【正文】 V5主電路組變壓器輸出經(jīng)濾波電容后再經(jīng)過平波電抗器，使輸出的直流電流更平滑，也可以有效抑制電路中的瞬時過流。?1802．主回路部分主回路由三相全波整流器、充電限流電阻 R、儲能濾波電容C，MOSFET 三相逆變器構(gòu)成，為典型的交 —直— 交電壓型變頻器結(jié)構(gòu)。若將 A/D 轉(zhuǎn)換設置成 PTS 方式，則 A/D 轉(zhuǎn)換將由 PTS 自動完成，節(jié)省了 CPU 大量時間，提高了系統(tǒng)的快速性 [18]。這些特殊功能寄存器也可通過使用窗口技術將它們切換到寄存器區(qū)，以達到高速操作的要求。圖中和 分別表示轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器。目前斬波器大都采用既能控制其導通又能控制其關斷的全控型器件，如功率晶體管(GTR)，可關斷晶閘管(GTO)、電力場效應管(PMOSFET) 、絕緣柵雙極晶體管((IGBT) 等。LTJ 傳遞函數(shù)直流伺服電動機的運行我和傳統(tǒng)直流電動機基本相同，其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以采用直流電動機通用的結(jié)構(gòu)圖，如圖 所示：圖 直流伺服電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖由直流伺服電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖得其傳遞函數(shù)為：（）?)(cbaneieiT??dtTLe???R1 tC)(sU )(sTe)(sTL )(snSGD2375)(sI)(sE? ??? eCLmmTsKsUTsn????1)(1)(2基于 80C19 單片機伺服電機調(diào)速系統(tǒng)軟硬件設計 12 上式中：K 1 為電動勢傳遞函數(shù)系數(shù)， ， 為電動勢系數(shù)；eCK/1?為轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)， ； 為電動機內(nèi)阻， 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；2 teR/2?t為機電時間常數(shù)， ， 為轉(zhuǎn)子重量， 為轉(zhuǎn)子直徑。電角度）換相一次，每次換相一個功率管，每一功率管導通 120176。功率邏輯控制開關單元是控制電路的核心，其作用是將電源的功率以一定邏輯關系分配給直流無刷電動機定子上的各相繞組，以便使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。通常采用開關型霍爾集成電路作為位置傳感元件。由于電子開關線路的導通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機械換向器的作用。從直流伺服電動機的基本原理出發(fā)，導出了其等效電路圖和數(shù)學模型。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也就沒有了勵磁損耗，又由于主磁場是恒定的，因此鐵損也是極小的(在方波電流驅(qū)動時，電樞磁勢的軸線是脈動的，會在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)產(chǎn)生一定的鐵損，采用正弦波電流驅(qū)動比方波電流鐵損更小)。 Closedloop system。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 MOSFET?？偟恼f來，除了軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磨損外，轉(zhuǎn)子的損耗很小，因而進一步增加了工作的可靠性 [4] [5]。研究了直流伺服電動機的工作原理、驅(qū)動方法、運行特性及控制規(guī)律。 轉(zhuǎn)子位置傳感器位置傳感器在直流無刷電機中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，安裝在定子線圈的相應位置上。我們通常把開關型霍爾集成電路叫做霍爾開關，其應用電路如圖 所示。而各相繞組導通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。電角度。mT tmGDT375D 直流伺服電動機的調(diào)速方法 電勢和調(diào)速方法由直流伺服電動機數(shù)學模型知，直流伺服電動機機械特性方程同一般有刷直流電動機機械特性方程在形式上完全一致。采用全控型器件的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關頻率很高( 可達 20K 以上)，因此系統(tǒng)的頻帶寬、響應速度快、動態(tài)抗干擾能力強 [25]本系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)逆變器功率器件的 PWM 觸發(fā)信號的占空比來改變輸入電機的平均電壓而實現(xiàn)調(diào)速的。由于直流伺服電動機的機械特性與有)(sWASR)(sC刷直流電機非常相似，所以其雙閉環(huán)起動過程與有刷直流電機也應該類似。80C196MC 的晶振頻率可達到 ，其執(zhí)行速度很快，同時其內(nèi)部帶有 13 路 8MHz16位/10 位的高速 A/D 轉(zhuǎn)換器及可柔性化變換的 8 位/16 位總線結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制響應的快速性。 80C196MC 單片機的特點8XC196MC 單片機的最為顯著的特點就是具有一個波形發(fā)生器（WG） ，它能產(chǎn)生三對完美的脈寬調(diào)制信號，因此特別適合于對交流電動機的控制，也能控制直流伺服電動機以及完成直流到交流的轉(zhuǎn)換。其中的三相整流橋和 MOSFET 逆變橋都是模塊形式，且都固定在同一片散熱器上，簡化了電路結(jié)構(gòu)。由于主電流電流較大，不適合使用三端穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓。7812 輸出 用于運算放大器、功率驅(qū)動器、高共模抑制比隔離運算放大器；12?另一塊輸出 用于單片機、光電隔離器、或門、LED 驅(qū)動、施密特觸發(fā)器等。圖 直流無刷電動機系統(tǒng)總體框圖1．機組部分電機定子繞組三相雙極星形連接，電機轉(zhuǎn)子磁場為梯形波；在轉(zhuǎn)軸上安裝有霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器，在機座上安裝有三個互差 電角度的霍爾定子位置傳?120感器，輸出三個脈寬為 電角度的位置信號，用作系統(tǒng)的位置及速度檢測。在閉環(huán)控制中，A/D 轉(zhuǎn)換器通常要占去幾十微秒，因而不利于快速控制。80C196MC 的特殊功能寄存器 SFR 除了有 24 個在寄存器集低端外，其余大部分都位于存儲空間 1F00H－1FFFH。如果把它們之間的放大系數(shù) 看成常數(shù)，又由于功率開關UsK管裝置存在滯后作用，故功率開關管的觸發(fā)與整流裝置可以看成是一個具有純滯后的放大環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié)：（） 其動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 所示：圖 功率開關管觸發(fā)和整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)圖速度、電流的計算和檢測可以認為是瞬時的，因此它們的放大系數(shù)也就是它們的傳遞函數(shù)，即（）（）知道了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)后，把它們按圖 所示在系統(tǒng)中的相互關系組合起來，就可以畫出直流伺服電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示。構(gòu)成直流斬波器的開關器件過去用的較多的是普通晶閘管，它們本身沒有自關斷能力，因而限制了斬波器的性能。?nP在忽略轉(zhuǎn)動時的粘滯系數(shù)的假設下，無刷電動機的運動方程可寫為：（）其中： 為電機的負載轉(zhuǎn)矩； 為電機的轉(zhuǎn)動慣量。同時我們采用兩兩導通方式，所謂兩兩導通方式是指每一個瞬間有兩個功率管導通，每隔 1/6 周期（60176。直流無刷電動機的電子換向電路是用來控制電動機定子上各相繞組通電順序和時基于 80C19 單片機伺服電機調(diào)速系統(tǒng)軟硬件設計 8 間，主要由功率邏輯控制開關單元和位置傳感器信號處理單元兩個部分組成。霍爾集成電路有開關型和線性型兩種類型。當定子繞組的63Q25D1Q1NPND4Q4NPND2Q2NPND5Q5NPND3Q3NPND6Q6NPNM1M4M2M5M3M6U313029R1BLDCM上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上ABC基于 80C19 單片機伺服電機調(diào)速系統(tǒng)軟硬件設計 6 ++－ －－－ －－ iUBHI某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子位置信號變換成電信號，控制電子開關線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換相。系統(tǒng)控制目標為：1．實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速輸入與轉(zhuǎn)速顯示，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的控制；2．實現(xiàn)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制，盡量減小超調(diào)量和轉(zhuǎn)差率；3．控制起動電流的大小，防止起動過程中過流；4．實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制，5．設置合理的電路保護根據(jù)系統(tǒng)要求，本人主要從以下幾個方面進行了研究：1．首先探討了直流伺服電動機的發(fā)展進程。和有刷直流電機相比，直流伺服電動機由于取消了電機的滑動接觸機構(gòu)，因而消除了故障的主要根源。 Position sensors。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 Power actuation.基于 80C19 單片機伺服電機調(diào)速系統(tǒng)軟硬件設計 1 第 1 章 緒論 直流伺服電動機發(fā)展及現(xiàn)狀傳統(tǒng)直流電機采用機械機構(gòu)（電刷）進行換向，因而存在機械摩擦，并由此帶來電磁噪聲、換向火花、以及壽命短等缺點，再加上制造成本高、維修困難，從而極大的限制了它的發(fā)展和應用范圍。 直流伺服電動機的應用由于直流伺服電動機既具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具有直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好的特點，故在當今國民經(jīng)濟的各個領域，如醫(yī)療器械、儀表儀器、化工、輕紡以及家用電器等方面的應用日益普及。2．對單片機的發(fā)展現(xiàn)狀和特點進行探討，對本文中將使用到的 80C196MC 做了重點論述，并設計基于單片機控制的有位置傳感器控制方案。當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子磁極所產(chǎn)生的磁場互相作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁極位置變換成電信號，去控制電子換向線路，從而使定子各相繞組按一定次序通電，使定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換向，從而使電機能夠連續(xù)工作。使用霍爾開關構(gòu)成位置傳感器通常有兩種形式。電子換向電路分為橋式和非橋式兩種，雖然電樞繞組與電子換向電路的連接形式多種多樣，但應用最廣泛的是三相星形全控狀態(tài)和三相星形半控狀態(tài)連接。各功率管的導通順序 → → → →5162Q4→ → 。所以直流伺服電動機的調(diào)速方法也和有刷直流電動機的調(diào)速方法相似。 電磁轉(zhuǎn)矩直流伺服電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可由電機的電磁功率 和角速度 求得eP?（）將式 、 和式 代入上式得 dneINT??12（） 直流伺服電動機雙閉環(huán)系統(tǒng) 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)的儀器或設備，必然對其直流伺服電動機控制系統(tǒng)都有相應的靜、動態(tài)性能要求。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流的波形如圖 所示。3Phase Complementary Waveform Generator 波形發(fā)生器 WFG 是 80C196MC 獨具的特點之一。這一功能在工業(yè)控制領域具有廣泛的應用前景。3．控制回路部分主要有電機專用單片機系列芯片 80C196MC、檢測電路、保護電路和驅(qū)動電路等組成。所以輸出使用由齊納穩(wěn)壓管和達林頓管構(gòu)成的簡單串聯(lián)穩(wěn)壓電路，具有電路簡單、輸出電流大、穩(wěn)壓效果好，特別是體積小等特點 [17]。穩(wěn)壓塊比只使用一只穩(wěn)壓二極F?.0管進行穩(wěn)壓的電路要好得多，成本也不是很高，所以得到了廣泛的應用。 系統(tǒng)的組成以 80C196MC 為核心構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，可以分為四個部分，即電機本體、位置傳感器、主回路和控制回路。PTS 是一種類似于 DMA 的處理方式，其用微指令碼來代替中斷服務程序，設置完畢就可自動執(zhí)行，不需 CPU 干預，任何一種中斷方式（非屏蔽中斷 NMI 除外） ，均可以設置成 PTS 工作方式，主要包括數(shù)據(jù)塊的傳送、A/D 轉(zhuǎn)換、事件處理等。RALU 在運算過程中，不像其它單片機那樣只使用一個累加器，而是把低 256 字節(jié)都當作累加器，從而避免了使用單個累加器而易產(chǎn)生的瓶頸效應；其高 256 字節(jié)用作寄存器 RAM，80C196MC 可利用其獨特的窗口技術，將此 256 字節(jié)切換成具有累加器功能，因而編程容易，執(zhí)行速度高。這一環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓 ，輸出量是直流ctU伺服電動機的外加電壓 。它是用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用開關器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電壓斷續(xù)加到負載上，通過通、斷電時間的變化來改變負載上直流電壓的平均值，將固定直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源。則有：＝ ＝ ＝ aLbcL（） ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ abcabM（） ＝ ＝ ＝ aRbcR（）又因為在三相對稱的電機中存在 因而 ，故方0??cbaii 0??cbaii程經(jīng)整理可得：EdLRUtii?? ????????????????????????? cbacbcaabcba eiiPLiiRcu0　基于 80C19 單片機伺服電機調(diào)速系統(tǒng)軟硬件設計 11 （） 轉(zhuǎn)矩方程直流伺服電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通直流電動機相似，其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值成正比，即（）其中： 為電機的角速度； 為電機的極對數(shù)。 、 …… 為六個功率器件，起繞1Q26組的開關和驅(qū)動作用。因此，所謂直流伺服電動機，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認為是一個由電子換向電路、永磁式同步電動機以及位置傳感器三者共同所組成的閉環(huán)系統(tǒng)。隨著半導體技術的發(fā)展，將霍爾元件與附加電路封閉為三端模塊，構(gòu)成霍爾集成電路。位置傳感器負責跟蹤轉(zhuǎn)子并電動機的轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。 課題主要研究內(nèi)容本文以高性能的電機專用控制芯片 80C196MC 為控制核心，輔以鍵盤、顯示、檢