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用單片機模擬非同步電動機調速系統

發布時間:2024-02-22 23:36:34

單片機實現兩相非同步電機的SVPWM控制

基於單片機的步進電機控制系統
摘 要:本文論述了以單片機AT89C51為控制器的步進電機的控制系統,內容主要包括該系統的硬體組成,步進電機運行過程的詳細分析,PC機與AT89C51單片機之間的串列通信以及AT89C51單片機對步進電機的控製程序流程圖等。關鍵字:單片機; 通信; 步進電動機
1 引言
平為TTL電平,為了取得一致的傳輸信號,因此需要採用電平轉換在電氣時代的今天,電動機一直在現代化的生產和生活中起晶元MAX485。根據實際需求選用AT89C51單片機,但由於其數著十分重要的作用。無論是在工農業生產還是在日常生活中的家據存儲區只有256個單元,需要擴展片外數據存儲器6264。此外用電器,都大量地使用著各種各樣的電動機。因此對電動機的控採用脈沖分配器CH250實現單片機對步進電動機的通電換向即脈制變得越來越重要了。電動機的控制技術的發展得力於微電子技沖分配,通過光電耦合器4N25實現步進電動機與單片機的電氣隔術、電力電子技術、感測器技術、永磁材料技術、自動控制技術、離,由於單片機本身的驅動能力有限,因此需要採用專門的驅動電微機應用技術的最新發展成就。正是這些技術的進步使電動機控路單電壓驅動來實現功率放大,從而為電動機提供足夠大的電流。制技術在近二十多年內發生了翻天覆地的變化。其中電動機的控總體的硬體方框圖如圖1所示:制部分已由模擬控制逐漸讓位於以單片機為主的微處理器控制。本文採用硬體和軟體相結合的辦法實現單片機對步進電動機的運動控制。
2 硬體部分
[2]
PC機與AT89C51單片機 之間的串列通信在硬體上是由轉換器ATC-106和電平轉換晶元MAX485來完成的。由於PC機圖1 總體的硬體框圖採用的是RS-232C介面標准,根據項目要求與生產中的實際情況,需要採用傳輸距離較遠的RS-485,因此需要採用RS-232C
3 軟體部分
收稿日期:2007-05-18
通過軟體實現PC機與單片機間的非同步串列通信。PC機採用查詢的方式發送和接收數據,單片機採用中斷的方式接收PC機 T —— 步進電動機運行第 +1 步時所用的時間
N
1+N
1
1
傳送的信息,從而確定步進電動機的旋轉方向,走的總的脈沖數; 即勻速運行每一步所需要的時間採用軟體延時法控制脈沖的分配,從而控制步進電動機的整個運 由於採用軟體延時的方法來控制單片機發出脈沖的時間間行過程。 隔即通過改變脈沖的頻率來改變步進電動機的運行速度。在步進電動機勻加速運行階段,只需按電動機每走一步所需要的時間
3.1 步進電動機運行的分析
[4]
來調用延時子程序即可。根據步進電動機 的加減速要有嚴格的控制要求,那就是保證在
-VV
1-
ii
不失步和過沖的前提下,用最快的速度和最短的時間移動到指定
=a
(6)
+
TT
1-
ii
位置。本設計要求步進電動機的速度按圖2所示運行。
—— 步進電動機勻加速運行階段走第i步時的速度
V
i
—— 步進電動機勻加速運行階段走第i步時所用的時間
T
i
由於步進電動機在勻加速運行階段走最後一步時的速度與勻速運行時的速度V相同
V
N
1
L
L
=V= 又因為 = 將其代入


V V
V
V
N
1+N
1
1
1-i
i
T
T
i
1-i
(2-6)
TL
TL
-
1-ii
整理得到
a=
+TT
-1ii
2
2


(7)
TaT
0=LT
TaTL
( )
-
1-ii
i
1-ii
圖2 步進電動機的運行過程
通過軟體調用一個開平方函數就可以求得首先令i=
N
1
由圖可知勻加速階段與勻減速階段的加速度和減速度大小等直到 、T ,這樣就可以求出步進電動機勻


T
1
T
T
T
2
1-N
3-N
2-N
1
1
1
相同,方向相反,加減速的時間相同,因此只需算出加速段走的步加速運行階段從靜止開始每走一步所用的時間。電動機在升速數就可以知道減速時所走的步數,二者是一樣的。計算過程如下:過程中所走的總的步數即脈沖數為 ,從靜止開始步進電動機
N
1
首先,恆速運行時的速度V是由用戶設置的,因此是一個已在勻加速階段每走一步,升速階段的總步數就減1,通過軟體延時知量。加速度a,一個脈沖走過的距離L,整個運行過程所走的步的方法來控制走每一步所用的時間,加速階段的延時時間是逐漸數即總的脈沖數P也都是給定值。運行方向是根據用戶的要求,這樣進行下

直到 、 、
變短的,依次為 、
T
T
T
T
T
T
1
3-N
2
2-N
1
N
1-N
1
1
1
由軟體確定的。去,直到 =0,加速過程結束,進入恆速運行階段。步進電動機
N
1
接著計算步進電動機運行時間
N
在恆速過程中走的總步數為 ,從恆速運行開始,電動機每走一
3
—— 為步進電動機勻加速運行時所用
根據
tatV =1 1
步,恆速總步數就減1,因為恆速運行時走每一步用的時間都是相的時間同的,因此軟體延時的時間均為 ,直到恆速總步數減為0,恆
T
V
1+N
1
可以求出t =
(1)
1
a
速過程結束,進入減速運行階段。由於勻減速運行的過程是加速由於勻加速階段與勻減速階段的加速度大小相同,因此勻過程的逆過程,在勻加速運行階段,步進電動機走的總的步數為
t
加速運行階段所用的時間t 與勻減速運行時所用的時間 是相
2
1
,且 =N ,減速階段電動機每走一步,減速總步數就減1,
N
N
1
1
2
2
2
at
。因為是勻加速運行,所以S=同的,即t =
,由a和t
t
1
1
1
2
2
軟體延時的時間是逐漸變常的,依次為 、
、 、 直
T
T
T T
N
1-N
2-N 3-N
1
1
1 1
求出步進電動機勻加速運行階段走過的總的距離,通過
2
到 、 ,減速總步數減為0,減速過程結束,電動機停止運行。
T
S
T
at
21
2
1
1
N

(2)

1
L
L 3.2 通信軟體的設計
可以求出勻加速運行階段步進電動機走的總步數即脈沖
[5]
PC機與AT89C51的串列通信程序 由兩部分組成:一部分數。由於步進電動機勻減速運行階段是勻加速運行階段的逆過是PC機的通信程序,另一部分是AT89C51的通信程序。PC機程,因此勻減速運行階段所走的步數與勻加速運行階段所走
N
2
發送時,AT89C51單片機一定接收;PC機接收時,AT89C51單片的步數 是相同的,即 = ,由P、 和 可以求出步進電
N N N
N N
1
1
2
1 2
機肯定發送。而且對應發送和接收的字元要相同,否則不能達到動機勻速運行階段走的總步數即脈沖數為 ,即
N
3
正常通信的目的。此次設計PC機採用8086/8088匯編語言編
N=P- - =P-2
(3)
N
N
N 1
3 1
2
寫,AT89C51單片機端採用MCS-51語言編寫。為了保證數據步進電動機勻速運行時走每一步即每一個脈沖所需要的時通信的可靠性,制定通信協議如下:間是相同的,根據
① PC機與AT89C51單片機都可以發送和接收
L
(4)
V=
② PC機與AT89C51單片機的通信波特率為9600bps,采
T
1+N
1
L
(5)
因此
T
=
用的晶振頻率為24MHZ,定時器T1工作在模式2,SMOD設置

為1,TH1的預設值為0CH,TL1的預設值為00H。
③ PC機與AT89C51單片機均採用串列口方式3。
④ 幀格式為:1位起始位,8位數據位,1位偶效驗位,1位停止位。
⑤ PC機發送的數據幀為:
表1 PC機發送數據幀表
幀起始標志為 02H,假設電動機的運行標號為5號,對應的ASCII碼值為30H,35H兩個位元組表示。若命令為傳送命令MOV則用0表示,其對應的ASCII碼值為30H,用一個位元組表示。D表示步進電動機運行的方向標志,若為0則表示電動機正轉,其對應的ASCII碼值為30H;若為1,則表示電動機反轉,其對應的ASCII碼值為31H。P表示PC機傳送給單片機的總的走的脈沖數。若傳送的命令為設置命令SET則用1表示,其對應的ASCII碼值為31H,用一個位元組表示。需要單片機設置的參數有:a, V和 L;為了便於PC機與AT89C51的通信編程,數據的長度取6個位元組。傳送的數據只有5個位元組,剩餘的1個位元組均用ASCII碼值30H補足,對應的為0。這樣做不影響效驗和。若為傳送命令幀,則效驗和定義為方向信號D與總的脈沖數P的十六進制之和再轉換為相對應的ASCII碼值。若為設置命令幀,則效驗和定義為a、V與L的十六進制之和再轉換為D對應的ASCII碼值。幀結束標志為03H。
⑥ PC機採用查詢的方式發送和接收數據,AT89C51單片機採用串列口中斷的方式接收和發送數據。
3.3 控制軟體的設計控制步進電動機勻加速、恆速、勻減速運行的程序流程圖如圖2。圖2 控制步進電機的程序流程圖
4 結束語
參考文獻:
[1] 韓全立。單片機控制技術及應用[M]。北京:電子工業出採用本方案可以很好的實現對步進電動機的控制。目前此版社,2004方案已經成功應用於電機控制的工廠等並取得了良好的效益,並
[2] 求是科技。單片機典型模塊設計實例導航[M]。北京:人正試圖將其進一步完善以應用於壓縮機、洗衣機等日常設備中。民郵電出版社,2004
[3] 胡漢才,單片機原理及系統設計[M]。北京:清華大學出當然,隨著控制產品與控制技術的發展,步進電機的控制也會得到版社,2002進一步完善。
[4] 王曉明。電動機的單片機控制[M]。北京:北京航天航空大學出版社,2002
[5] 楊金岩,鄭應強,張振仁。8051單片機數據傳輸介面擴展技術與應用實例[M]。北京:人民郵電出版社,2005

Ⅱ 有沒有單片機控制三相非同步電機的程序啊

對於交流三相電機,如果控制轉速可以使用變頻器,如果編程式控制制運轉可以使用PLC,如果有興趣使用單片機控制,也可以通過單片機編程配合各種介面電路、繼電器、接觸器等器件來控制電機。

Ⅲ 怎樣利用51單片機發生PWM,通過調節PWM的占空比控制可控硅調節電機轉速,使轉速平穩

需要利用交流電的作觸發信號,單片機生成延遲脈沖,不必使用pwm
注意是調節過零後的延遲時間,再出脈沖。

Ⅳ 單片機是怎樣控制電機的

單片機只輸出信號,經過隔離電路,再經過功率開關電路驅動電機。

控制普通的三項非同步電機可以單片機輸出信號經三極體後驅動一個小功率繼電器,由繼電器來驅動交流接觸器,進而控制電機,也可以單片機信號經三極體放大後直接驅動功率繼電器。 方法有很多很多。至於驅動伺服,單片機埠的信號經過光耦隔離後可以直接驅動,伺服驅動器本身需要的驅動信號都是弱電信號。

單片機注意事項

一般在單片機的數據手冊(Datasheet)中都會提到該單片機需要的復位信號的要求。一般復位信號的寬度應為。復位電平的寬度和幅度都應滿足晶元的要求,並且要求保持穩定。還有特別重要的一點就是復位電平應與電源上電在同一時刻發生,即晶元一上電,復位信號就已產生。

不然,由於沒有經過復位,單片機中的寄存器的值為隨機值,上電時就會按PC寄存器中的隨機內容開始運行程序,這樣很容易進行誤操作或進入死機狀態。

Ⅳ 單片機到底怎麼精確控制三相非同步交流電動機啊PWM波輸出只有兩個吧。而三相電動機有UVW三個相怎麼控制呢

至於你說的單片機控制三相非同步電機的問題,你所說的速度力度,正反轉這三個用詞比較外行。
控制非同步電機你需要控制非同步電機的轉矩和轉速,這猛旁樣你的控制目的就能達到。因為是控制,枝隱橡所以必須是閉環,這樣才能有更好的動態性能和抗擾動性能。所以需要至少三個控制環,轉矩環是內環,轉速環是外環,最內面是電流環,實現多環控制。

一個PWM只有兩個輸出,三個PWM是不是有六個輸出?三相,每一項都分配一個PWM,通過對PWM信號的控制,來實現對電機的電壓的控制,進而達到轉速轉攜滾矩的控制。

具體的是單片機後面連一個逆變器,逆變器連接電機,電機的電流,轉速,轉矩作為反饋。

建議你先做模擬吧,這個東西很復雜,不是一下子就能直接用於實踐的。

Ⅵ 單片機直流電機調速系統設計

論文題目:直流電動機調速器硬體設計
專業:自動化
本科生:劉小煜 (簽名)____
指導教師:胡曉東 (簽名)____

直流電動機調速器硬體設計
摘 要

直流電動機廣泛應用於各種場合,為使機械設備以合理速度進行工作則需要對直流電機進行調速。該實驗中搭建了基於C8051F020單片機的轉速單閉環調速系統,利用PWM信號改變電動機電樞電壓,並由軟體完成轉速單閉環PI控制,旨在實現直流電動機的平滑調速,並對PI控制原理及其參數的確定進行更深的理解。實驗結果顯示,控制8位PWM信號輸出可平滑改變電動機電樞電壓,實現電動機升速、降速及反轉等功能。實驗中使用霍爾元件進行電動機轉速的檢測、反饋。期望轉速則可通過功能按鍵給定。當選擇比例參數為0.08、積分參數為0.01時,電機轉速可以在3秒左右達到穩定。由實驗結果知,該單閉環調速系統可對直流電機進行調速,達到預期效果。

關鍵字:直流電機, C8051F020,PWM,調速,數字式

Subject: Hardware Design of Speed Regulator for DC motor
Major: Automation
Name: Xiao yu Liu (Signature)____
Instructor:Xiao dong Hu (Signature) ____

Hardware Design of Speed Regulator for DC motor
Abstract

The dc motor is a widely used machine in various occasions.The speed regulaiting systerm is used to satisfy the requirement that the speed of dc motor be controlled over a range in some applications. In this experiment,the digital Close-loop control systerm is based on C8051F020 SCM.It used PI regulator and PWM to regulate the speed of dc motor. The method of speed regulating of dc motor is discussed in this paper and, make a deep understanding about PI regulator.According to experiment ,the armature voltage can be controlled linearnized with regulating the 8 bit PWM.So the dc motor can accelerate or decelerate or reverse.In experiment, hall component is used as a detector and feed back the speed .The expecting speed can be given by key-press.With using the PI regulator,the dc motor will have a stable speed in ten seconds when choose P value as 0.8 and I value as 0.01. At last,the experiment shows that the speed regulating systerm can work as expected.

Key words: dc motor,C8051F020,PWM,speed regulating,digital

目錄

第一章 緒論 1
1.1直流調速系統發展概況 1
1.2 國內外發展概況 2
1.2.1 國內發展概況 2
1.2.2 國外發展概況 3
1.2.3 總結 4
1.3 本課題研究目的及意義 4
1.4 論文主要研究內容 4
第二章 直流電動機調速器工作原理 6
2.1 直流電機調速方法及原理 6
2.2直流電機PWM(脈寬調制)調速工作原理 7
2.3 轉速負反饋單閉環直流調速系統原理 11
2.3.1 單閉環直流調速系統的組成 11
2.3.2速度負反饋單閉環系統的靜特性 12
2.3.3轉速負反饋單閉環系統的基本特徵 13
2.3.4轉速負反饋單閉環系統的局限性 14
2.4 採用PI調節器的單閉環無靜差調速系統 15
2.5 數字式轉速負反饋單閉環系統原理 17
2.5.1原理框圖 17
2.5.2 數字式PI調節器設計原理 18
第三章 直流電動機調速器硬體設計 20
3.1 系統硬體設計總體方案及框圖 20
3.1.1系統硬體設計總體方案 20
3.1.2 總體框圖 20
3.2 系統硬體設計 20
3.2.1 C8051F020單片機 20
3.2.1.1 單片機簡介 20
3.2.1.2 使用可編程定時器/計數器陣列獲得8位PWM信號 23
3.2.1.3 單片機埠配置 23
3.2.2主電路 25
3.2.3 LED顯示電路 26
3.2.4 按鍵控制電路 27
3.2.5 轉速檢測、反饋電路 28
3.2.6 12V電源電路 30
3.3硬體設計總結 31
第四章 實驗運行結果及討論 32
4.1 實驗條件及運行結果 32
4.1.1 開環系統運行結果 32
4.1.2 單閉環系統運行結果 32
4.2 結果分析及討論 32
4.3 實驗中遇到的問題及討論 33
結論 34
致謝 35
參考文獻 36
論文小結 38
附錄1 直流電動機調速器硬體設計電路圖 39
附錄2 直流電動機控制系統程序清單 42
附錄3 硬體實物圖 57

第一章 緒論
1.1直流調速系統發展概況
在現代工業中,電動機作為電能轉換的傳動裝置被廣泛應用於機械、冶金、石油化學、國防等工業部門中,隨著對生產工藝、產品質量的要求不斷提高和產量的增長,越來越多的生產機械要求能實現自動調速。
在可調速傳動系統中,按照傳動電動機的類型來分,可分為兩大類:直流調速系統和交流調速系統。交流電動機直流具有結構簡單、價格低廉、維修簡便、轉動慣量小等優點,但主要缺點為調速較為困難。相比之下,直流電動機雖然存在結構復雜、價格較高、維修麻煩等缺點,但由於具有較大的起動轉矩和良好的起、制動性能以及易於在寬范圍內實現平滑調速,因此直流調速系統至今仍是自動調速系統的主要形式。
直流調速系統的發展得力於微電子技術、電力電子技術、感測器技術、永磁材料技術、自動控制技術和微機應用技術的最新發展成就。正是這些技術的進步使直流調速系統發生翻天覆地的變化。其中電機的控制部分已經由模擬控制逐漸讓位於以單片機為主的微處理器控制,形成數字與模擬的混合控制系統和純數字控制系統,並正向全數字控制方向快速發展。電動機的驅動部分所用的功率器件亦經歷了幾次更新換代。目前開關速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現。脈寬調制控制方法在直流調速中獲得了廣泛的應用。
1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技術應用到電機傳動中從此為電機傳動的推廣應用開辟了新的局面。進入70年代以來,體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強、可靠性高的大規模集成電路微處理器已經商品化,把電機控制推上了一個嶄新的階段,以微處理器為核心的數字控制(簡稱微機數字控制)成為現代電氣傳動系統控制器的主要形式。PWM常取代數模轉換器(DAC)用於功率輸出控制,其中,直流電機的速度控制是最常見的應用。通常PWM配合橋式驅動電路實現直流電機調速,非常簡單,且調速范圍大。在直流電動機的控制中,主要使用定頻調寬法。
目前,電機調速控制模塊主要有以下三種:
(1)、採用電阻網路或數字電位器調整直流電機的分壓,從而達到調速的目的;
(2)、採用繼電器對直流電機的開或關進行控制,通過開關的切換對電機的速度進行調整;
(3)、採用由IGBT管組成的H型PWM電路。用單片機控制IGBT管使之工作在占空比可調的開關狀態,精確調整電動機轉速。
1.2 國內外發展概況
1.2.1 國內發展概況
我國從六十年代初試製成功第一隻硅晶閘管以來,晶閘管直流調速系統開始得到迅速的發展和廣泛的應用。用於中、小功率的 0.4~200KW晶閘管直流調速裝置已作為標准化、系列化通用產品批量生產。
目前,全國各大專院校、科研單位和廠家都在進行數字式直流調速系統的開發,提出了許多關於直流調速系統的控制演算法
(1)、直流電動機及直流調速系統的參數辯識的方法。該方法據系統或環節的輸入輸出特性,應用最小二乘法,即可獲得系統環節的內部參數。所獲得的參數具有較高的精度,方法簡便易行。
(2)、直流電動機調速系統的內模控制方法。該方法依據內模控制原理,針對雙閉環直流電動機調速系統設計了一種內模控制器,取代常規的PI調節器,成功解決了轉速超調問題,能使系統獲得優良的動態和靜態性能,而且設計方法簡單,控制器容易實現。
(3)、單神經元自適應智能控制的方法。該方法針對直流傳動系統的特點,提出了單神經元自適應智能控制策略。這種單神經元自適應智能控制系統不僅具有良好的靜、動態性能,而且還具有令人滿意的魯棒性與自適應性。
(4)、模糊控制方法。該方法對模糊控制理論在小慣性系統上對其應用進行了嘗試。經1.5kw電機實驗證明,模糊控制理論可以用於直流並勵電動機的限流起動和恆速運行控制,並能獲得理想的控制曲線。
上訴的控制方法僅是直流電機調速系統應用和研究的一個側面,國內外還有許多學者對此進行了不同程度的研究。
1.2.2 國外發展概況
隨著各種微處理器的出現和發展,國外對直流電機的數字控制調速系統的研究也在不斷發展和完善,尤其80年代在這方面的研究達到空前的繁榮。大型直流電機的調速系統一般採用晶閘管整流來實現,為了提高調速系統的性能,研究工作者對晶閘管觸發脈沖的控制演算法作了大量研究,提出了內模控制演算法、I-P控制器取代PI調節器的方法、自適應和模糊PID演算法等等。
目前,國外主要的電氣公司,如瑞典ABB公司,德國西門子公司、AEG公司,日本三菱公司、東芝公司、美國GE公司等,均已開發出數字式直流調裝置,有成熟的系列化、標准化、模版化的應用產品供選用。如西門子公司生產的SIMOREG-K 6RA24 系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數字控制裝置,其結構緊湊,用於直流電機電樞和勵磁供電,完成調速任務。設計電流范圍為15A至1200A,並可通過並聯SITOR可控硅單元進行擴展。根據不同的應用場合,可選擇單象限或四象限運行的裝置,裝置本身帶有參數設定單元,不需要其它任何附加設備便可以完成參數設定。所有控制調節監控及附加功能都由微處理器來實現,可選擇給定值和反饋值為數字量或模擬量。
1.2.3 總結
隨著生產技術的發展,對直流電氣傳動在起制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態特性、動態響應等方面都提出了更高的要求,這就要求大量使用直流調速系統。因此人們對直流調速系統的研究將會更深一步。
1.3 本課題研究目的及意義
直流電動機是最早出現的電動機,也是最早實現調速的電動機。長期以來,直流電動機一直占據著調速控制的統治地位。由於它具有良好的線性調速特性,簡單的控制性能,高效率,優異的動態特性,現在仍是大多數調速控制電動機的最優選擇。因此研究直流電機的速度控制,有著非常重要的意義。
隨著單片機的發展,數字化直流PWM調速系統在工業上得到了廣泛的應用,控制方法也日益成熟。它對單片機的要求是:具有足夠快的速度;有PWM口,用於自動產生PWM波;有捕捉功能,用於測頻;有A/D轉換器、用來對電動機的輸出轉速、輸出電壓和電流的模擬量進行模/數轉換;有各種同步串列介面、足夠的內部ROM和RAM,以減小控制系統的無力尺寸;有看門狗、電源管理功能等。因此該實驗中選用Cygnal公司的單片機C8051F020。
通過設計基於C8051F020單片機的直流PWM調速系統並調試得出結論,在掌握C8051F020的同時進一步加深對直流電動機調速方法、PI控制器的理解,對運動控制的相關知識進行鞏固。
1.4 論文主要研究內容
本課題的研究對象為直流電動機,對其轉速進行控制。基本思想是利用C8051F020自帶的PWM口,通過調整PWM的占空比,控制電機的電樞電壓,進而控制轉速。
系統硬體設計為:以C8051F020為核心,由轉速環、顯示、按鍵控制等電路組成。
具體內容如下:
(1)、介紹直流電動機工作原理及PWM調速方法。
(2)、完成以C8051F020為控制核心的直流電機數字控制系統硬體設計。
(3)、以該系統的特點為基礎進行分析,使用PWM控制電機調速,並由實驗得到合適的PI控制及相關參數。
(4)、對該數字式直流電動機調速系統的性能做出總結。

第二章 直流電動機調速器工作原理
2.1 直流電機調速方法及原理
直流電動機的轉速和各參量的關系可用下式表示:

由上式可以看出,要想改變直流電機的轉速,即調速,可有三種不同的方式:調節電樞供電電壓U,改變電樞迴路電阻R,調節勵磁磁通Φ。
3種調速方式的比較表2-1所示.
表2-1 3種電動機調速方式對比
調速方式和方法 控制裝置 調速范圍 轉速變化率 平滑性 動態性能 恆轉矩或恆功 率 效率
改變電樞電阻 串電樞電阻 變阻器或接觸器、電阻器 2:1 低速時大 用變阻器較好
用接觸器、電阻器較差 無自動調節能力 恆轉矩 低
改變電樞電壓 電動機-發電機組 發電機組或電機擴大機(磁放大器) 10:1~20:1 小 好 較好 恆轉矩 60%~70%
靜止變流器 晶閘管變流器 50:1~100:1 小 好 好 恆轉矩 80%~90%
直流脈沖調寬 晶體管或晶閘管直流開關電路 50:1~100:1 小 好 好 恆轉矩 80%~90%
改變磁通 串聯電阻或可變直流電源 直流電源變阻器 3:1

5:1 較大 差 差 恆功率 80%~90%
電機擴大機或磁放大器 好 較好
晶閘管變流器 好

由表2-1知,對於要求在一定范圍內無級平滑調速的系統來說,以調節電樞供電電壓的方式為最佳,而變電樞電壓調速方法亦是應用最廣的調速方法。
2.2直流電機PWM(脈寬調制)調速工作原理
在直流調速系統中,開關放大器提供驅動電機所需要的電壓和電流,通過改變加在電動機上的電壓的平均值來控制電機的運轉。在開關放大器中,常採用晶體管作為開關器件,晶體管如同開關一樣,總是處在接通和斷開的狀態。在晶體管處在接通時,其上的壓降可以略去;當晶體管處在斷開時,其上的壓降很大,但是電流為零,所以不論晶體管導通還是關斷,輸出晶體管中的功耗都是很小的。一種比較簡單的開關放大器是按照一個固定的頻率去接通和斷開放大器,並根據需要改變一個周期內「接通」和「斷開」的相位寬窄,這樣的放大器被稱為脈沖調制放大器。
PWM脈沖寬度調制技術就是通過對一系列脈沖的寬度進行調制,來等效地獲得獲得所需要波形(含形狀和幅值)的技術。
根據PWM控制技術的特點,到目前為止主要有八類方法:相電壓控制PWM、線電壓控制PWM、電流控制PWM、非線性控制PWM,諧振軟開關PWM、矢量控制PWM、直接轉矩控制PWM、空間電壓矢量控制PWM。
利用開關管對直流電動機進行PWM調速控制原理圖及輸入輸出電壓波形如圖2-1、圖2-2所示。當開關管MOSFET的柵極輸入高電平時,開關管導通,直流電動機電樞繞組兩端由電壓。秒後,柵極輸入變為低電平,開關管截止,電動機電樞兩端電壓為0。秒後,柵極輸入重新變為高電平,開關管的動作重復前面的過程。這樣,對應著輸入的電平高低,直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖2-2所示。電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值為:

式2-1

式中 ——占空比,
占空比表示了在一個周期里,開關管導通的時間與周期的比值。的變化范圍為0≤≤1。由式2-1可知,當電源電壓不變的情況下,電樞的端電壓的平均值取決於占空比的大小,改變值就可以改變端電壓的平均值,從而達到調速的目的,這就是PWM調速原理。
在PWM調速時,占空比是一個重要參數。以下是三種可改變占空比的方法:
(1)、定寬調頻法:保持不變,改變,從而改變周期(或頻率)。
(2)、調寬調頻法:保持不變,改變,從而改變周期(或頻率)。
(3)、定頻調寬法:保持周期(或頻率)不變,同時改變、。
前2種方法由於在調速時改變了控制脈沖的周期(或頻率),當控制脈沖的頻率與系統的固有頻率接近時,將會引起振盪,因此應用較少。目前,在直流電動機的控制中,主要使用第3種方法。

圖2-1 PWM調速控制原理

圖2-2 輸入輸出電壓波形
產生PWM控制信號的方法有4種,分別為:
(1)、分立電子元件組成的PWM信號發生器
這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號電路。它是最早期的方式,現在已經被淘汰了。
(2)、軟體模擬法
利用單片機的一個I/O引腳,通過軟體對該引腳不斷地輸出高低電平來實現PWM信號輸出。這種方法要佔用CPU大量時間,需要很高的單片機性能,易於實現,目前也逐漸被淘汰。
(3)、專用PWM集成電路
從PWM控制技術出現之日起,就有晶元製造商生產專用的PWM集成電路晶元,現在市場上已有許多種。這些晶元除了由PWM信號發生功能外,還有「死區」調節功能、保護功能等。在單片機控制直流電動機系統中,使用專用PWM集成電路可以減輕單片機負擔,工作也更可靠。
(4)、單片機PWM口
新一代的單片機增加了許多功能,其中包括PWM功能。單片機通過初始化設置,使其能自動地發出PWM脈沖波,只能在改變占空比時CPU才進行干預。
其中常用後兩中方法獲得PWM信號。實驗中使用方法(4)獲得PWM信號。
2.3 轉速負反饋單閉環直流調速系統原理
2.3.1 單閉環直流調速系統的組成
只通過改變觸發或驅動電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓,達到調節電動機轉速的目的,稱為開環調速系統。但開環直流調速系統具有局限性:
(1)、通過控制可調直流電源的輸入信號,可以連續調節直流電動機的電樞電壓,實現直流電動機的平滑無極調速,但是,在啟動或大范圍階躍升速時,電樞電流可能遠遠超過電機額定電流,可能會損壞電動機,也會使直流可調電源因過流而燒毀。因此必須設法限制電樞動態電流的幅值。
(2)、開環系統的額定速降一般都比較大,使得開環系統的調速范圍D都很小,對於大部分需要調速的生產機械都無法滿足要求。因此必須採用閉環反饋控制的方法減小額定動態速降,以增大調速范圍。
(3)、開環系統對於負載擾動是有靜差的。必須採用閉環反饋控制消除擾動靜差
為克服其缺點,提高系統的控制質量,必須採用帶有負反饋的閉環系統,方框圖如圖2-3所示。在閉環系統中,把系統輸出量通過檢測裝置(感測器)引向系統的輸入端,與系統的輸入量進行比較,從而得到反饋量與輸入量之間的偏差信號。利用此偏差信號通過控制器(調節器)產生控製作用,自動糾正偏差。因此,帶輸出量負反饋的閉環控制系統能提高系統抗擾性,改善控制精度的性能,廣泛用於各類自動調節系統中。

Ⅶ 單片機是怎麼和變頻器接線的,從而控制非同步電動機的轉速求解答

首先我想問一下 單片機程序是你自己編寫的嗎?
如果要用單片機控制變頻器,先要了解變頻器的控制電源 是否和單片機的驅動電路匹配。(必須要匹配才能控制)
我個人認為,控制技術,主要是演算法的體現。
1,變頻器的控制 (演算法)已經固定了,你只能按照它的方式接線以及設定
2,單片機是自己編寫的,所以必須參照 變頻器的 規則來編寫,只要按照變頻器的規則控制就能很簡單的驅動電機。
3,按照變頻器的說明書,讓單片機輸出相應的控制電平就可以了。

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