各种电机控制方式介绍PPT.ppt

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1、各种电机的控制方式,主要内容,无刷直流电机控制,2,步进电机的工作原理,当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控制。,步进电机的分类,步进电机包括反应式步进电机（VR）反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材

2、料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。永磁式步进电机（PM）混合式步进电机（HB）混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度。而五相步进角一般为 0.72度。单相式步进电机等,步进电机的一些基本参数,电机固有步距角步进电机的相数保持转矩（HOLDING TORQUE）起动转矩 DETENT TORQUE,电机固有步距角,它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9/1.8（表示半步工作时为0.9、整步工作时为1.8），这个步距角可以称之为电机固有步

3、距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。,步进电机的相数：,是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。,保持转矩（HOLDING TORQUE）,是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近

4、保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。,起动转矩 DETENT TORQUE,是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。,步进电机的一些特点,一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。步进电机外表允许的最高温度。步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

5、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。,4线步进电机控制,单片机中的程序,#defineucharunsigned char#define uintunsigned int#includeucharcnt=0;voidmain(void)TMOD=0 x21;/T0工作在方式1，T1工作在方式2自动重装TL0=0 x00;EA=1;ET0=1;TR0=1;while(1);/产生脉冲波形void Timer0(void)interrupt 1 using 1TH0=0 x00;TL0=0 x00;switch(cnt)case 0:P2=0 x03;break;

6、case 1:P2=0 x06;break;case 2:P2=0 x0c;break;case 3:P2=0 x09;break;default:break;+cnt;if(cnt=4)cnt=0;,无刷直流电机（BLDCM）的优点,优秀的线形机械特性 较宽的调速范围 大的启动转矩 控制方法较简单 利用电子换向替代了机械换向，没有磨损、火花，噪声大大减小,无刷直流电机三相全控电路,对于全桥式功率驱动，其常见导通方式有两两导通方式(120导通方式)和三三导通方式(180导通方式)。,两两导通方式,两两导通方式是指每一时刻电机都有两相导通，第三相悬空，各相的导通顺序与时间由位置检测电路获得的转子

7、信号决定。在三相桥式电路工作时，任意时刻只允许两个管子导通，每个管子导通120电角度，每次一个管子导通，逆变桥就进行一次换相，换相一次的电角度为60，每个周期换相6次。每经过一次换相，合成转矩的方向就转过60电角度，一个周期能转矩要经过六次方向变换，使得转矩波动比三相半桥式驱动电路要平缓得多。由图所示，功率器件按照、的顺序进行导通。,三三导通方式是指每一瞬间逆变桥均有三只功率管器件同时导通。同两两导通方式相比，也是每隔1/6周期(60电角度)换相一次，其硬件原理完全相同。只是功率管器件的导通次序不同，每一功率管器件导通180电角度。三三导通方式可以更进一步提高绕组的利用率，减少转矩波动。但值得

8、注意的是三三导通方式在换相时刻容易导致同一桥的上、下桥臂同时导通，损坏功率管。如图所示，功率器件按照、的顺序导通。,获得电机位置或速度的实时信息的方法,依靠霍耳元件或者码盘来获得位置、速度信号 缺点：增加了器件成本，在无法加装传感器的时候无效 无传感器(Sensorless)方法 反电动势过零检测法 三次谐波分析法 Kalman预测法 缺点：局限于反电动势为梯形的BLDCM，而且有的需要加装特别的外部电路，在一些场合下无法实现；有的算法复杂，会造成较大的实时误差，也不是很实用,七段式的空间矢量法(SVPWM，Space Vector PWM),滤波,在采样的过程中往往会引入较多的噪声，需要进行

9、滤波 存在扇区边界切换问题 在旋转矢量跨越边界的时候，由于某一基本矢量作用时间太短会导致采样无法完成，这个时候，可以通过限制作用时间最小值来保证采样过程正常进行，但这样必然会使生成的正弦波发生畸变,无位置、速度传感器下电机控制,启动过程：由于整个系统没有传感器以获得电机的实际位置，如果从任意位置启动，可能会造成电机反转甚至启动完全失败，因此需要对电机转子位置进行初始化，即把后面控制算法中涉及到的转子角度的初始值清零。我们采用的初始化方法是生成一个固定的PWM脉冲序列，该序列的特点是只作用于在某一相，最后将电机锁定于某一磁极，达到了初始化的目的。正常运转：目前我们采用TI公司的TMS320LF2

10、407A作为控制的DSP，该DSP本身具备PWM 控制寄存器，通过较简单的程序就能完成前面所述的七段法SVPWM波的输出。,编码盘测电机转速、位置,电机速度与位置检测方法,T法测量电机速度M法测速M/T法测速,T法测量电机速度,M法测速,M/T法测速,一、课题背景及研究意义,国内执行机构暴露的缺点：1.体积大、控制精度低、可靠性不高2.易受外界环境干扰，抗扰性差3.引进国外技术，成本造价高智能电动执行机构1.智能算法 2.配以先进的控制器3.采用无刷直流电机驱动,电动执行机构,二、国内外研究现状,上海研究所 低端产品大连仪表厂 模拟量输入鞍山阀门厂 可靠性低上海万迅 精度不高,无刷直流电机,1

11、.有位置传感器优点：电路简单，较成熟，的 工业级别缺点：抗扰性，可靠性，应的 用范围,2.无位置传感器优点：可靠性，抗扰性，体的 积变小缺点：转子位置信号，电机的 功率不大,Rockwell 智能化SIEMENS 一体化结构SIPOS 变频控制ABB 数字化处理,(a)主控板和驱动板；(b)滚珠丝杠及齿轮箱；(c)手动柄；(d)电机SIPOS公司SIPOS5Flash智能执行机构示意图,三、主要研究工作,算法研究 1.滑模变结构 图1-1 切换面上三种点的特性示意图A通常点、B起始点、C终止点,1.滑动模态存在2.可达性3.稳定性,变结构控制,系统滑模面控制函数,图1-2 三层结构的模糊神经网络,2.模糊神经网络,图1-3模糊神经网络的滑模系统方框图,3、模糊神经网络的滑模变结构,图1-4系统总体结构,系统总体结构,1.微控制器电路,图1-5内部结构,2.整流逆变模块,3.驱动电路,图1-6驱动电路图,五、图片展示,Thank You!,