第九章-電機控制

一、電機概述電機是電能的變換裝置，包括靜止電機和旋轉(zhuǎn)電機。靜止電機是依據(jù)電磁感應(yīng)定律和磁勢平衡原理實現(xiàn)電壓變更的一種電磁裝置，也稱其為變壓器。旋轉(zhuǎn)電機是依據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。旋轉(zhuǎn)電機可分為： 直流電機 步進電機 溝通電機1.1直流電機的分類分類標(biāo)準(zhǔn)具體類別按其控制性能普通直流電機；直流伺服電機。按有無電刷有刷直流電機；無刷直流電機。按勵磁類型永磁直流電機；勵磁直流電機等。一般有刷永磁直流電機工作原理1.2直流電機特性圖當(dāng)負(fù)載確定時，流過直流電機的平均電流越大，產(chǎn)生的力矩就越大，從而直流電機的轉(zhuǎn)速越快；當(dāng)電流確定時，負(fù)載越大，直流電機的轉(zhuǎn)速就越慢。步進電機一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)；即當(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。步進電機結(jié)構(gòu)圖：步進電機轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，線圈繞在定子上。依據(jù)線圈的配置，步進電機的分類：步進電機二、直流電機的限制對直流電機進行調(diào)速和限制，需經(jīng)過直流電機的驅(qū)動電路，驅(qū)動電路事實上就是大功率的放大器。直流電機的驅(qū)動電路有線性放大驅(qū)動型和開關(guān)驅(qū)動型。線性驅(qū)動器就是一個線性功放，線性驅(qū)動器的工作原理如下：線性功率驅(qū)動工作原理

1.1開關(guān)驅(qū)動器PWM原理圖開關(guān)驅(qū)動是利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將恒定的直流電源電壓轉(zhuǎn)換為確定的方波電壓加在電機電樞上。PWM是直流電機最重要也是最常用的開關(guān)驅(qū)動限制方式。

1．PWM（PulseWidthModulation）脈沖調(diào)寬式2．PFM（PulseFrequencyModulation）脈沖調(diào)頻式1.2限制電路--驅(qū)動部分直流電機驅(qū)動器主要分類：T型不行逆驅(qū)動器；H型可逆驅(qū)動器。H型驅(qū)動器原理圖以下電路可敏捷限制直流電機正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速限制電路 1.3直流電機限制試驗 1．試驗?zāi)康拿艚菹拗浦绷麟姍C的正反轉(zhuǎn)，敏捷限制直流電機的轉(zhuǎn)速與停止。 2．試驗內(nèi)容一起先電機以最高速度正轉(zhuǎn)，按鍵一次則電機速度減半，按鍵3次后，電機停止；接著按鍵，電機反轉(zhuǎn)。 3．原理分析用P1.21引腳來限制直流電機的轉(zhuǎn)動方向，并用一個全局變量保存電機的轉(zhuǎn)動方向；用P0.21引腳來限制直流電機的轉(zhuǎn)速，設(shè)計電機轉(zhuǎn)速有2個等級。驅(qū)動子函數(shù)：ZLDJ_SET（uint8Direction，uint8Speed），限制直流電機的方向和速度。4.試驗參考程序/***************************************************************************一起先電機以最高速度正轉(zhuǎn)，按鍵一次則電機速度減半，按鍵3次后，電機停止；*接著按鍵，電機反轉(zhuǎn)。**************************************************************************/int main(void){ uint32i; uint8Direction=0,Speed=3; PINSEL1=PINSEL1&0x0FFFFFFF; //設(shè)置P0.30為GPIO功能，輸入 IO0DIR=IO0DIR&0xBFFFFFFF; //設(shè)置P0.21為PWM功能，通過限制PWM的占空比從而限制直流電機的速度 PINSEL1=PINSEL1|0x00000400; //設(shè)置P1.21為GPIO，輸出。通過限制P1.21的電平從而限制直流電機的方向 IO1DIR=IO1DIR|(1<<21); ZLDJ_SET(Direction,Speed); //電機以最快速度正轉(zhuǎn) while(1) { if((IO0PIN&(1<<30))!=0) continue; //假如P0.30是高電平 for(i=0;i<5000;i++) ; //軟件延時,消退干擾 if((IO0PIN&(1<<30))!=0) continue; //假如P0.30是高電平 if((Speed&0x03)==0) Direction++; Speed--; ZLDJ_SET(Direction&0x01,Speed&0x03); }}三、步進電機限制步進電機依據(jù)電機結(jié)構(gòu)分為三種：永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；多半用于價格低廉的消費性產(chǎn)品。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。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年頭已被淘汰；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、三相和五相：兩相步距角一般為1.8度，三相步距角為0.9度，而五相步距角一般為0.72度?；爝M合式步進是工業(yè)運動限制應(yīng)用最常見的電機。一相驅(qū)動 1相驅(qū)動方式特別簡潔，可以便利地限制步進電機的正反轉(zhuǎn)和速度。變更驅(qū)動信號的頻率就變更電機的轉(zhuǎn)動速度。二相驅(qū)動 2相驅(qū)動的方式是任何一個時間，有2組線圈同時被激磁，因此產(chǎn)生的力矩比1相大，因此它的耗電也比一相大，但阻尼效果好。 與1相驅(qū)動方式一樣，2相驅(qū)動中總共有4種不同的信號，呈現(xiàn)周期性變更，每個周期步進電機轉(zhuǎn)動4個步距角。電機的轉(zhuǎn)速由驅(qū)動信號的頻率來限制，電機轉(zhuǎn)動方向（正/反）由驅(qū)動信號的依次來確定。1.12相步進電機的驅(qū)動方式1相驅(qū)動 2相驅(qū)動 1－2相驅(qū)動1.2步進電機的驅(qū)動電路--達(dá)林頓晶體管驅(qū)動達(dá)林頓晶體管瞬間通過電流可放大而達(dá)到l~3A，足以應(yīng)付大多數(shù)的步進電機。驅(qū)動電流小于0.5A的小型步進電機，可以接受ULN2003之類的驅(qū)動芯片。1.3步進電機的驅(qū)動電路--驅(qū)動芯片 1.試驗?zāi)康?理解步進電機的結(jié)構(gòu)，駕馭步進電機的限制方法（限制步進電機的轉(zhuǎn)速、方向、前進角度） 2．試驗內(nèi)容 限制步進電機快速前進200步，降低速度再前進50步，再次降低速度前進5步，然后停止。停止一段時間后，限制步進電機以相反的步調(diào)退回原地。 3．試驗原理分析步進電機的轉(zhuǎn)速由激磁信號的頻率來確定，步進角的多少由激磁信號的個數(shù)來確定。1.4兩相步進電機驅(qū)動試驗4.試驗參考程序/***************************************************************************限制步進電機快速前進200步，降低速度再前進50步，再次降低速度前進5步，然后停止。*停止一段時間后，限制步進電機以相反的步調(diào)退回原地。*P2.21連接bjdj_A+、P2.17連接bjdj_A-、P2.19連接bjdj_B+、P1.22連接bjdj_B-**************************************************************************/int main(void){ uint32i; //設(shè)置步進電機限制引腳都為GPIO功能，輸出 IO1DIR=IO1DIR|(1<<22); //P1.22為輸出 IO2DIR=IO2DIR|(1<<17)|(1<<19)|(1<<21); //P2.21,P2.17,P2.19為輸出 BJDJ_Run(0,1,200); //電機以最快速度正轉(zhuǎn)200個步距角 BJDJ_Run(0,2,50); //電機以中等速度正轉(zhuǎn)50個步距角 BJDJ_Run(0,3,5); //電機以最慢速度正轉(zhuǎn)5個步距角

for(i=0;i<50000;i++) ; //軟件延時 BJDJ_Run(1,3,5); //電機以最慢速度反轉(zhuǎn)5個步距角 BJDJ_Run(1,2,50); //電機以中等速度反轉(zhuǎn)50個步距角 BJDJ_Run(1,1,200); //電機以最快速度反轉(zhuǎn)200個步距角}思索與練習(xí)1、電機是______的變換裝置，包括______電機和______電機。2、旋轉(zhuǎn)電機的可以分為______、______和______，其中能將電脈沖轉(zhuǎn)化成為角位移的執(zhí)行機構(gòu)是______。3、請畫出直流電機產(chǎn)生的力矩與通電電流的關(guān)系圖，以及轉(zhuǎn)速與所帶負(fù)載的關(guān)系圖。4、直流電機的驅(qū)動電路分為______型和______型。請分別畫出這兩種類型的驅(qū)動工作原理示意圖。5、PWM與PFM這兩種方法在驅(qū)動電機速度上面有