基于無刷直流電機(jī)的pwm調(diào)速系統(tǒng)研究-資料下載頁
2025-06-27 20:45本頁面
【正文】 ，功能強(qiáng)等特點。 PWM 信號發(fā)生電路PWM波可由具有PWM輸出的單片機(jī)(如C8051等)通過編程產(chǎn)生，也可采用PWM專用芯片來實現(xiàn)。PWM波的頻率太高時，對直流電機(jī)驅(qū)動的功率管要求太高，太低時產(chǎn)生電磁噪聲較大。實踐應(yīng)用中PWM波的頻率在18kHz左右效果最好。經(jīng)綜合分析，本系統(tǒng)采用兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計數(shù)器4040組成了PWM信號發(fā)生電路。兩片比較器UU2的A組接4040計數(shù)輸出Q2～Q9端，B組接單片微機(jī)的P1端口。改變P1端口的輸出值，可使PWM信號的占空比產(chǎn)生變化，進(jìn)行調(diào)速控制。計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接單片機(jī)2051晶振的振蕩輸出XTAL2。晶振選用18MHz時，經(jīng)QO～Q2的8分頻，Q2～Q9的256分頻，產(chǎn)生的PWM波形的頻率為17．6kHz，適合光耦及功率開關(guān)管的合理工作范圍。計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出Q2～Q9加1，當(dāng)計數(shù)值小于或等于單片機(jī)P1端口輸出值X時，U2的(AB)輸出端保持為低電平，當(dāng)計數(shù)值大于X時U2的(AB)輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加，Q2～Q9由全“1”變?yōu)槿癘”時，(AB)輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣，在U2的(AB)端得到PWM的信號，其占空比為(255X/255)100％，改變X值可改變PWM信號的占空比，進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。使用此方法單片機(jī)只需根據(jù)調(diào)整量輸出X值，PWM信號由三片通用數(shù)字電路生成，使軟件大大簡化，有利于單片機(jī)系統(tǒng)正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時P1端口輸出全“1”，使用4585的B組與P1端口相連，升速時PO端輸出X按一定規(guī)律減少，降速時按一定規(guī)律增大。 本系統(tǒng)的閉環(huán)控制選用低價位的單片機(jī)C8051，C8051單片機(jī)片內(nèi)有2K的flash程序存儲器，15個I/O口，兩路16位的定時/計數(shù)器，指令及中斷系統(tǒng)與8031兼容，給閉環(huán)速度控制帶來很大的靈活性。閉環(huán)速度控制中傳感器選用霍爾傳感器，小磁鋼固定在被測轉(zhuǎn)軸上，每轉(zhuǎn)一周輸出一個脈沖信號。轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)施密特觸發(fā)器U61，U62整形后，輸入到C8051單片機(jī)的INTO中斷口P3．2端口上。軟件設(shè)置INTO為下降沿中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后開啟定時/計數(shù)器O進(jìn)行定時，測出每轉(zhuǎn)的周期，再由軟件計算出控制值X，由P1端口輸出PWM波占空比的控制數(shù)。C8051單片微機(jī)的上電復(fù)位使用了MAX812電壓監(jiān)控器，上電時約有200 ms的延遲，以保證復(fù)位正常進(jìn)行。為了防止掉電后預(yù)置數(shù)丟失，使用了使用備用電池保護(hù)C8051單片機(jī)片內(nèi)RAM數(shù)值。電源經(jīng)變壓整流后，一路經(jīng)DCAC開關(guān)電源輸出5V直流電壓給單片機(jī)系統(tǒng)供電，一路經(jīng)三端穩(wěn)壓元件7812穩(wěn)壓輸出12V電壓供驅(qū)動大功率開關(guān)管使用。單片機(jī)系統(tǒng)電源與驅(qū)動電路部分電源隔離，以提高系統(tǒng)工作的可靠性和安全性。 直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電路直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)原理如下圖所示。 直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)原理圖U2生成的PWM信號經(jīng)施密特反相器U63驅(qū)動光電耦合器O1，送至直流電機(jī)驅(qū)動電路。大功率開關(guān)管選用N溝道VMOS功率場效應(yīng)管，它為壓控元件，具有很高的輸入阻抗，因而驅(qū)動功率很小，對驅(qū)動電路要求也較低。經(jīng)光電耦合器傳送的PWM信號，經(jīng)并聯(lián)使用的六施密特反相器，接到VMOS功率管Y1的柵極上，直接驅(qū)動即可。穩(wěn)壓管D4和電阻R8起保護(hù)作用。VMOS功率管的源極接直流電機(jī)繞組，經(jīng)感抗器接電機(jī)直流電源負(fù)端。漏極接電機(jī)直流電源正端。快速關(guān)斷二極管D3起保護(hù)作用，消除VMOS功率管開關(guān)過程由電機(jī)繞組產(chǎn)生的感生電勢。電源是交流電壓經(jīng)CZL、C8組成的濾波器后，由高壓橋整流器件Z2整流，高壓電解電容濾波后供VMOS功率管。VMOS功率管，快速關(guān)斷二極管及高壓電解電容器及整流橋等根據(jù)選用直流電機(jī)的電壓、功率等要求確定相應(yīng)型號和參數(shù)。5 結(jié) 論 目前直流無刷電機(jī)在國內(nèi)工控市場的知名度不高、普及率較低。許多用戶當(dāng)變頻器異步電動機(jī)滿足不了要求時就盲目直接采用伺服電動機(jī)、而很多情況可以用價格低的無刷直流電動機(jī)實現(xiàn)。采用伺服電機(jī)類似大馬拉小車，不僅控制相對復(fù)雜，而且也是對資源的浪費(fèi)。由于C8051F020的高集成度,因此只需少量外圍電路。另外,C8051F020內(nèi)核與普通51系列兼容,且指令簡單易學(xué)，可縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。實踐證明，本控制系統(tǒng)精度高，穩(wěn)定性好，硬件簡單且工作可靠,具有很好的應(yīng)用價值。本文主要介紹了無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制原理，分析無刷直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的特性，介紹C8051F020單片機(jī)的工作原理以及在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中軟件的實現(xiàn)方法。參考文獻(xiàn)[1] . 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 2003[2] 孫建忠/白鳳仙.《特種電機(jī)及其控制》中國水利水電出版社. 2005[3] 邵貝貝等．Motorola DSP型16位單片機(jī)原理與實踐[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003[4] 王爽，李鐵才，王治國．無刷直流電機(jī)換相力矩波動抑制[J]．電機(jī)與控制學(xué)報，2008，5（3）：288293．附錄：C8051F020原理框圖附錄A C8051F020引腳功能圖附錄B C8051F
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