺服直流電動機(jī)加速；反之，電動機(jī)保持勻速轉(zhuǎn)動。實(shí)現(xiàn)該功能的子程序?yàn)椋篖00PK1:JBK1,LOOPK2；K1按下加速LCALLDELAYMOVA,PWMLADDA,#1；調(diào)寬值低4位加1MOVPWML,AMOVA,PWMHADDCA,#0；調(diào)寬值高4位加1MOVPWMH,AJNCLOOPK2；最大值時時MOVPWMH,#0FFH（3）減速控制原理該系統(tǒng)中利用開關(guān)K2控制伺服直流電動機(jī)的加速。當(dāng)開關(guān)閉合時既輸入信號為1，通過單片機(jī)編程處理后，減少控制脈沖的占空比，從而減小了電動機(jī)兩側(cè)的電壓使伺服直流電動機(jī)減速；反之，電動機(jī)保持勻速轉(zhuǎn)動。實(shí)現(xiàn)該功能的子程序?yàn)椋篖