各種電機控制方式介紹PPT

1、各種電機的控制方式主要內(nèi)容主要內(nèi)容步進電機的調(diào)速系統(tǒng)步進電機的調(diào)速系統(tǒng)1無刷直流電機控制無刷直流電機控制 2永磁同步電動機控制永磁同步電動機控制3總結(jié)與展望總結(jié)與展望4步進電機的工作原理步進電機的工作原理v當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。v步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 步進電機的分類步進電機的分類v步

2、進電機包括反應(yīng)式步進電機（vr） 反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 v永磁式步進電機（pm）v混合式步進電機（hb） 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度。而五相步進角一般為 0.72度。 v單相式步進電機等步進電機的一些基本參數(shù)步進電機的一些基本參數(shù)v電機固有步距角v步進電機的相數(shù)v保持轉(zhuǎn)矩（holding torque）v起動轉(zhuǎn)矩 detent torque電機固有步距角電機固有步距角 它表示控制系

3、統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86byg250a型電機給出的值為0.9/1.8（表示半步工作時為0.9、整步工作時為1.8），這個步距角可以稱之為電機固有步距角，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 步進電機的相數(shù)：步進電機的相數(shù)： 是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72 。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅(qū)動器，則相

4、數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。 保持轉(zhuǎn)矩（保持轉(zhuǎn)矩（holding torque） v是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2n.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2n.m的步進電機。 起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 detent torque 是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。detent torque 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的

5、翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有detent torque。 步進電機的一些特點步進電機的一些特點 v一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。 v步進電機外表允許的最高溫度。 v步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 v步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 4線步進電機控制線步進電機控制單片機中的程序單片機中的程序v#define ucharunsigned char v#define uintunsigned intv#includevucharcnt=0;vvoidmain(void)vvtmod=0 x

6、21; /t0工作在方式1，t1工作在方式2自動重裝vtl0=0 x00;vea=1;vet0=1;vtr0=1;vwhile(1);vvv/產(chǎn)生脈沖波形vvoid timer0(void)interrupt 1 using 1vvth0=0 x00;vtl0=0 x00;vswitch(cnt)vvcase 0:p2=0 x03;break;vcase 1:p2=0 x06;break;vcase 2:p2=0 x0c;break;vcase 3:p2=0 x09;break;vdefault:break;vv+cnt;vif(cnt=4)cnt=0;v無刷直流電機（無刷直流電機（bldcm

7、）的優(yōu)點）的優(yōu)點v優(yōu)秀的線形機械特性 v較寬的調(diào)速范圍 v大的啟動轉(zhuǎn)矩 v控制方法較簡單 v利用電子換向替代了機械換向，沒有磨損、火花，噪聲大大減小 無刷直流電機三相全控電路無刷直流電機三相全控電路對于全橋式功率驅(qū)動，其常見導通方式有兩兩導通方式(120導通方式)和三三導通方式(180導通方式)。兩兩導通方式兩兩導通方式v兩兩導通方式是指每一時刻電機都有兩相導通，第三相懸空，各相的導通順序與時間由位置檢測電路獲得的轉(zhuǎn)子信號決定。在三相橋式電路工作時，任意時刻只允許兩個管子導通，每個管子導通120電角度，每次一個管子導通，逆變橋就進行一次換相，換相一次的電角度為60，每個周期換相6次。每經(jīng)過一次

8、換相，合成轉(zhuǎn)矩的方向就轉(zhuǎn)過60電角度，一個周期能轉(zhuǎn)矩要經(jīng)過六次方向變換，使得轉(zhuǎn)矩波動比三相半橋式驅(qū)動電路要平緩得多。由圖所示，功率器件按照 、 、 的順序進行導通。1 2v v2 3v v6 1v vv三三導通方式是指每一瞬間逆變橋均有三只功率管器件同時導通。同兩兩導通方式相比，也是每隔1/6周期(60電角度)換相一次，其硬件原理完全相同。只是功率管器件的導通次序不同，每一功率管器件導通180電角度。v三三導通方式可以更進一步提高繞組的利用率，減少轉(zhuǎn)矩波動。但值得注意的是三三導通方式在換相時刻容易導致同一橋的上、下橋臂同時導通，損壞功率管。如圖所示，功率器件按照 、 、 、 的順序?qū)ā? 2

9、 3v v v2 3 4v v v6 1 2v v v獲得電機位置或速度的實時信息的方法獲得電機位置或速度的實時信息的方法v依靠霍耳元件或者碼盤來獲得位置、速度信號 缺點：增加了器件成本，在無法加裝傳感器的時候無效 v無傳感器(sensorless)方法 反電動勢過零檢測法 三次諧波分析法 kalman預(yù)測法 缺點：局限于反電動勢為梯形的bldcm，而且有的需要加裝特別的外部電路，在一些場合下無法實現(xiàn)；有的算法復(fù)雜，會造成較大的實時誤差，也不是很實用 七段式的空間矢量法七段式的空間矢量法(svpwm，space vector pwm)濾波濾波v 在采樣的過程中往往會引入較多的噪聲，需要進行濾波

10、 v 存在扇區(qū)邊界切換問題 v 在旋轉(zhuǎn)矢量跨越邊界的時候，由于某一基本矢量作用時間太短會導致采樣無法完成，這個時候，可以通過限制作用時間最小值來保證采樣過程正常進行，但這樣必然會使生成的正弦波發(fā)生畸變 無位置、速度傳感器下電機控制無位置、速度傳感器下電機控制 v啟動過程：由于整個系統(tǒng)沒有傳感器以獲得電機的實際位置，如果從任意位置啟動，可能會造成電機反轉(zhuǎn)甚至啟動完全失敗，因此需要對電機轉(zhuǎn)子位置進行初始化，即把后面控制算法中涉及到的轉(zhuǎn)子角度的初始值清零。我們采用的初始化方法是生成一個固定的pwm脈沖序列，該序列的特點是只作用于在某一相，最后將電機鎖定于某一磁極，達到了初始化的目的。 v正常運轉(zhuǎn)：目

11、前我們采用ti公司的tms320lf2407a作為控制的dsp，該dsp本身具備pwm 控制寄存器，通過較簡單的程序就能完成前面所述的七段法svpwm波的輸出。 編碼盤測電機轉(zhuǎn)速、位置編碼盤測電機轉(zhuǎn)速、位置軸碼盤發(fā) 光裝置vccvcc發(fā) 光裝置電機速度與位置檢測方法電機速度與位置檢測方法 v t法測量電機速度v m法測速v m/t法測速t法測量電機速度法測量電機速度m法測速法測速m/t法測速法測速一、課題背景及研究意義一、課題背景及研究意義國內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)暴露的缺點：國內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)暴露的缺點：1.體積大、控制精度低、可靠性不高體積大、控制精度低、可靠性不高2.易受外界環(huán)境干擾，抗擾性差易受外界環(huán)境干

12、擾，抗擾性差3.引進國外技術(shù)，成本造價高引進國外技術(shù)，成本造價高智能電動執(zhí)行機構(gòu)智能電動執(zhí)行機構(gòu)1.智能算法智能算法 2.配以先進的控制器配以先進的控制器3.采用無刷直流電機驅(qū)動采用無刷直流電機驅(qū)動 電動執(zhí)行機構(gòu)二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀上海研究所 低端產(chǎn)品大連儀表廠 模擬量輸入鞍山閥門廠 可靠性低上海萬迅 精度不高無刷直流電機無刷直流電機1.有位置傳感器優(yōu)點優(yōu)點：電路簡單，較成熟，的 工業(yè)級別缺點缺點：抗擾性，可靠性，應(yīng)的 用范圍2.無位置傳感器優(yōu)點優(yōu)點：可靠性，抗擾性，體的 積變小缺點缺點：轉(zhuǎn)子位置信號，電機的 功率不大rockwell 智能化siemens 一體化結(jié)構(gòu)sipos

13、 變頻控制abb 數(shù)字化處理abcd(a)主控板和驅(qū)動板；(b)滾珠絲杠及齒輪箱；(c)手動柄；(d)電機sipos公司sipos5flash智能執(zhí)行機構(gòu)示意圖三、主要研究工作三、主要研究工作 算法研究 1.滑模變結(jié)構(gòu) 圖圖1-1 切換面上三種點的特性示意圖切換面上三種點的特性示意圖a通常點、通常點、b起始點、起始點、c終止點終止點 1.滑動模態(tài)存在2.可達性3.穩(wěn)定性0lim0s ss變結(jié)構(gòu)控制變結(jié)構(gòu)控制 系統(tǒng)滑模面控制函數(shù)rtrurxtuxfxmn,),(mrsxs),(0)()(0)()(xsxuxsxuu圖1-2 三層結(jié)構(gòu)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖1-3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滑模系統(tǒng)方框圖3、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滑模變結(jié)構(gòu)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的滑模變結(jié)構(gòu)( )( )(