智能化驅(qū)動報告

1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y 現(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)與智能化課程 報告 學(xué)院名稱： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣 1004 學(xué)號： 姓名： 賈斌彬 2013/12/22 基于單片機(jī)的無刷直流電機(jī)的控制一、概述： 直流無刷電機(jī)是一種高性能電機(jī)，它具有效率高、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、便 于維護(hù)和體積小等優(yōu)點。 直流無刷電機(jī)是結(jié)合了直流電機(jī)和交流電機(jī)優(yōu)點的改進(jìn) 型電機(jī)，采用無位置傳感器直流無刷電動機(jī)控制技術(shù)后 可充分利用直流無刷電 動機(jī)的調(diào)速范圍寬且無位置傳感器和不易損壞的優(yōu)點，實現(xiàn)電動機(jī)的無級變速、 低噪聲，提高了運行效率、控制精度和可靠性。與直流電機(jī)相比，無刷電機(jī)沒

2、有 電刷和換相器， 而采用電子電路進(jìn)行換相， 換相時不會產(chǎn)生電火花， 不存在機(jī)械 換向損耗。 與異步電機(jī)相比， 無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)， 因此不存在 轉(zhuǎn)子損耗。與同步電機(jī)相比，無刷電機(jī)控制方法簡單，便于工程應(yīng)用的特性，使 其被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。 本文設(shè)計了一種無刷電機(jī)控制系統(tǒng)， 該系統(tǒng)以單片機(jī) 為控制核心， 充分利用單片機(jī)的數(shù)字信號處理器運算快、 外圍電路少、 系統(tǒng)組成 簡單、可靠的特點，實現(xiàn)對無刷電機(jī) PWM控制，將其應(yīng)用于無刷電機(jī)的驅(qū)動設(shè)計。 系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速方便、功耗低。實驗表明，該設(shè)計使得無刷直流電 機(jī)的組成簡化和性能的改進(jìn)成為可能，有利于電機(jī)的小型化和智能化 。

3、二、無刷直流電機(jī)組成及控制原理：直流無刷電機(jī)主要由電動機(jī)主體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。 電動機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動機(jī)相似，但沒有籠型繞組和其他啟動裝置。 其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等） 。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極 對數(shù)（ 2p=2，4，）組成。位置傳感器在直流無刷電動機(jī)中起著測定轉(zhuǎn)子磁 極位置的作用， 為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息， 即將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置 信號轉(zhuǎn)換成電信號， 然后去控制定子繞組換相。 位置傳感器種類較多， 且各具特 點。在直流無刷電動機(jī)中常見的位置傳感器有以下幾種： 電磁式位置傳感器、 光 電式位置傳感器、磁敏式位置接近傳感器。直流無刷電機(jī)

4、結(jié)構(gòu)圖如圖 1。圖中的 電動機(jī)本體為三相兩極， 三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應(yīng)功率開關(guān)器件 聯(lián)接，在圖 1中 A 相、B 相、C 相繞組分別與功率開關(guān)管 V1、V2、V3相接。直 流無刷電機(jī)采用電子換相， 利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置， 通過換相驅(qū)動電 路控制與電樞繞組連接的各功率 MOSFE管T 的導(dǎo)通和關(guān)斷， 實現(xiàn)電機(jī)換相的目的。 當(dāng)定子繞組在某一相通電時 在磁場的相互作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩， 驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 由 位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號， 作為控制器的輸入， 最后由控制器去 控制電子開關(guān)線路， 從而使定子各相繞組按一定次序?qū)ǎ?定子相電流隨轉(zhuǎn)子位 置的變化而按一定的次序換相

5、。圖 1 、無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖三、控制系統(tǒng)設(shè)計：本系統(tǒng)以 AT89C51單片機(jī)為核心，通過 LM621，以 2*3 矩陣鍵盤做為輸入， 4位數(shù)碼管顯示，達(dá)到控制無刷直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求 和發(fā)揮部分的要求。 在系統(tǒng)中， 采用了 PWM技術(shù)對電機(jī)進(jìn)行控制， 通過對占空比 的計算達(dá)到精確調(diào)速的目的。 本系統(tǒng)中采用專用集成電路芯片 LM621來完成監(jiān)控 用戶界面，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向操作和換相工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框圖如圖2。圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體框圖四、硬件電路設(shè)計：（一）、鍵盤接口電路（圖 3）鍵盤結(jié)及各鍵盤對應(yīng)的功能和鍵值如下 各鍵詳細(xì)功能如下：S1 ：啟動系統(tǒng)。單片機(jī)上電初始

6、化后，首先掃描鍵盤，若 S1 被按下，則啟動系 統(tǒng)，否則將一直掃描鍵盤，此時其他鍵沒有任何功能。S4和 S6：系統(tǒng)運行期間，若按下 S4或 S6，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)速狀態(tài)，此時 4 位數(shù)碼 管從左邊第一位開始閃爍，代表當(dāng)前位，若 5S 內(nèi)鍵盤沒輸入，則自動確認(rèn)當(dāng)前 輸入值，通過調(diào)速達(dá)到設(shè)定值。S2 和 S5：通過按 S4或 S6，當(dāng)前位閃爍，此時通過 S2和 S5 可對當(dāng)前位進(jìn)行 +1/-1 ， 若 5S 內(nèi)沒有操作，系統(tǒng)自動確認(rèn)當(dāng)前輸入值。S3：正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)點機(jī)的反轉(zhuǎn)。圖 3 鍵盤接口電路（二）、數(shù)碼管顯示電路（圖 4） 整個顯示電路包括兩部分：1. 數(shù)碼管： 1、采用 4 位 8 段共陰極數(shù)碼管顯

7、示； 2、P0口接上拉電阻；3 、數(shù)碼管段選通過限流電阻接 P0口； 4、位選接口； 發(fā)光二極管 : 兩個二極管一個代表正轉(zhuǎn)一個代表反轉(zhuǎn)圖 4 數(shù)碼管顯示電路（三）、逆變器驅(qū)動電路（圖 5）1. 逆變器：本系統(tǒng)逆變部分采用三相橋式全控逆變電路，功率開關(guān)器件采用 IGBT。2. 驅(qū)動電路：通過無刷直流電機(jī)換相專用芯片 LM621控制功率管的導(dǎo)通， 而驅(qū)動 電動機(jī)。圖 5 逆變器驅(qū)動電路（四）：限流電路（圖 6）主回路中通過電動機(jī)電流最終經(jīng)過電阻 R8接地。因此， Uf=R8I M，大小正比 于電動機(jī)電流 I M。而 Uf同數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓 U0分別送到 LM324運算放大器 的兩個輸入端

8、，一旦反饋電壓 Uf 大于來自數(shù) / 模轉(zhuǎn)換器的給定信號 U0, 則 LM324 運算放大器輸出低電平，通過非門變?yōu)楦唠娖捷斎氲?LM621引腳 17，使輸出關(guān) 斷，從而截斷直流無刷電動機(jī)釘子繞組所有電流通路， 迫使電動機(jī)電流下降， 一 旦電流下降到時 Uf 小于 U0, 則 LM324運算放大器輸出回到高電平，通過非門變?yōu)?低電平，接 LM621的 17 腳， LM621正常工作。圖 6 限流電路五、軟件電路設(shè)計：本系統(tǒng)設(shè)置兩個標(biāo)志位 tag（啟動標(biāo)志位， 0 代表運行，1 代表停止）和 tag1 （閃爍標(biāo)志位， 0 代表有閃爍， 0 代表無閃爍），另外設(shè)置兩個數(shù)組 : 數(shù)碼管段選 數(shù)組 d

9、p 和位選數(shù)組 p1。本系統(tǒng)程序主要由以下部分組成：主程序 、中斷服務(wù)程序、鍵盤掃描程序、 顯示程序、啟動程序、停機(jī)程序、向上箭頭程序、向下箭頭程序、左移程序、右 移程序、正反轉(zhuǎn)程序、測速程序、 PWM輸出程序、延時程序。其中向上（下）、左（右）移、啟動、正反裝程序由鍵盤程序調(diào)用，鍵盤程 序、顯示程序、測速程序、 PWM輸出程序由主程序調(diào)用。 總程序和系統(tǒng)電路原理圖見附件。主要模塊程序流程如下圖 7、8、9。圖 7 主程序流程圖圖 8 鍵盤程序流程圖圖 9 顯示程序流程圖六、結(jié)論：本文根據(jù)直流無刷電機(jī)的控制原理， 設(shè)計了一種直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)。 該 系統(tǒng)具有實現(xiàn)成本低、 穩(wěn)定性好等特點， 能

10、夠滿足對精度和成本的要求。 本設(shè)計 所述的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價位的 AT89C51單片機(jī)為核心的， 而通過單 片機(jī)來實現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑， 相對于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的 方法實現(xiàn)對電機(jī)進(jìn)行調(diào)整， 采用 PWM軟件方法來實現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活 性和更低的成本， 它能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的效能， 對于簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 提供了一種有效的途徑。 硬件電路采用模塊化設(shè)計， 方便系統(tǒng)維護(hù)， 而且在實際 應(yīng)用中還可以根據(jù)實際需要擴(kuò)展其他功能。 在使用了少量的硬件后， 單片機(jī)的壓 力大大減小， 程序中有充足的時間進(jìn)行閉環(huán)控制的測控和計算， 使得軟件的運行 更為合理可靠。七、附件：

11、 總程序： #include #define uchar unsigned char#define ulong unsigned longextern uchar zs;/*定義轉(zhuǎn)速變量 */extern uchar tag=0x00,tag1=0x00;/*啟動標(biāo)志位和閃爍標(biāo)志位 */extern ulong zssd=3000;/*轉(zhuǎn)速設(shè)定 */ulong count;/*脈沖計數(shù) */ulong zkbg,zkbd;/*占空比高低 */sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;uchar code p1=0x00,0x90,0

12、x91,0x92,0x93,0x00; /*數(shù)碼管位選 */uchar *zy=p1;/*定義指針指向數(shù)組 p1*/void d_ms(uchar m)/* 延時程序 */uchar i,j;for(i=0;im;m+)for(j=0;j100;j+)/*延時 100*m微秒 */void start()/* 開始程序 */if(tag=0)/*系統(tǒng)未啟動 */P0=0xFF;/*P1=0xFF;/*P0=0x00;P1=0x00;tag=1; /*elsetag=0;/*void up()/*if(tag1=0)/*If(zssd=2000)口取反，默認(rèn)高電平 */ 口取反，默認(rèn)低電平 */

13、 口取反，默認(rèn)高電平 */左移函數(shù) */閃爍標(biāo)志位為 0，無閃爍 */閃爍標(biāo)志位置 1，開始閃爍 */ 指針指向位選數(shù)組首地址 */已經(jīng)開始閃爍 */ 指針指向當(dāng)前位選數(shù)組下一位 */ 當(dāng)指針指向第一位時 */自動跳轉(zhuǎn)到第五位 */內(nèi)沒動作，停止閃爍 */閃爍標(biāo)志位置 0，停止閃爍 */參考 up() 函數(shù) */zssd-=100;elseswitch(*zy)case 0x90: zssd=zs-1000;break;case 0x91: zssd=zs-100;break;case 0x92: zssd=zs-10;break;case 0x93: zssd=zs-1;break;void

14、 right() /* 參考 left() 函數(shù) */ if(tag1=0)tag1=1;zy=p1+4;else-zy;if(zy=p15)zy=p1+1;d_ms(200000);tag1=0;/* 鍵盤掃描函數(shù) */定義變量 */ 鍵盤掃描，看是否有鍵按下 */void keyget()uchar x; /*P2=0xC0; /*有鍵按下 */置 1 ，掃描第一行 */第一行有鍵按下 */延時去抖 */讀 P2 口*/置 1 ，掃描第二行 */第二行有鍵按下 */延時去抖 */讀 P2 口*/switch(x-0x21)case 0x7F: start();break; /*case 0

15、x6F: up();break; /*case 0x67: fanzhuan();break; /*case 0x3F: left();break; /*case 0x2F: down();break; /* case 0x27: right();break; /*void display(uchar *z) /*啟動*/ 向上箭頭 */ 反轉(zhuǎn)*/ 左移*/ 向下箭頭 */ 右移*/顯示函數(shù) */if(P2&0xC0)=0)/*P2=0x80;/*if(P2&0x80)=0) /*d_ms(1500); /*x=P2;/*P2=0x40;/*if(P2&0x40)=0) /*d_ms(1500

16、); /*x=P2; /*uchat code d_p=0XFC,0X60,0XDA,0XF2,0X66,0XB6,0XBE,0XFE,0XE6 ； /* 定義段選數(shù)組 0-9*/uchar a,b,c,d;/*a=zs/1000; /*b=zs%1000/100; /*c=zs%100/10;/*d=zs%10;/*if(tag1=0) /*轉(zhuǎn)速各位 */ 轉(zhuǎn)速千位 */ 轉(zhuǎn)速百位 */ 轉(zhuǎn)速十位 */轉(zhuǎn)速個位 */無閃爍時 */doz0=1; /*P10置高 */P0=d_pa;/*從數(shù)組讀數(shù)，d_ms(20);/*延遲顯示 */z0=0;z1=1;P0=d_pb;d_ms(20);z1=

17、0;z2=1;P0=d_pc;d_ms(20);z2=0;z3=1;P0=d_pd;d_ms(20);z3=0;while(1);P0口輸出 */else/*有閃爍的時候 */doif(z=zy) /* 當(dāng)前顯示位和閃爍位重疊 */ *z=1; /* 當(dāng)前顯示為置高 */ switch(*z) /* 查詢當(dāng)前是哪位同時顯示 */case 0x90: P0=d_pa;break; case 0x91: P0=d_pb;break; case 0x92: P0=d_pc;break;case 0x93: P0=d_pd;break;亮*/當(dāng)前顯示位置低 */滅*/如前所示 */ d_ms(5000

18、0); /* *z=0; /* d_ms(50000); /*z0=1; /*P0=d_pa;d_ms(20); z0=0;z1=1;P0=d_pb;d_ms(20); z1=0;z2=1;P0=d_pc;d_ms(20); z2=0;z3=1;P0=d_pd; d_ms(20);z3=0;while(1);測速函數(shù) */void cs() /*zs=count/8*100; /*轉(zhuǎn)速=count* (1000000/10000)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，每個傳感器都會個脈沖產(chǎn)生 */void pwm()ulong a; /* a=zs/zssd; /* zkbd=a/(a+1);zkbg=1-zkbd;

19、P16=1;/*d_ms(1000*zkbg);/*P16=0;/*d_ms(1000*zkbd);/*/*pwm 輸出函數(shù) */定義臨時變量 */ 求占空比 */輸出高電平 */延長時間 */ 輸出低電平 */延長時間 */void stop()/* 停止函數(shù) */P0=0;P1=0;P2=0;TR0=0;TR1=0;void main(void)TMOD=0x5D; /*T1數(shù)器， T0定時器T1TCON=0x20;TH1=0x00;TL1=0x00;TH0=0xD8;TL0=0xF0;IE=0x82; /*keyget();if(tag!=0)/*TR0=1;/*TR1=1;keyget