基于無刷直流電機的pwm調(diào)速系統(tǒng)研究(參考版)
2025-06-30 20:45本頁面
【正文】 本文主要介紹了無刷直流電機的結(jié)構及控制原理，分析無刷直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)的特性，介紹C8051F020單片機的工作原理以及在無刷直流電機轉(zhuǎn)速控制中軟件的實現(xiàn)方法。另外,C8051F020內(nèi)核與普通51系列兼容,且指令簡單易學，可縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。采用伺服電機類似大馬拉小車，不僅控制相對復雜，而且也是對資源的浪費。5 結(jié) 論 目前直流無刷電機在國內(nèi)工控市場的知名度不高、普及率較低。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。漏極接電機直流電源正端。穩(wěn)壓管D4和電阻R8起保護作用。大功率開關管選用N溝道VMOS功率場效應管，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。 直流電機驅(qū)動系統(tǒng)電路直流電機驅(qū)動系統(tǒng)原理如下圖所示。電源經(jīng)變壓整流后，一路經(jīng)DCAC開關電源輸出5V直流電壓給單片機系統(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)動大功率開關管使用。C8051單片微機的上電復位使用了MAX812電壓監(jiān)控器，上電時約有200 ms的延遲，以保證復位正常進行。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單片機的INTO中斷口P3．2端口上。 本系統(tǒng)的閉環(huán)控制選用低價位的單片機C8051，C8051單片機片內(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。使用此方法單片機只需根據(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，有利于單片機系統(tǒng)正常工作。計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出Q2～Q9加1，當計數(shù)值小于或等于單片機P1端口輸出值X時，U2的(AB)輸出端保持為低電平，當計數(shù)值大于X時U2的(AB)輸出端為高電平。計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接單片機2051晶振的振蕩輸出XTAL2。兩片比較器UU2的A組接4040計數(shù)輸出Q2～Q9端，B組接單片微機的P1端口。實踐應用中PWM波的頻率在18kHz左右效果最好。 PWM 信號發(fā)生電路PWM波可由具有PWM輸出的單片機(如C8051等)通過編程產(chǎn)生，也可采用PWM專用芯片來實現(xiàn)。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。7) P1口、P2口、P3口、P4口為4個并行8位I/O口。6) 串行口1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。4) 中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權。2 )數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備?？刂齐姍C精密調(diào)節(jié)。這種控制方式可以加快系統(tǒng)響應，并具有較高精度。式中各系數(shù)由反復實踐后確定。離散化后的PID算式為 ()式中，K——比例系數(shù) ——偏差為零時的控制作用 ——積分系數(shù)——微分系數(shù)T——采樣周期時間以上公式稱為位置式算法。其輸入e(t)與輸出u(t)的關系為 ()數(shù)字PID控制算法是以模擬ＰＩＤ調(diào)節(jié)器控制為基礎，由于單片機是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時的偏差計算控制量。 分析各種經(jīng)典和現(xiàn)代的控制算法，發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的單回路PID控制加上簡易的智能“自學習”算法是本系統(tǒng)的最佳控制算法?？赡鍼WM變換器主電路的結(jié)構式有H型、T型等類型。脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。根據(jù)以上綜合比較，以及本設計中受控電機的容量和直流電機調(diào)速的發(fā)展方向，本設計采用了H型單極型可逆PWM變換器進行調(diào)速。（2）同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。 PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：（1）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達1：10000左右。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關狀態(tài)。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。且技術落后，因此擱置不用。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以GM系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。(3)脈寬調(diào)速系統(tǒng)。(2)靜止可控整流器。對于圖1的無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)．各下橋臂元件除接受P1口的觸發(fā)信號外，當P0．1輸出高電平時，主電路因vvv2被封死而斷電；，主電路六只開關管受P1口控制而正常通、斷，
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