（全套CAD）基于DSP电机控制方法研究（终稿）

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脚。转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角转速及转向，很容易用微机实现数字控制。步进电机应满足以下基本要求在电脉冲的控制下，步进电机能迅速启动，正反转，制动和停车，调速范围宽，步进电机的步距角要小，步距精度要高，不丢步，不越步，工作频率高，相应速度快。步进电机的矩角特性，即控制绕组通电状态不变时，电磁转矩与转子偏转角的关系。.图.步进电机矩角特性步进电机的最大动态转矩频率的关系成为矩频特性。如下图所示，在定的控制范围内，随着频率的升高，步进电机的功率和转速都相应的提高，超出范围则随频率升高转矩下降，步进电机带负载的能力逐步下降，知道带不动。图.步进电机矩频特性.伺服电机伺服电机又称执行电机，在控制系统中作为执行元件，其功能是将电信号转换为轴上的角位移或角速度输出，以带动控制对象。通过改变电压的大小和极性，就可以控制伺服电动机的转速，转向，启动和停止。伺服电机中又可分为直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机的基本结构和工作直流他励电动机。通常分为电磁式和永磁式两种。图.直流伺服电机的机械特性图.直流伺服电机的调节特性曲线直流伺服电机具有良好的线调节特性和时间响应。机械特性硬。.选择电机直流伺服电机的机械特性和调节性能都是线性的，机械特性硬，而交流的是非线性的。直流伺服电机的动态响应会比交流伺服电机的快。直流伺服电机不会产生自转，但是交流伺服电机可能会产生自转现象，故本文选择直流伺服电机。.本章小结熟悉市场上所拥有的电机，并对它们大概进行了了解，并对步进电机和交流伺服电机进行比较，然后对伺服电机进行详细介绍，并对直流和交流伺服电机进行详细的比较。择无刷直流伺服电动机作为控制电机。无刷直流电机的工作原理及数学模型.无刷直流电动机的结构种用电子换向的小功率直流电机。又可称为无整流子直流电机无换向器电机。它是用功率开关管取代普通直流电动机中的机械换向器，从而构成无换向器的直流伺服电动机。这种无刷直流伺服电动机的结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声比较低，广泛应用于现代生产设备。无刷直流伺服电动机由于没有电刷和换向器弥补了以前机械换向器稳定性问题以及对通讯设备的干扰问题。它主要有电动机转体，转子位置传感器和功率电子开关电路组成电器原理图如下图所示基于电机,机电,控制,节制,方法,法子,研究,钻研,毕业设计,全套,图纸目录摘要目录绪论.本课题的研究内容和意义.国内外的发展概况.本课题应达到的要求电机的选择及其结构.步进电机.选择电机.本章小结无刷直流电机的工作原理及数学模型.无刷直流电动机的结构.无刷直流伺服电动机的位置检测装置霍尔传感器定子绕组连接方式开关管控制方法.无刷直流电机的暂态数学模型.本章小结控制方案的总体设计.控制方案的框图简介.无刷直流伺服电动机实现控制的方法数字控制算法数字控制器设计的方法工程设计调节器的步骤.信号产生技术.编码器.电机相电流检测技术.本章小结的选择及相应的硬件设计.芯片的特点.控制硬件的设计.外围电路的设计电源的设计的晶体振荡器接口电路时钟电路的设计电路的设计异步串行接口硬件的设计总线接口硬件设计.功率驱动逆变电路的设计芯片具有以下些特点结构原理图.电机驱动的设计自举电容的选择和计算驱动信号隔离电路.霍尔传感器信号电路.正交编码脉冲信号电路.控制器保护电路设计.本章小结控制系统的设计.控制系统设计的基本原则.软件的设计.集成开发环境.主程序的设计系统初始化模块事件管理器模块捕捉模块正交编码器脉冲电路模数转换模块模块算法流程图如所示电流采样数字滤波.本章小结结论与展望.结论.不足之处及未来展望致谢参考文献绪论.本课题的研究内容和意义随着科学技术的不断进步，现代机电系统的运动状态越来越复杂，系统控制的要求也越来越高。电动机控制越来越多的应用电动机控制技术，电动机计算机控制具有数值运算，逻辑判断及信号处理功能。有为实现具体特定功能设计的不可编程，如变换器还有可以通过实现编程实现不同的信号处理功能，具有通用性和灵活性的可编程。可编程作为面向信号处理任务和计算型任务器件，既可以单独应用，又可以和其他的处理器或多个起，构成多处理器系统，使用灵活，适应性强。系统设计结构简单。控制电机有以下优点灵活性好，实时性好，存储能力强，逻辑运算能力强，精度高，稳定性好，可靠性高，具有自诊断能力，抗干扰性强，功能多。控制无刷直流伺服电动机。随着电子技术的发展，微型处理器的发展，其运算速度及信息量的处理及可靠性和稳定性有了很大的提高，单片机以数字控制能力强为特点，但只能处理简单的系统。以运算速度快为显著特点。如今电机控制对控制器要求有强大的控制功能，又要求控制器有高效的数字信号处理能力以实现实时控制的目的。如今价格不断降低且开发工具不断的简化，易于开发者使用。使得如今在实现控制高要求的同时，其使用成本也不断降低。.国内外的发展概况芯片诞生于世纪年代末，至今已经得到了突飞猛进的发展，目前经历了三个发展阶段。第阶段，的产生阶段世纪。芯片出现之前，数字信号的处理是依靠通用微处理器来完成。由于通用微处理器的处理速度较低，难以满足实时高速处理的要求。如图使用个通道的总线接口芯片。图.电路的设计总线接口硬件设计接口器件与的硬件连接电路如下图所示。使用片接受器来实现与之间的通信。在电路中，使用个引脚的插头。图.接口电路的设计.功率驱动逆变电路的设计可用来驱动工作在母线电压不高于的电路中的或，适合于不同功率驱动的场合。作为信号的前级驱动，将其应用在三相混合式步进电机驱动系统中做驱动信号的转换。芯片具有以下些特点可直接驱动高达电压的高压系统，输出端具有抑制功能最大正向峰值驱动电流为，反向峰值驱动电流为具有电流放大和过电流保护功能，同时关断六路输出自动产生成上下侧驱动所必需的死区时间.具有欠压锁定功能并能及时关断六路输出.逻辑信号输入兼容。的内部结构如图所示,引脚定义为输入电源,为输入端,为故障输出端,为电流比较器输入端，为电流放大器输出端,为电流放大器反向输入端,为电源地,为驱动输出地,为三路低侧输出,为三路高侧电源端，为三路高侧输出端，为高端侧电源地。使用的注意点由于的主电路直接和检测电流的输入端相连,而且外部电流很容易产生感抗，所以检测电流电阻做好使用无感电阻由于采用的驱动方式是不隔离的，如果主电路功率器件损坏,驱动电路里高压将窜入里，造成报废,严重时会将的前级电路击穿。所以来自微处理器的输入信号必须与之间加上隔离电路。而且根据设计自举电路的参数的选择的注意事项，尤其是自举二极管与自举电容，栅极电阻选择是必须要认真考虑。在布线方面与的布局也有严格要求，比如在自举电容上怎样减小引脚和引线上生成的电感，可以从以下几个方面来保证不产生电感两个功率器件之间用粗线进行连接，尽量减少环路单点连接的地和功率地，同时考虑功率地和逻辑地的单点连接与距离功率器件之间的距离越小越好，自举电容与驱动也是越近越好。结构原理图在正常工作的时候,输入的路逻辑控制信号经内部的个输入信号处理器处理,下桥臂功率管的信号经过驱动器功放后,被送到功率器件上。当上桥臂功率管的信号使能是，必须先经过电平移位器中的自举电路进行电位变换后,将信号变为电位悬浮的驱动信号然后再经过锁存器的电压检验之后,最后送到输出驱动器后才能将信号加载到驱动的功率管上。当电流发生过流时，输入端口电流检测端口，如果检测到电压大于.，驱动管就会迅速的封锁所有的信号的输出，让的输出都是低电平，以达到保护功率管的功能与此同时的引脚的电平也会被拉低，向发出出错的信号。如果工作电源低压或欠压，驱动管就会迅速的封锁所有的信号的输出，让的输出都是低电平，以达到保护功率管的功能与此同时的引脚的电平也会被拉低，向发出出错的信号。以免造成低压对造成的破坏。无论何时只要发生故障后，会保持故障闭锁状态，以直等到故障的清除。故障清除的方式信号处理电路对电机产生霍尔传感器信号，增量式编码器的输出信号进行处理。电机保护电路有欠压，过压，检测错误逻辑。控制器对信号进行逻辑运算，并且发出逻辑控制信号。.无刷直流伺服电动机实现控制的方法无论对于直流电机还是交流电机，在实际应用中，采取控制方法对电机实时调速。是种线性控制器。具有简单而固定的形式，在较宽的操作条件范围内都能保持很好的鲁莽性，通过调节参数来满足系统所需的要求。如图.所示图.控制流程图比例控制系统的响应快速性，快速作用于输出。积分控制系统的准确性，消除过去的累积误差。微分控制系统的稳定性，具有超前控制。传递函数形式.比例系数积分时间常数微分时间常数数字控制算法位置式控制算法按算法控制算法，以下系列的采样时刻点代表连续的时间，以阶向后差分近似代替微分，以矩形法数值积分来近似代替积分即.由上式可得离散公式为.式中为采样周期，为采样信号••••••。缺点由于采用全量输出，所以每次输出与过去的状态有关，计算时要对进行累加。计算机输出控制量对应的是执行机构的实际位置偏差。如果位置传感器发生故障，会引起执行机构的巨大变化。要避免这种情况可以采用增量式空置算法。增量式控制算法控制算法公式为.如果计算机采用恒定的采样周期，旦,.确定只要使用使用前后三次采样值就可以求出控制量。计算量减少很多。可以满足控制系统实时性的要求。积分分离加积分修正系数数字控制当控制量与实际量偏差较大时，取消积分作用，避免系统超调，影响系统的稳定性。当被控量接近给定量时引用积分消除静态误差，提高系统的稳定性。输出量超过限幅值时，减少积分环节，引用积分系数。应用在启动的过程中。缩短调节时间，减小超调量，提高系统快速响应。假设系统设定的幅值为系统最大输出值最小输出值为理论输出值实际输出值.数字控制器设计的方法利用离散控制控制系统的设计方法，直接求数字控制变换，然后将其变为差分方程。利用连续系统的设计方法。如二阶最佳，三阶最佳的设计方法，求出模拟调节器的传递函数，最后离散化，最后求得差分方程。求出模拟调节器的传递函数，求得变换，求出脉冲传递函数，最后得出图.直流伺服电机原理图无刷直流伺服电动机将电枢放在定子上，把转子做成永磁体，直产生稳定的磁场，通过上述的办法可以减去机械换向器，从而提高系统的稳定性，无刷直流伺服电机的结构与普通直流伺服电动机的结构相反如果定子上的电枢通上电流时，由于电压不会改变，所以定子电枢上的只会产生稳定不变的磁场，由于转子也是产生不变的磁场，所以电机最多只会旋转度。为了使电动机转起来，必须让定子电枢产生个能稳定变化的磁场，这样转子才能跟着变化的磁场旋转，可以讲定子变化的磁场与转子永磁磁场始终保持定的角度，并产生稳定的转矩是电机不断的旋转起来。综上所述，组成直流无刷电机各主要部件包含电机主体主定子主转子电子开关线路功率逻辑开关位置信号处理位置传感器传感器定子传感器转子。无刷直流电机是永磁同步电机的种。它产生的反电势是方形波。英文简称。无刷直流电动机算是在交流伺服电动机的范畴。.无刷直流伺服电动