用于精密平臺(tái)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器-電氣工程及其自動(dòng)化本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用于精密平臺(tái)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器MotorDriveControllerUsedonthePrecisePlatform學(xué)生姓名xx

學(xué)號(hào)xx學(xué)生專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)氣（）班二級(jí)學(xué)院

機(jī)電工程學(xué)院

指導(dǎo)教師xxxx學(xué)2016年5月

鄭聲明

分類號(hào)：TM301.2UDC：621

密級(jí)：公學(xué)校代碼：xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用于精密平臺(tái)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器MotorDriveControllerUsedonthePrecisePlatform

學(xué)

號(hào)

電氣工程位xx

閱2016年5月

用精平的流機(jī)動(dòng)制摘要自從直流電動(dòng)機(jī)被研制出來(lái)之后其具有良好的線性調(diào)速特性率高、控制方式簡(jiǎn)單及體積小等優(yōu)點(diǎn)得到了普遍使用且備受各行各業(yè)青睞直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中由于會(huì)存在電磁干擾電機(jī)本身構(gòu)造等原因轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)文聯(lián)系實(shí)際直流電動(dòng)機(jī)在精密平臺(tái)中的轉(zhuǎn)動(dòng)情況介紹直流電動(dòng)機(jī)ARM開(kāi)發(fā)板特點(diǎn)的同時(shí)根據(jù)精密平臺(tái)的要求與特點(diǎn)提出了基于IRF740MOS管的恒流源驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，使得電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)能保證穩(wěn)定運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定范圍的誤差內(nèi)時(shí)本文也給出了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件部分流程圖。關(guān)鍵詞流電動(dòng)機(jī)、精密平臺(tái)、恒流源、單片機(jī)。中圖分號(hào)：TM301.2

DCmotorthepreciseplatform：isinallinourwithprettygooditWhenmotortotheofelectromagneticofvibrationwillbeproduced.ThisisdesignedbyapplicationwhatDCusedonpreciseplatformbasedthefeaturesoftheARMMicrocontroller,toandcharacteristicsofpreciseplatform,amethodofconstantdriveDCbasedonLM358、tubeinordertoguaranteethattheDCmotorwilloperatestablethespeedcancontrolledofThehardwaredesignimplementationmethodarealsoKeyDirectcurrentmotor,platform,Constantcurrentsource,：

目次摘要.目次.1緒論.11.1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)21.3本文研究?jī)?nèi)容22系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)42.2直流電機(jī)工作原理.2.3運(yùn)放部分電路及原理2.4MOS管驅(qū)動(dòng)部分62.5恒流源整體設(shè)計(jì)82.6電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量部分92.7顯示電路2.8按鍵控制電路3軟件設(shè)計(jì)123.1主程序設(shè)計(jì)3.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)子程序3.3顯示子程序4結(jié)論.5參考文獻(xiàn).16學(xué)位論文數(shù)據(jù)集.17致謝.

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論1.1動(dòng)制統(tǒng)發(fā)歷與狀從運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的出現(xiàn)到現(xiàn)在流電氣傳動(dòng)和直流電氣傳動(dòng)是兩種最基本的方法，一直存在與各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域之中[1]

。雖然由于各個(gè)時(shí)期生產(chǎn)力水平不同，工業(yè)需求不同等原因使得交流電氣傳動(dòng)直流電氣傳動(dòng)的地位功能以及工業(yè)中使用量不同但隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力的不斷發(fā)展與進(jìn)步特別是近些年以來(lái)電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展直流電氣傳動(dòng)控制技術(shù)始終在競(jìng)爭(zhēng)中不斷吸收著對(duì)方的優(yōu)點(diǎn)，并且相互促進(jìn)中，不斷的發(fā)展?？v觀歷史，直流電機(jī)比交流電機(jī)更早的被研發(fā)出來(lái)所以在19世紀(jì)80年代以前工業(yè)上能用的電機(jī)傳動(dòng)方式只有直流電機(jī)傳動(dòng)[2]。直到19世紀(jì)末，特斯拉發(fā)明了交流電，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展三相制交流電的輸送和分配問(wèn)題被解決而且還研發(fā)出了更經(jīng)濟(jì)實(shí)用性更高的鼠籠型異步電機(jī)隨著交流電由于其特性逐漸被接受和認(rèn)可這就使得交流電氣傳動(dòng)在工業(yè)領(lǐng)域中漸漸地得到推廣并且被大多數(shù)企業(yè)采用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的提高及工業(yè)需求的進(jìn)步，人們又對(duì)電氣傳動(dòng)在電機(jī)的起制動(dòng)正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速性能動(dòng)靜態(tài)性能等方面提出了更具體的要求這就表明要研發(fā)出更成熟、性能更優(yōu)調(diào)速系[3]。因?yàn)榕c交流電機(jī)相比，直流電機(jī)的調(diào)速性能更好，所以從1930年左右開(kāi)始，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就被普遍的接受并應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程如下最開(kāi)始使用旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速后來(lái)發(fā)展為使用磁放大器對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制再后來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步開(kāi)始采用靜止的SCR變流裝置和模擬控制器完成直流調(diào)速再后來(lái)用脈寬調(diào)制控制電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的直流調(diào)速系統(tǒng)的能夠快速響應(yīng)且運(yùn)行穩(wěn)定可靠[4]。然而，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)中，根據(jù)其工作原理可知，電刷和換向器必不可少的原件所以使直流電機(jī)具有制造工藝復(fù)雜維護(hù)麻煩使用環(huán)境受到限定等缺點(diǎn)而且很難成長(zhǎng)為高速?gòu)?qiáng)壓大容量的系統(tǒng)因此直流電機(jī)調(diào)速的弱點(diǎn)也被慢慢的發(fā)現(xiàn)。交流電機(jī)在很早以前就一直應(yīng)用于恒速運(yùn)行的情況下直流調(diào)速的弱點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)之后加之世界性的煤炭石油等資源的減少人們又對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)始了進(jìn)一步的研究?jī)H對(duì)占傳動(dòng)總量三分之一強(qiáng)的風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備而言在以前用恒速運(yùn)行會(huì)很浪費(fèi)電能,若是改恒速運(yùn)行為交流調(diào)速運(yùn)行，那么便可以節(jié)省30%左右的電能[5]

近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)自動(dòng)控制原理等有關(guān)學(xué)科的的發(fā)展，為交流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了很多的理論支持交流調(diào)速系統(tǒng)具備了一系列良好性能并且研發(fā)出了一系列的交流調(diào)速產(chǎn)品從調(diào)速性能上來(lái)說(shuō)交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)不相上下因此目前交流調(diào)速已占據(jù)主導(dǎo)地位約占工業(yè)領(lǐng)域的80%左右，而直流調(diào)速系統(tǒng)則只有20%左右。1

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1.2運(yùn)控系的展勢(shì)對(duì)目前工業(yè)及市場(chǎng)上大量使用到的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)對(duì)市場(chǎng)需求和現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)進(jìn)行分析，可以看出運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向?yàn)椋?）高頻化。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，高頻率器件將會(huì)取代現(xiàn)在常用的低頻率器件這樣既可以提高控制系統(tǒng)的實(shí)用性又可以減少異步電機(jī)的實(shí)用從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)[6]

。2）交流化。交流電機(jī)誕生之后，由于交流電機(jī)本身具有其他電機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn)使得交流調(diào)速系統(tǒng)逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)隨著交流調(diào)速系統(tǒng)制造成本的不斷減少交流調(diào)速系統(tǒng)不僅會(huì)取代現(xiàn)有的直流調(diào)速系統(tǒng)而且還會(huì)取代大量的以前常用的交流傳動(dòng)系統(tǒng)。3）網(wǎng)絡(luò)化。由于微處理器的發(fā)展，數(shù)字處理器也運(yùn)應(yīng)而生。數(shù)字處理器在使用中簡(jiǎn)便而又快捷同時(shí)還有可能聯(lián)網(wǎng)由于工業(yè)生產(chǎn)的需求控制系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)愈大，相對(duì)應(yīng)的，控制系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)[7]

。單獨(dú)工作控制系統(tǒng)越來(lái)越少反倒是大規(guī)模的多級(jí)協(xié)同工作的控制系統(tǒng)越來(lái)越多因此就需要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制與監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)設(shè)備和控制器作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連到現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)控制網(wǎng)上，以期能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展越來(lái)越多的智能控制技術(shù)被應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。例如：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、解耦控制[8]

，各式各樣的觀測(cè)器和識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用大大改善了控制系統(tǒng)的性能從而為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)走向復(fù)雜的高度自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)控制創(chuàng)造了有利的條件。近幾年由于交流調(diào)速系統(tǒng)在如何提高調(diào)速精度方面遇到了瓶頸于是直流調(diào)速的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了出來(lái)雖然直流調(diào)速目前不是主流但由于其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制直流調(diào)速仍然是最可靠調(diào)速精度最高的調(diào)速方法直流調(diào)速系統(tǒng)人廣泛的應(yīng)用于各種需要高調(diào)速精度的場(chǎng)合如轉(zhuǎn)臺(tái)定位系統(tǒng)等所以增強(qiáng)對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究是很有意義的于直流調(diào)速系統(tǒng)又具有交流調(diào)速不具備的優(yōu)勢(shì)所以不能完全實(shí)用交流調(diào)速系統(tǒng)有必要對(duì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)作進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)。1.3本研內(nèi)為了對(duì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和研究文利用單片機(jī)為核心在LM358電壓比較器芯片N溝道MOS管IRF740增量式光電編碼器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)控制；（2）實(shí)時(shí)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速；（3）保證電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使得轉(zhuǎn)速誤差在很小的范圍內(nèi)；2

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本文分三大部分第一部分為前置部分包括第一章描述了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及交直流電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)第二部分為論文主體部分包括第二三章給出用于精密平臺(tái)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的硬件電路原理和軟件部分流程圖，以及通過(guò)對(duì)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論，并對(duì)下一步工作作出展望。第三部分為附錄部分，包括第四章,為軟件部分的編程和系統(tǒng)整體電路圖。3

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2系統(tǒng)硬件設(shè)2.1整設(shè)根據(jù)整體硬件電路要求,由于系統(tǒng)運(yùn)算量不是很,只會(huì)產(chǎn)生很少的數(shù)據(jù)需要處理,所以使用ARM單片機(jī)學(xué)習(xí)板已完全能夠滿足要求統(tǒng)的硬件包括:采用12V直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)目標(biāo)，采用LM358片和N溝道MOSIRF740為恒流源驅(qū)動(dòng)電路，采用編碼器作為電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路以及顯示電路ARM鍵盤(pán)控制電路等。恒流源驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)增量式光電編碼器2.2直電工原

ARM單片機(jī)圖2.1系硬件框圖

顯示電路圖2.2直流電機(jī)的物理模型圖

圖2.3直電機(jī)的基本工作原理圖對(duì)圖2.2所示的直流電機(jī)，給電A加上高電平，電B加上低電平，如圖2.3（a）所示，電刷A上就會(huì)有電流流入，并且會(huì)流過(guò)載流導(dǎo)體線圈abcd從電刷B流出[。如圖2.3a）所示，載流導(dǎo)體ab上電流流動(dòng)的方向向里，磁感線方向向下，則由左手定則可知載流導(dǎo)體將會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同理，載流導(dǎo)體cd電流方向向外，磁感線方向向下，cd載流導(dǎo)體也會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因此載流線圈將會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)所以電機(jī)轉(zhuǎn)子也會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上（4

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所示的位置，電刷A和電刷B互換位置，電刷A上依然會(huì)流入直流電流，不過(guò)此時(shí)電流在載流線圈中的方向卻是dcba，最后從從電刷B流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab上電流方向向外磁感線方向向下則由左手定則可知載流導(dǎo)體將會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同理，載流導(dǎo)cd電流方向向里，磁感線方向向下，cd載流導(dǎo)體也會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于載流導(dǎo)體ab和cd互換位置載流線圈依然會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)所以電機(jī)轉(zhuǎn)子同樣還會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理雖然在電刷上加的電流為直流高電平和低電平但由于磁場(chǎng)方向和電流流向不變所以在線圈中流過(guò)的電流實(shí)際上是是交流的所以轉(zhuǎn)矩方向不變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也不變[。而在實(shí)際應(yīng)用中為了降低墊底電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)一般轉(zhuǎn)子上的繞組都不是由一個(gè)線圈組成，而是由多個(gè)線圈連接而成。綜合本次設(shè)計(jì)的具體情況，本次設(shè)計(jì)采用的是型削邊軸775微型直流電機(jī)削邊軸保證不會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象為電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行提供了一下保障該電機(jī)具體參數(shù)如下：額定電壓：；空載電流：；堵轉(zhuǎn)電流3.25A；空載轉(zhuǎn)速：4500轉(zhuǎn)分鐘；出軸長(zhǎng)度：15mm（臺(tái)階水平面以上的軸長(zhǎng)度）；軸徑：5mm軸（削邊1.5mm，削邊長(zhǎng)13mm。2.3運(yùn)部電及理LM358作為電壓放大器工作時(shí)的原理如圖所示：直流電壓經(jīng)電阻輸入至LM358芯片的3腳（同相端），R2、R3成了反饋網(wǎng)絡(luò)，引入的是電壓串聯(lián)負(fù)反饋R1為平衡電阻且有這樣由虛斷可得i=i及U=UR2R3+

1

;又由虛短可得：U=。再由R2、R3組成的分壓電路可得：Uo=（R2+R3）U/R2；+--Uo=（1+R3/R2）U/=（1+R3/R2）U==10V.-+1圖2.4電放大器原理圖5

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）LM358用作電壓比較器時(shí)工作原理為圖可知運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)，具有虛斷與U-≠U+特點(diǎn)。此處有U+=U1，U-=U2。U1大于U2時(shí)，的輸出為正的最大值，即高電平；當(dāng)小于U2時(shí)，的輸出為負(fù)的最大值，即低電平。當(dāng)U1等于U2時(shí)，輸U(kuò)0產(chǎn)生跳變。由于是單電源供電，所以輸出電壓擺幅會(huì)比較大（一般為0～），所以萬(wàn)用表顯示數(shù)值為3.5V左右。圖2.5電比較器原理圖2.4MOS管動(dòng)分常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)有集成芯片、雙極性晶體管、MOS管等，但是在查閱資料的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，就是電機(jī)工作效率下面分別用芯片、晶體管D882、MOS管IRF250為例說(shuō)明這一問(wèn)題。D882的壓降如下：圖2.6壓圖IRF250導(dǎo)通電阻為：圖2.7IRF250導(dǎo)通電阻圖L298壓降為如下：圖2.8L298壓圖由以上各指標(biāo)圖可以看出，若均12V驅(qū)動(dòng)電壓、2A動(dòng)電流來(lái)計(jì)算的話，6

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）三中驅(qū)動(dòng)方式產(chǎn)生的壓降分別為：D882，L298：4.9V。所以，三中驅(qū)動(dòng)方式自身消耗功率為，：0.5*2=1W；IRF250:0.17*2=0.34W；L298：4.9*2=9.8W。若驅(qū)動(dòng)一、2A直流電機(jī)為例：電機(jī)得到的功率是：*2=24W；用D882則需要供電，效率為：24/（12.5*2）=96%；用IRF250則需要供電12.17V，效率為：24/（12.17*2）=98.6%用L298則需要供電16.9V，效率為：24/（16.9*2）=71%由以上可得在所述三種電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式中選用MOS管驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)驅(qū)動(dòng)電路本身消耗的壓降會(huì)很小壓降最小，同時(shí)電機(jī)的得到的效率也會(huì)最大12]。根據(jù)系統(tǒng)要求，本次設(shè)計(jì)選用的是溝道MOS管IRF740，其具體參數(shù)為：漏源極電壓V最大為400V柵源極電壓V最大20V漏極電流I最大為DSGSD10A管導(dǎo)通時(shí)漏源級(jí)電阻R最大為0.48Ω通電壓V最大為DSGS的輸出特性及轉(zhuǎn)移特性如下：圖2.9IRF740輸出特性與轉(zhuǎn)移性圖由輸出特性曲線可以看出場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)工作在線性區(qū)與飽和區(qū)[13]

所以只要控制漏源電壓V和柵源電壓V，漏極電流I便會(huì)很穩(wěn)定，如圖所示，當(dāng)V為DSGSDGS6V，V>6V時(shí)，I穩(wěn)定在3.8A右，這就是恒流驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)。DSD另外如何給場(chǎng)效應(yīng)管散熱也是電路中急需解決的問(wèn)題場(chǎng)效應(yīng)管在工作一段時(shí)間之后管子本身會(huì)發(fā)燙溫度過(guò)高時(shí)會(huì)損壞管子故此在MOS管后加一散熱片緩解發(fā)燙的問(wèn)題。7

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.5恒源體計(jì)由以上所述可得本設(shè)計(jì)雛形本設(shè)計(jì)的思路是由LM358作為比較器輸出一高電平驅(qū)動(dòng)MOS管相當(dāng)于給MOS管輸入一鉗位電壓然后強(qiáng)行讓管工作在飽和區(qū)，然后由管驅(qū)動(dòng)電機(jī)。同時(shí)MOS的源極接采樣電阻然后輸入至電壓放大器的同相端放大器的輸出即為比較器的一路輸入電壓從而實(shí)現(xiàn)反饋控制使系統(tǒng)能夠自動(dòng)消除輸入與輸出之間的誤差從而使電機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)電路原理圖如下：圖2.10硬件整體原理圖經(jīng)測(cè)量MOS管的柵源電壓V約有6.2V左右漏源電壓V約有左右，GSDS輸出漏極電流I5A，且改變柵極電壓漏極電流不變。D圖示電路中R2為采樣電阻，因?yàn)椴蓸与娮枭狭鬟^(guò)的電流很大（幾安培到幾十安培不等所以為了減少在采樣電阻上消耗的功率以及考慮到采樣電阻發(fā)熱的問(wèn)題，其取值一般都很[14]

。根據(jù)電流的大小和功耗一般取值0.1Ω～1Ω。本設(shè)計(jì)采用金屬殼散熱式電阻，它具有精度高、功耗較小等優(yōu)點(diǎn)，阻值1Ω另外需要注意的是在接線的時(shí)候采樣電阻的接地一端的導(dǎo)線要盡可能的短。如果導(dǎo)線較長(zhǎng)的話，又由于采樣電阻本身阻值小，所以，導(dǎo)線上的電阻與采樣電阻本身相比是不能被忽略的而且導(dǎo)線的電阻穩(wěn)定性很差導(dǎo)線上的壓降如果過(guò)大的話會(huì)影響反饋電壓值，從而影響整個(gè)橫流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。IRF740的源極電壓約有，U1B的同相端輸入電壓約為3.33V用放8

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）大器放大1.5倍，所以R1、R4分別為1KΩ和Ω；R3為平衡電阻，且有R3=R1//R4=666Ω；放1.5倍之后U1B的輸出電壓為4.995V，所以U1A的同相端輸入基準(zhǔn)電壓6V，使U1A一直輸出高電平，驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)，從而使漏極輸出穩(wěn)定的電流。2.6電轉(zhuǎn)測(cè)部電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法有很多種，常用的有以下幾種：1霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速在電機(jī)上裝一圓盤(pán)保證原判和電機(jī)能夠同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在圓盤(pán)上裝上數(shù)量不定的小磁珠任選一小磁珠并將霍爾元件固定在其附近當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每當(dāng)有一個(gè)小磁珠經(jīng)過(guò)霍爾元件霍爾元件便會(huì)輸出一個(gè)脈沖計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)量即可確定霍爾元件輸出脈沖的頻率從而測(cè)得電機(jī)轉(zhuǎn)速[2）測(cè)速發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種輸出電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比的微型特種電機(jī)轉(zhuǎn)速越高輸出的電動(dòng)勢(shì)越大反之亦然其輸出電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，即E=Kn,K是常數(shù)。若電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，那么測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出極性也會(huì)隨之改變?cè)谥绷麟姍C(jī)與測(cè)速發(fā)電機(jī)同軸連接時(shí)只要能檢測(cè)到有輸出電動(dòng)勢(shì)就可以根據(jù)電動(dòng)勢(shì)大小測(cè)出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速所以測(cè)速發(fā)電機(jī)又稱為速度傳感器；3）光電開(kāi)關(guān)傳感器：采用槽式紅外對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，集成度高，體積小，通過(guò)發(fā)射端發(fā)射紅外信號(hào)接收端接收由障礙物反射回來(lái)的紅外信號(hào)來(lái)判斷是否有障礙物，當(dāng)有障礙物經(jīng)過(guò)時(shí)，輸出脈沖，沒(méi)有障礙物時(shí)則不輸出脈沖，計(jì)算出一定的脈沖數(shù)可以計(jì)算出傳感器輸出脈沖的頻率可確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速；4）光電編碼器：編碼器測(cè)速原理和光電開(kāi)關(guān)傳感器一樣，同樣是有遮擋物的時(shí)候輸出脈沖，不遮擋的時(shí)候不輸出,，通過(guò)所測(cè)出的一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，就可以根據(jù)書(shū)上計(jì)算轉(zhuǎn)速的公式測(cè)出電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速。如上所述種測(cè)速方法均簡(jiǎn)便切可行且所需的元器件也易獲取由于）的方法中需要在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上加一圓盤(pán)且圓盤(pán)上還需加小磁鋼可能會(huì)由于材料限制無(wú)法獲取圓盤(pán)和小磁鋼；2）的方法中，測(cè)速發(fā)電機(jī)價(jià)格比較昂貴，考慮之后決定放棄此方法；3）的方法中光電開(kāi)關(guān)傳感器測(cè)量范圍短，不適宜長(zhǎng)距離測(cè)速，且點(diǎn)擊轉(zhuǎn)軸沒(méi)有遮擋物，除非是連接小風(fēng)扇，用扇葉做遮擋物才可行；綜合考慮并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用之后選擇用光電編碼器測(cè)速且用齒條和聯(lián)軸器將電機(jī)和編碼器固定在同軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)然后由編碼器輸出脈沖測(cè)速。本次設(shè)計(jì)選用的編碼器為兩相輸出的LPD3806增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，接線方式為：綠線-A相輸出；白線-B相輸出；紅線Vcc電源；黑線-地。電路輸出9

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）為NPN集電極開(kāi)路輸出AB兩相輸出相位差為90°的脈沖可以根據(jù)AB兩相脈沖的相位差來(lái)判斷電機(jī)正反轉(zhuǎn)但是在本次設(shè)計(jì)中因?yàn)榫幋a器只是簡(jiǎn)單的測(cè)速功能所以只用到A相輸出輸出的脈沖輸入值A(chǔ)RM單片機(jī)中有單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速。其他參數(shù)如下：工作電壓：5～24V；最大轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分鐘；電氣響頻：20K/秒；綜合轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/鐘。圖2.11編碼器圖2.7示路在單片機(jī)系統(tǒng)中,一般顯示功能都是利用數(shù)碼管來(lái)完成，因?yàn)長(zhǎng)ED數(shù)碼管采用BCD編碼顯示數(shù)字編程比較簡(jiǎn)單而且不占用太多的系統(tǒng)資源還有一部分采用液晶顯示但由于用的很少所以本次設(shè)計(jì)也采用八段數(shù)碼管顯示所謂的八段數(shù)碼管就是指數(shù)碼管有八個(gè)小發(fā)光二極管組成中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成數(shù)字顯示所需字形另一個(gè)顯示的是小數(shù)點(diǎn)可以通過(guò)控制不同的發(fā)光二極管的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。數(shù)碼管具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低損耗、壽命長(zhǎng)、耐老化、成本低、對(duì)外界要求低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示[當(dāng)需要多個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示時(shí)，常用的方法有兩種，靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示時(shí)數(shù)碼管一個(gè)段碼對(duì)應(yīng)一個(gè)控制引腳其優(yōu)點(diǎn)是控制邏輯簡(jiǎn)單缺點(diǎn)是需要的控制引腳比較多每一個(gè)LED顯示器用一個(gè)端口驅(qū)動(dòng)耗電量大顯示位數(shù)多時(shí)很少采用動(dòng)態(tài)顯示則剛好相反動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式的工作原理是將多個(gè)顯示器的段碼同名端連在一起位碼分別控制利用人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間分別別進(jìn)行顯示只要保證一定的顯示頻率夠大顯示周期就會(huì)小于人演的視覺(jué)暫留時(shí)間，這樣，用眼看顯示效果就和一直顯示時(shí)一樣的。本設(shè)計(jì)的LED顯接口采用動(dòng)態(tài)掃描的驅(qū)動(dòng)方式ARM板上的數(shù)碼管由個(gè)小數(shù)碼管組成，用PNP三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并在三極管上附加4.7K的上拉電阻。LED碼管從左到右分別顯示千位、百位、十位、個(gè)位。數(shù)碼管要不停顯示電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速。顯示模塊電路原理圖如圖所示。10

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖2.12顯模塊電路原理圖2.8按控電根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初思路，保證電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行才是整個(gè)系統(tǒng)最重要的部分。所以為了提高轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確度以及能夠更快速地實(shí)時(shí)顯示電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速時(shí)也是為了能夠多次測(cè)量數(shù)據(jù)以便分析理論轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差時(shí)也是出于實(shí)際考慮，因?yàn)樵诖罱ǖ碾姍C(jī)-齒條-編碼器平臺(tái)中，平臺(tái)長(zhǎng)度只有～50厘米試驗(yàn)后可發(fā)現(xiàn)以電機(jī)運(yùn)行的速度幾秒鐘就會(huì)走到頭就會(huì)觸碰到行程開(kāi)關(guān)，電機(jī)自動(dòng)停止，所以，采用按鍵電路對(duì)采樣時(shí)間進(jìn)行控制，即對(duì)采集編碼器輸出脈沖數(shù)量的時(shí)間進(jìn)行控制而且在本設(shè)計(jì)中只用到兩個(gè)按鍵所占單片機(jī)資源比較少，而且電路簡(jiǎn)單[按鍵由電壓驅(qū)動(dòng)，按鍵S3按下時(shí)為0.5s時(shí)間采集脈沖數(shù)據(jù)；S4按下時(shí)為1s時(shí)間采集脈沖數(shù)據(jù)。電路圖如圖2.12所示。圖2.13按鍵電路原理圖11

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3軟件設(shè)計(jì)3.1主序計(jì)根據(jù)系統(tǒng)整體硬件電路和電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量功能的要求統(tǒng)的軟件部分共有四部分，分別為：主程序，轉(zhuǎn)速檢測(cè)計(jì)算子程序和顯示子程序。主程序的流程圖如圖3.1所示。開(kāi)始初始化檢測(cè)到脈沖？Y入中斷，計(jì)算脈沖數(shù)量

N采樣時(shí)間到？Y計(jì)算轉(zhuǎn)速

N數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速圖3.1主程序流程圖12

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.2轉(zhuǎn)檢子序由于增量式編碼器輸出時(shí)脈沖信號(hào)以可以通過(guò)測(cè)量脈沖頻率或周期的方法測(cè)速，測(cè)速方法有M法、T法及M/T法。1)M法測(cè)速：在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)編碼器所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，來(lái)確定速度。若編碼器每轉(zhuǎn)輸出N個(gè)脈沖，在時(shí)間內(nèi)得到m1個(gè)脈沖，則編碼器所產(chǎn)生的脈沖頻率f：f=m1/t，則轉(zhuǎn)速（單位為r/min）為：n=60f/N=60*m1/(t*N);2)T法測(cè)速：用編碼器所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)確定被測(cè)轉(zhuǎn)速的方法[此方法中，必須使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖（其周期為T(mén)0）做為測(cè)量編碼器輸出信號(hào)周期T的“時(shí)鐘”。設(shè)編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個(gè)脈沖，測(cè)出編碼器兩個(gè)相鄰脈沖上升沿之間會(huì)有多少個(gè)周期為的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖數(shù)，記此脈沖的個(gè)數(shù)m2，則編碼器脈沖周期為T(mén)=T0*m2，轉(zhuǎn)速n=60f/N=60/(T*N)=60/(m2*T0*N)=60*f0/(m2*N)3)M/T法測(cè)速：結(jié)合M法和T法的有點(diǎn)，能夠克服兩種方法的不足之處，能夠在較寬速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的精確測(cè)量。由以上所述結(jié)合本次設(shè)計(jì)，出于綜合考慮之后決定采M法測(cè)速，因?yàn)閱纹瑱C(jī)提供了一個(gè)可以測(cè)量脈沖上升沿的模塊通過(guò)此模塊測(cè)量一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，由以上公式可算出轉(zhuǎn)速。具體流程圖如下：程序入口EC161模捕獲上升沿N按鍵按下？YNN

并計(jì)數(shù)為value定時(shí)器中斷入中斷取脈沖數(shù)valueS3按下？

S4按下？計(jì)算轉(zhuǎn)速YY定時(shí)器TI2打開(kāi)樣間0.5s

定時(shí)器TI3打開(kāi)樣時(shí)間1s圖3.2轉(zhuǎn)速測(cè)量子程序流程圖13

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xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.3顯子序ARM單片機(jī)中設(shè)計(jì)了4位LED數(shù)碼管，本次設(shè)計(jì)也會(huì)用到這四個(gè)數(shù)碼管，其功能為：從左到右分別為千位數(shù)、百位數(shù)、十位數(shù)、個(gè)位數(shù)。若轉(zhuǎn)速低則收尾顯示0若低于100則左首位和左次首位均顯示轉(zhuǎn)速的顯示具體流程圖如下。程序入口選中數(shù)碼管初始化送段碼調(diào)取當(dāng)前轉(zhuǎn)速值滅LED燈查表獲取要顯示數(shù)字對(duì)應(yīng)的4個(gè)形碼定時(shí)器被調(diào)用次選中一位數(shù)碼管顯示

送位碼點(diǎn)亮燈返回圖3.3顯示子程序流程圖14

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4結(jié)在日常生活中無(wú)論是家庭生活中亦或是工業(yè)生產(chǎn)中電機(jī)都是一個(gè)必不可少的電器產(chǎn)品但是電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)及噪音也是不可避免的本次設(shè)計(jì)從電機(jī)運(yùn)行原理出發(fā)設(shè)計(jì)了一套恒流源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的系統(tǒng)從驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面減緩電機(jī)的震動(dòng)。經(jīng)過(guò)一個(gè)半月的時(shí)間本次設(shè)計(jì)順利的完成了硬件電路的焊接及調(diào)試軟件部分的編程切程序編譯無(wú)誤同時(shí)還完成了電機(jī)-齒條-編碼器的平臺(tái)搭建在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可以對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示并且可以控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)而且硬件電路中各處的電壓電流值也與模擬電路中的值相近同時(shí)也用示波器測(cè)得了編碼器輸出的波形，漏極電流I能穩(wěn)定在5A左右，說(shuō)明了方案的可D行性。但是在測(cè)試過(guò)程中由于時(shí)間及本人技術(shù)水平有限也發(fā)現(xiàn)了本系統(tǒng)的不足之處：轉(zhuǎn)速顯示不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)誤差較大；而且轉(zhuǎn)速精度不夠小；按鍵控制電路不穩(wěn)定同時(shí)由于過(guò)多使用杜邦線導(dǎo)致整體設(shè)計(jì)看起來(lái)不太美觀以及電路硬件焊接排版有待美化等問(wèn)題?？傮w而言本次設(shè)計(jì)較好的完成了恒流源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方案對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了更深一步的理解也對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有了重新的認(rèn)識(shí)為以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)同時(shí)由于技術(shù)水平有限對(duì)此次設(shè)計(jì)中很多問(wèn)題研究的不夠深刻需要繼續(xù)努力。15

xxxx大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5參文[1]羅東峰，韋明智，達(dá)爭(zhēng)尚.航空膠片沖洗機(jī)直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].《光子學(xué)報(bào)》,2007,36(S1):262-265.[2]劉翔，吳光強(qiáng).基于神經(jīng)PID的永磁無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速控制器設(shè)計(jì)[J].《上海汽車》,2011(8):12-17.[3]肖金鳳，盛義發(fā)，徐祖華，周到.模糊PID混合控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微電機(jī)》,2011,44(5):56-59.[4]盧小錦.無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研制[J].廣東：廣東工業(yè)大學(xué),2009,4：50-66.[5]紀(jì)梁洲，楊向宇，龔.多功能無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的研制J].微電機(jī)》,2011,2：64-67.[6]吳炯,謝劍.無(wú)刷直流電機(jī)設(shè)計(jì)[J].《控工程》,2008,15(6):720-723.[7]何存富，周龍，宋國(guó)榮，何守印，吳斌基于DSP的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)[J].《測(cè)控技術(shù),2007,26(1):64-67.[8]

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