基于DSP的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)(碩士論文)

1、基于DSP的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)(碩士論文) 碩二:論文 基于的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)摘 要本文針對移動機器人運動控制器的要求,設(shè)計了一款基于的無刷直流電機伺服控制器。詳細推導了三角形接法的無刷直流電機數(shù)學模型。闡述了數(shù)字式控制系統(tǒng)整體方案,解決了、電子換相及鎖相、電機電流、轉(zhuǎn)速和位置等控制檢測關(guān)鍵技術(shù)問題。推導了新的積分別離加積分修正系數(shù)的控制算法。構(gòu)建了基于的無刷直流電機控制硬件平臺。設(shè)計完成了控制電路和功率驅(qū)動電路,主要包括芯片外圍電路、三相逆變橋電路、光耦隔離電路、霍爾信號處理電路、光電編碼器電路、電流采樣電路和系統(tǒng)保護電路,并對各局部電路功能做了詳盡闡述。對硬件可靠性做

2、了分析。在.環(huán)境下開發(fā)了控制系統(tǒng)程序軟件。編寫了改良型控制算法程序、服控制器人機交互界面,實現(xiàn)了上位機與的串口通訊。最后,以移動機器人為平臺進行了系統(tǒng)實驗,利用 工具獲取了系統(tǒng)的詳細實驗數(shù)據(jù),在環(huán)境下繪制了速度階躍響應(yīng)曲線。比照了不同參數(shù)下的系統(tǒng)響應(yīng)狀況,詳細分析了實驗中出現(xiàn)的各種問題。實驗結(jié)果驗證了控制器硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的可行性,新控制算法的優(yōu)越性?？刂破髡{(diào)試方便,升級換代容易。關(guān)鍵詞:伺服控制,無刷直流電機,移動機器人,碩士論文. ., , .,、 , ., . . , , , ? ,.,. . ., ,?. ?. ., . ., .: , ,基于的直流伺服電機控制器設(shè)汁與實現(xiàn)碩上論文伺

3、服控制伺服控制器、伺服電機是數(shù)控機床、機器人以及其他相關(guān)機械控制領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,是關(guān)系國家裝備技術(shù)水平的關(guān)鍵局部。我們國家是一個制造業(yè)大國,為了提升我國制造業(yè)技術(shù)水平,將我國開展成為制造業(yè)強國,必須重點研究各類重要生產(chǎn)裝備,尤其是伺服控制技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)【¨。自上世紀八十年代以來,機器人技術(shù)得到了飛速的開展。機器人也是各國科學研究微電子電路、自動控制理論、傳感器技術(shù)、的一個重要方向,它綜合了精密機械制造、從某種意義上講,機器人技術(shù)水平的上下,仿生學、人工智能等多門根底與新型學科?？梢员磉_一個國家的綜合科學技術(shù)水平【】。移動機器人是研究的熱點之一,開展速度很快,已被廣泛應(yīng)用于民用、

4、工業(yè)以及軍用等諸多領(lǐng)域。移動機器人的研究涉及機器人的機械結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)、環(huán)境建模、導航定位、路徑規(guī)劃、運動控制、多傳感器信息融合、故障診斷、容錯控制以及移動機器人導航控制平臺等。運動控制系統(tǒng)是移動機器人平臺的根底,它以機器人運動的驅(qū)動設(shè)備?電動機為控制對象,以控制器為核心,以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu),在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng),將電能轉(zhuǎn)換為機械能,實現(xiàn)移動機器人的運動要求。所以,運動控制技術(shù)的水平直接反映出了移動機器人平臺性能的優(yōu)劣。移動機器人對運動性能的要求比擬高,大多數(shù)運動控制系統(tǒng)主要采用的是伺服控制技術(shù)。隨著計算機以及微電子技術(shù)的的開展,全數(shù)字化伺服控制技術(shù)是

5、未來控制領(lǐng)域主要開展趨勢。數(shù)字化機器人是未來機器人的開展方向。數(shù)字控制技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢已經(jīng)逐漸取代模擬控制,而且能夠充分利用現(xiàn)代控制理論的研究成果,提高了控制技術(shù)的水平,促進了控制理論的開展,給人類創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益。.課題研究背景、目的及意義本課題來源于南京市科技局的“多功能移動機器人工程。針對南京市科技局的項目要求,結(jié)合當移動機器人技術(shù)的開展狀況,研究開發(fā)一種能完成特殊作業(yè)要求的移動機器人。該工程具體要求:移動機器人主要依靠履帶傳動,具有一定的越障爬坡能力,車體是一個根底平臺,可以搭載相關(guān)的子系統(tǒng),如:視覺系統(tǒng)、機械臂和一些特種設(shè)備等。該機器人能夠完全替代人完成消防、反恐、偵查、

6、探測、防爆等一些特殊作業(yè)任務(wù)。運動控制方式有自主控制和遙控兩種模式可供選擇。移動機器人設(shè)計指標要求見表.所示:?士論文表 移動機器澄計指標要求總體結(jié)構(gòu) 腰帶式自重載荷結(jié)構(gòu)指標措載接口 二維隨動搭載平臺地結(jié)構(gòu)尺寸 長×寬×高:× 硼面移驅(qū)動輪直徑 岫動機平地最大速度 /器人/平地正常速度載體機動指標 堆大通過坡度樓梯通過能力 能通過普通標準樓梯轉(zhuǎn)向能力 能原地零半徑轉(zhuǎn)向續(xù)航能力 小時以上搭載 調(diào)炮速度 。,機動指標平臺調(diào)炮加速度 。/該移動機器人的三維模型如圖 所示幽¨機器人三維模型該移動機器人的動力是由無刷直流伺服電機提供的。該電機體積小,控制方式靈活,

7、廣泛應(yīng)用于機器人領(lǐng)域。電機必須配備相應(yīng)的伺服控制器才能常工作,因此電機伺服碩士論文 基于的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)控制器性能直接關(guān)系到移動機器人的運動性能。本文的主要任務(wù)就是設(shè)計一款適宜的伺服控制器。隨著電子技術(shù)的開展,微機和數(shù)字控制芯片的運算能力和可靠性得到很大提高,以單片機為控制核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)不斷的取代傳統(tǒng)的模擬器件控制系統(tǒng)。單片機以數(shù)字控制能力強為特點,但只能處理信息量不大的簡單系統(tǒng)。以運算速度快為顯著特征?，F(xiàn)代的電機控制要求控制器有強大的/控制功能,又要求控制器有高速的數(shù)字信號處理能力以實現(xiàn)實時控制。因此世界上各大廠商將與單片機相結(jié)合,開發(fā)出了電機控制專用。而且,的價格不斷

8、下調(diào),開發(fā)工具也越來越方便,所以,以為核心的電機控制器是未來電機控制領(lǐng)域的主要開展趨勢。因此研究開發(fā)一款電機控制器是非常有意義的。本文就是以公司為核心,設(shè)計一款移動機器人的無刷直流電機伺服控制器。.伺服控制系統(tǒng)開展趨勢伺服系統(tǒng)又稱為隨動系統(tǒng),是構(gòu)成自動化體系的根本環(huán)節(jié),是有假設(shè)干元件和部件組成的俱有功率放大作用的一種自動控制系統(tǒng)】。按組成系統(tǒng)元件的物理性質(zhì)可分為電氣伺服系統(tǒng)、電氣.液壓伺服系統(tǒng)和電氣.氣動伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)又分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。上世紀年代是直流伺服應(yīng)用最廣泛的年代,直流電動機調(diào)速范圍寬,啟動停止方便,轉(zhuǎn)矩大,系統(tǒng)消耗能量小廣泛應(yīng)用于對控制性能要求比擬高的伺服系統(tǒng)

9、中。隨著微處理器、大功率半導體器件和永磁材料制造工藝的開展,年代交流伺服電動機逐漸成為交流伺服控制的主導產(chǎn)品。在過負荷特性和低慣性方面交流伺服電機表現(xiàn)優(yōu)越,機械結(jié)構(gòu)相對直流電機簡單,可靠性高,交流伺服控制技術(shù)已有逐步取代直流伺服驅(qū)動技術(shù)的趨勢,成為工業(yè)控制領(lǐng)域的根底技術(shù)之一?？偲饋砜?伺服系統(tǒng)的開展趨勢主要集中在以下幾個方面【:交流化伺服系統(tǒng)將逐漸由直流伺服轉(zhuǎn)向交流伺服。目前市場上的主流伺服產(chǎn)品都由交流伺服系統(tǒng)占據(jù),尤其是在工業(yè)興旺國家,如美國、日本等,交流伺服產(chǎn)品的市場占有率超過八成以上。直流伺服主要應(yīng)用在精巧的機器人控制系統(tǒng)中。微型化采用高速微處理器和高性能數(shù)字信號處理器作為伺服控制核心的

10、控制策略,逐步取代模擬控制方式。隨著現(xiàn)代制造工藝的技術(shù)開展,伺服控制單元的體積將越來越小。嵌入式的微型伺服控制系統(tǒng)將發(fā)揮巨大的作用,伺服控制方式主要有軟件伺服來實現(xiàn),從而使在伺服系統(tǒng)中使用現(xiàn)代控制理論算法成為可能。這種嵌入式的微型系統(tǒng)拓展了伺服系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,促進了伺服系統(tǒng)多樣化的開展。緒論 碩士論文智能化現(xiàn)代的伺服控制系統(tǒng)采用各種人工智能控制理論,如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模式識別等方法,具有自適應(yīng)、自學習、自優(yōu)化、參數(shù)自整定的靈巧性智能特性。閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整可以有系統(tǒng)自己來調(diào)節(jié)到達最優(yōu)的性能,縮短了參數(shù)調(diào)整的時間。這種智能化的伺服系統(tǒng)對應(yīng)用人員的技術(shù)要求比擬低,無需專業(yè)人員來對系統(tǒng)進

11、行反復調(diào)試,這正迎合了廣闊使用伺服系統(tǒng)的用戶要求。集成化應(yīng)用超大規(guī)模集成電路、數(shù)字模擬集成電路、光機電一體化技術(shù)、軟件模塊技術(shù)等軟硬結(jié)合的組合技術(shù),將伺服控制單元的所有控制模塊集成在一起,只需通過調(diào)整軟件的參數(shù)設(shè)置就可以輕松實現(xiàn)各種控制模式,減少了外擴模塊,提高了整個系統(tǒng)的可靠性。這種集成化的伺服控制系統(tǒng)可以滿足不同用戶的需求,提高了產(chǎn)品的市場競爭力。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是、和等技術(shù)的開展,在工業(yè)控制領(lǐng)域已由一對一的伺服控制方式變?yōu)橛啥鄠€伺服控制器通過各種接口技術(shù)組合成一個伺服控制網(wǎng)絡(luò),各控制器之間可以進行數(shù)據(jù)交互協(xié)同工作,在上位計算機的監(jiān)控下完成復雜的控制模式。這種多機協(xié)同工作模式是未

12、來伺服控制的主要開展趨勢。目前這種工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在國外開展十分迅速,國內(nèi)那么處于起步階段,具有很大的開展空間。.國內(nèi)外伺服控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀上世紀年代,我國伺服控制系統(tǒng)主要研究力量集中在高等院校、科研院所,以軍工、航空宇航為應(yīng)用對象,不考慮本錢因素。主要研究所有北京機床所、西安微機電研究所、中科院沈陽自動化研究所等。年代以后開始進入工業(yè)領(lǐng)域,直到年國產(chǎn)伺服停留在小批量、高價格、應(yīng)用面狹窄的狀態(tài),并且技術(shù)水平和可靠性較低難以滿足工業(yè)需要。年以后,國內(nèi)伺服產(chǎn)業(yè)近年來開展十分迅速,已經(jīng)涌現(xiàn)出了許多有名的自主品牌,如南京埃斯頓、森創(chuàng)和利時電機、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、蘭州電機廠、華大電機、航天數(shù)控、藍天高精數(shù)

13、控等。華中數(shù)控、廣數(shù)、航天數(shù)控、藍天高精數(shù)控主要集中在數(shù)控機床領(lǐng)域。南京埃斯頓公司研制的五軸聯(lián)動數(shù)控機床的“高速、高精度交流伺服系統(tǒng)系列產(chǎn)品是國產(chǎn)高檔伺服產(chǎn)品,打破了歐美產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面。國際上主要知名的伺服控制系統(tǒng)研發(fā)廠商主要有日本品牌三菱電機、松下、富士、三洋、安川、發(fā)那克等;美國、愛默生控制技術(shù)公司等;德國西門子、博世力士樂 ;法國施耐德等。其中日本品牌以良好的性能價格比和較高可靠性占據(jù)了國內(nèi)幾乎近一半的市場,尤其是在中小型市場具有壟斷優(yōu)勢。歐美品牌在高端產(chǎn)品、生產(chǎn)線上有較強競爭力,其市碩士論文 基于的直流倒服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)場策略是高性能、高價格,以全套自動化解決方案作為主要特點

14、。國內(nèi)外伺服控制器的水平主要表達在三個方面:硬件方案、核心控制算法以及應(yīng)用軟件功能。國內(nèi)的伺服控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品沒有太大的差距。國內(nèi)伺服控制器的差距主要表達在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。尤其是在全數(shù)字化的高性能伺服驅(qū)動技術(shù)方面還有很大差距,已經(jīng)成為我國開展高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“瓶頸問題。國外的產(chǎn)品提供了比擬好的產(chǎn)品升級功能及良好的軟件開發(fā)環(huán)境,降低了對開發(fā)人員的要求,在一定程度上促進了產(chǎn)品的市場推廣。同時提供了豐富的通訊接口可以方便】。的與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互,人性化好【進入世紀后國家十分重視自主創(chuàng)新,國家將自主創(chuàng)新的重大科技攻關(guān)工程列入“十五及“十一五方案。在國家的大力

15、推動下,我們國家的伺服控制系統(tǒng)取得了巨大的進步。尤其是“神州七號載人航天飛船工程的成功完成,國內(nèi)企業(yè)及研究院所更加堅決了自主創(chuàng)新的能力和信心。相信不久的將來一定會有更多國內(nèi)品牌涌現(xiàn)出來。.本文主要研究內(nèi)容本文主要的研究內(nèi)容及章節(jié)安排如下:第一章首先介紹了本課題來源及研究意義,介紹了國內(nèi)外伺服控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及開展趨勢,概括了本文各章節(jié)的內(nèi)容安排。第二章 介紹了無刷直流電動機的工作原理和幾種常用的轉(zhuǎn)子檢測裝置以及功率電子驅(qū)動方式,推導了電機三角形接法的數(shù)學模型,得出了電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。第三章介紹了控制系統(tǒng)的整體方案,數(shù)字控制方式,電機換相技術(shù),電流、速度和位置檢測技術(shù)。介紹了一種改良的數(shù)字控制

16、算法,控制器動態(tài)參數(shù)工程設(shè)計方法。第四章 設(shè)計實現(xiàn)了控制系統(tǒng)硬件電路,并對各重要電路及元器件參數(shù)選型做了詳盡闡述。第五章詳細闡述了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法和各主要功能模塊的功能,并給出了程序流程圖和詳細程序代碼。第六章在前幾章硬件和軟件設(shè)計的根底上,對系統(tǒng)進行了硬件和軟件調(diào)試,并給出了實驗結(jié)果,驗證了系統(tǒng)方案的正確性。最后對本文做的工作進行了總結(jié),并對后續(xù)研究工作進行了展望。碩士論文無刷直流電機工作原理及數(shù)學模型無刷直流電機工作原理及數(shù)學模型本章主要介紹無刷直流電動機的結(jié)構(gòu),主要包括本體結(jié)構(gòu)、位置傳感器、電子換相驅(qū)動裝置,并建立了電機三角形接法的數(shù)學模型。.無刷直流電動機的根本結(jié)構(gòu)是隨著電子技術(shù)

17、、功率無刷直流電動機,半導體技術(shù)和高性能的磁性材料制造技術(shù)的飛速開展出現(xiàn)的一種新型電機,目前主要應(yīng)用于家電、汽車、航空航天、醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)自動化等領(lǐng)域。它主要由電動機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率電子開關(guān)電路組成的機電一體化系統(tǒng)。無刷直流電動機應(yīng)該屬于交流電動機范疇。電器原理框圖如圖.所示。. 本體結(jié)構(gòu)組成電機本體主要部件有安裝在電樞繞組的定子和帶有永磁極的轉(zhuǎn)子。它們首先必須滿足電磁方面的要求,保證在工作氣隙中產(chǎn)生足夠的磁通,電樞繞組必須通過一定的電流,以便產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩。其次要滿足機械方面的要求,保證機械結(jié)構(gòu)牢固和穩(wěn)定,能傳遞一定的轉(zhuǎn)矩,并能承受一定環(huán)境條件的考驗。此外,還要考慮節(jié)約材料,結(jié)

18、構(gòu)簡單,緊湊,運行可靠和溫升不超過規(guī)定的范圍。定子主要由放在內(nèi)側(cè)、帶有繞組的電磁碟片構(gòu)成。繞組可以有多種纏繞方式,不同的繞組將會產(chǎn)生不同的電磁場,表現(xiàn)出不同的性能,豐富了電機的種類。轉(zhuǎn)子采用永磁材料,不同的電動機有對磁極。根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場密度的要求不同,選擇不同的磁質(zhì)材料。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同主要在于磁鋼形式,通常分為外表粘貼式磁鋼和內(nèi)嵌式磁鋼兩類。電機主要有兩種不同類型的定子繞組:一種產(chǎn)生梯形反電動勢和梯形相電流,稱為梯形電動機,習慣上稱為無刷直流電動機;一種產(chǎn)生正弦波反電動勢和正弦波相電流,成為正弦波電動機,習慣上稱為永磁同步電機。本移動機器人選用的是兩磁極三相無刷直流電動機。碩士論文 基于的直流伺

19、服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn).轉(zhuǎn)子位置檢測裝置無刷直流電機要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn),并產(chǎn)生一定的平均電磁轉(zhuǎn)矩,必須根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號確定電樞繞組的正確換相,使得定子電樞繞組所產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場在空間始終保持在電角左右的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)子位置傳感器目前主要有敏感式、耦合式、諧振式和接近式等。敏感式位置傳感器是利用敏感元件來感受轉(zhuǎn)子位置信息,并輸出電信號去控制各相繞組的導通順序。常用的敏感元件有光敏元件光電二極管和光電三極管等和磁敏元件如霍爾元件、磁敏二極管和磁敏三極管等。耦合式主要有變壓器耦合即磁電式和高頻空心線圈耦合等。諧振式是利用電感和電容等元件組成的諧振電路,當滿足諧振條件時,輸出信號最強,以此控制電樞繞組

20、的導通或關(guān)斷。接近式是利用接近某物而動作的原理組成的一種位置傳感器,如接近開關(guān)等。由于永磁無刷直流電機的轉(zhuǎn)子是永磁體,因此常用磁敏式霍爾位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置。每相繞組有一個霍爾傳感器,各相繞組對應(yīng)的霍爾位置傳感器輸出的邏輯信號經(jīng)過邏輯運算處理后,可以實現(xiàn)功率控制器上的開關(guān)通斷順序控制。.功率電子驅(qū)動裝置無刷直流電動機需要用功率電子開關(guān)器件組成的功率驅(qū)動器才能工作。功率驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)與相數(shù)和驅(qū)動方式有關(guān)。常用的有以下幾種驅(qū)動方式:半橋驅(qū)動電路它的特點是繞組采用星形接法,中性點接地,每相繞組采用一個功率開關(guān)器件控制,繞組中的電流方向不能改變,因此繞組產(chǎn)生磁場的方向也不能變化,在一個電角周期內(nèi)每相繞

21、組導通一次。如圖.所示:三相星形電路它的特點是功率開關(guān)器件的數(shù)目等于繞組相數(shù)的倍,每個繞組的首端與一個橋臂相連。電機有個通電狀態(tài),每一狀態(tài)都是兩相同時導通,每個晶體管導通角為。,電樞合成磁場是由通電的兩相磁場所合成的。功率器件按照一定的導通順序通電,電機碩士論文無刷直流電機工作原理及數(shù)學模型就會旋轉(zhuǎn)起來。如圖.所示:三相三角形電路三角形接法跟星形接法的開關(guān)電路是一樣的,只是電機繞組接法不同,三相繞組首尾一次連接。它的特點是任何此狀態(tài)下電樞繞組全部導通,總是某兩相繞組串聯(lián)后再與另一組繞組并聯(lián),只是各相通電順序與電流流過的方向不同。電樞合成磁場是由通電的三相磁場所合成的。如圖.所示:本課題選擇的無

22、刷直流電動機繞組是三角形接法,因此功率驅(qū)動電路采用三相三角形電路。.工作原理由于此無刷直流電機反電勢為梯形波,電樞繞組控制電流為直流電流,因此通常采用兩兩通電模式來控制三相無刷直流電機的運行。每次電動機換相都會通過一相提供電源輸入電流流入該相,另一相提供電源輸出電流從該相流出。定子繞組流過的電流通過鐵心產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)子永磁體之間的相互作用,從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。理想情況下,當兩個磁場正交時產(chǎn)生的力矩最大,重合時產(chǎn)生力矩為零。為了使電機連續(xù)旋轉(zhuǎn),定子繞組就必須產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。下面介紹三相兩極無刷直流電機兩兩通電模式、導通電角的工作原理。由圖.所示,其特點是在所有的磁狀態(tài)中,電樞繞組全部通電,僅是各相

23、通電順基于的直流伺服電機控制器沒計與實現(xiàn)碩上論文序和電流流過的方向不同。順時針旋轉(zhuǎn)時,繞組的通電順序為/、仇、刪、胛、/、/。其中俐表示相繞組與相繞組串聯(lián)以后再與相繞組并聯(lián),其余類推。如假定流過相繞組的電流為,那么流過、相繞組的電流分別為耽。以為例,電樞合成轉(zhuǎn)矩如圖.所示。電機旋轉(zhuǎn)一周共有六次繞組換相,相鄰兩次換相時刻轉(zhuǎn)矩夾角。按照規(guī)定的順動的,輸出的轉(zhuǎn)矩是一個平均轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩的脈動是無刷直流電機一個共性問題。. 數(shù)學模型本文選用的三相無刷直流電機定子電樞繞組是三角形接法,采用兩兩導通模式?，F(xiàn)以電機本身的相變量建立電機的數(shù)學模型,既簡單又有較高的準確度,為了便于分析,現(xiàn)在假設(shè):?定子三相繞組完全

24、對稱,空間互差電角度,參數(shù)相同;?轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場為梯形波,三相繞組反電勢為梯形波,波頂寬度電角度;?忽略定子鐵心齒槽效應(yīng)的影響;忽略功率器件導通和關(guān)斷時間的影響,功率器件的導通壓降恒定,關(guān)斷后等效電阻無窮大;忽略定子繞組電樞反響的影響;電機氣隙磁道均勻,認為磁路不飽和,不計磁滯損耗與渦流損耗。根據(jù)圖.可得到三相繞組的電壓方程如下【:屹 巳厶乞 厶厶,.,., .屯. 乞,厶。;業(yè)無刷直流電機工作原理及數(shù)學模型 碩士論文,三言曇墨蘭考蘭鑰?尸蘭:疋:墨:?.?.疋一乃麗 魯.:,望冬基二的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)碩士論義“為電樞回路的電磁時間常數(shù),單位;蘭芝舍為電力拖動系統(tǒng)乃型 。

25、 的機電時間常數(shù),單位,那么式.、.整理得:.氈卅巧警.鼉警式中:瓦/為負載電流。由于反電勢與電機轉(zhuǎn)速成反比七。,而電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比疋。代入式.,并對式.進行積分,那么得到無刷直流電機的機械特性方程為:厶 、 。一一。芒一去 勵磁條件下的機械特性完全相同。在零初始條件下,對式.、.取拉氏變換得:坐:型旦二.,.一一一墜:生.一 :由式. 和式.可得無刷直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為:從電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出,無刷直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖與普通有刷直流電動機的完全相同,數(shù)學模型也是類似的。因此,無刷直流電動機的控制系統(tǒng)設(shè)計完全可以借鑒普通直流電動機的設(shè)計方法。本課題選用的無刷直流電機詳細參數(shù)見表.所

26、示:.無刷直流電機工作原理及數(shù)學模型 碩士論文電機參數(shù)額定電壓 空載轉(zhuǎn)速/ 空載電流 額定轉(zhuǎn)速/額定轉(zhuǎn)矩.額定電流最大效率% 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 電機常數(shù)相間電阻 .相間電感 .轉(zhuǎn)矩常數(shù)/ .速度常數(shù)/.速度/轉(zhuǎn)矩常數(shù)/機械時間常數(shù) .轉(zhuǎn)子慣量.本章小結(jié)本章主要闡述了無刷直流電動機的根本結(jié)構(gòu)組成、常用的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置和幾種常見的功率電子驅(qū)動裝置。對三相兩極無刷直流電動機三角形連接模式的工作原理以及數(shù)學模型進行了詳細探討。推導出了無刷電機的動態(tài)方程式和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。為控制系統(tǒng)的設(shè)計和系統(tǒng)性能分析提供了理論依據(jù)。碩士論義基于的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)控制系統(tǒng)整體設(shè)計本章主要介紹基于伺服電機控制

27、器的整體設(shè)計方案,以及相關(guān)難點的技術(shù)解決方案。以為核心的全數(shù)字式伺服控制系統(tǒng),使系統(tǒng)在精度、靈活性、功能上以及可靠性上都有很大的改良,很容易實現(xiàn)模擬系統(tǒng)中一些根本不可能實現(xiàn)的功能。但是,由于其靈活性很高,因此如何設(shè)計一個實用的控制系統(tǒng)是現(xiàn)在面臨的主要問題。.控制系統(tǒng)的整體方案控制系統(tǒng)的整體方案系統(tǒng)框圖見圖.。下面對圖.各個局部做下詳細介紹:上位機:主要完成與下位機的實時信息傳遞,便于對控制器參數(shù)的調(diào)整,以利于控制系統(tǒng)的調(diào)試。核心控制板:采用公司核心控制芯片搭建控制板。主要完成信號的生成,模塊采樣電機反響電流信號,正交編碼模塊采集光電編碼器反響信號,模塊捕獲霍爾傳感器輸出的轉(zhuǎn)子位置信號,和模塊主

28、要用來實現(xiàn)與上位機的實時通訊。核心控制板是控制系統(tǒng)最重要的局部之一。功率驅(qū)動局部:采用功率開關(guān)管搭建電機的能量輸出電路。主要采用智能電機驅(qū)動芯片和型構(gòu)建三相逆變橋。本局部電路的質(zhì)量直接關(guān)系到整個控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。尤其是自舉電容的選擇,下一章將詳細闡述。信號處理局部:采取適當?shù)拇胧┨幚黼姍C的反響信號,例如:電流采樣信號、霍爾傳感器信號和正交編碼器信號,去除有害噪聲,電平轉(zhuǎn)換,保證反響的信號可靠的反響到核心控制板。此局部是控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制的主要環(huán)節(jié),信號質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到伺服控制的精度和能否成功實現(xiàn)。第四章將給出具體的信號處理電路。電機保護局部:此局部主要完成電機運行過程的實時保護,電機的過壓

29、、欠壓和過電流保護,逆變電路控制信號的邏輯錯誤檢測?？刂葡到y(tǒng)整體設(shè)計 碩士論文無刷直流電機:控制系統(tǒng)采用的是公司的 系列,無刷直流電動機。第二章已經(jīng)給出了電機的詳細參數(shù)。.直流伺服控制技術(shù)基于高性能芯片生成控制信號來完成電機的伺服控制。整個控制系統(tǒng)包括位置壞、速度環(huán)和電流環(huán)【,如圖.所示:各環(huán)節(jié)工作過程如下:上位機通過串口向發(fā)送位置給定指令。根據(jù)接收到的位置指令,通過位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)來控制電機快速穩(wěn)定的運行到某一特定位置。位置環(huán)采用積分別離控制器,當反響位置信號與給定位置偏差較大時,只有比例起作用,快速響應(yīng)系統(tǒng)輸入,取消積分作用,以免由于積分作用使系統(tǒng)超調(diào)量增大,反響位置接近給定位

30、置時,引入積分作用,以便消除靜差,提高控制精度。速度環(huán)采用積分別離加積分修正系數(shù)的控制器,提高系統(tǒng)的相應(yīng)快速性,減小系統(tǒng)的震蕩,顯著減小系統(tǒng)的超調(diào)。采取此方法可以實現(xiàn)無靜差的控制系統(tǒng),減小轉(zhuǎn)矩脈動對電機轉(zhuǎn)速的影響,提高電動機的機械特性硬度,穩(wěn)定電機在恒速運動時的機械特性。位置環(huán)的輸出作為速度環(huán)的輸入,它限制了電機的轉(zhuǎn)速。當電機開始啟動時,由于位置誤差比擬大,位置環(huán)輸出限幅在系統(tǒng)允許的最大速度,電機在這個速度值下快速接近目標位置,在這個過程中,速度環(huán)的任務(wù)就是維持電機的轉(zhuǎn)速恒定,減小系統(tǒng)外的擾動對電機轉(zhuǎn)速的影響,此過程中積分修下系數(shù)主要起到減小控制器的飽和程度,縮短系統(tǒng)的飽和失控時間,提高系統(tǒng)的

31、控制性能。速度的檢測精度和實時性直接影響系統(tǒng)的閉環(huán)工作效果,影響電機的運行性能,甚至不能正常工作。電流環(huán)采用控制器,通過的轉(zhuǎn)換實時采樣電機的電流值實現(xiàn)電流的反響。當電機需要頻繁的正反轉(zhuǎn)啟動運行,需要盡量縮短啟動、制動和反轉(zhuǎn)過渡過程的時間,用加大過渡過程的電流及加大動態(tài)轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn),從而加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。碩:論義 基于的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)在啟動過程時間內(nèi)維持電流為系統(tǒng)允許的最大值不變,以最大轉(zhuǎn)矩來加速到系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速,在系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后電流急劇減小到負載所需要的電流值,從而縮短了電機的啟動時間,充分利用電機的過載能力,獲得最快的動態(tài)響應(yīng)速度。同時,它也對電機起到了一定的保護作用,限制

32、電機的最大電流值,防止轉(zhuǎn)矩的劇烈波動而損壞電機,提高系統(tǒng)抗電源波動和負載擾動的能力。電流環(huán)根據(jù)速度環(huán)的輸出通過控制快速跟隨速度的變化調(diào)整逆變器輸出的電壓,穩(wěn)態(tài)無靜差。電流環(huán)的存在使系統(tǒng)性能得到很大提高,提高了系統(tǒng)的可靠性。.核心控制芯片在伺服系統(tǒng)中的主要任務(wù),概括起來就是實時接收輸入數(shù)據(jù),根據(jù)伺服系統(tǒng)的控制規(guī)律進行實時計算、處理、邏輯判斷和存儲,最后實時輸出數(shù)據(jù)】。因此的性能直接關(guān)系到系統(tǒng)能夠到達的最高控制性能,選擇一款適合自己系統(tǒng)的核心控制芯片是首要解決的問題,整個控制系統(tǒng)都是圍繞來設(shè)計的。.控制芯片選型數(shù)字信號處理器是伴隨著微電子技術(shù)的開展和數(shù)字信號處理器電路與技術(shù)的不斷完善,迅速開展起來

33、的現(xiàn)代高速數(shù)字處理單片機,是電子信息領(lǐng)域的新型高科技產(chǎn)品。從年代初產(chǎn)品推出以來,其開展迅速,生產(chǎn)廠家眾多,產(chǎn)品種類繁多,工作速度不斷提高。目前,市場上常見的芯片有美國公司生產(chǎn)的系列,公司的系列,公司的系列,日本公司的系列以及公司的系列。這些產(chǎn)品在性能上差異不大,但因貨源和開發(fā)環(huán)境的原因,國內(nèi)應(yīng)用最普遍的是公司的系列,其次是公司的系列。特別是公司由于開展快、品種多、芯片內(nèi)部資源豐富、支持軟件完善而獨占鰲頭,連續(xù)四年在同行也中業(yè)績第一,市場占有率為%。目前我國產(chǎn)品主要來自于海外。相對國外的應(yīng)用開發(fā)的情況,我國的差距很大。近年來,在國內(nèi)的一些專用用戶推動下,我國的應(yīng)用逐漸開展起來,但大多數(shù)公司只是依

34、靠公司而建立起來的公司,稱為的第三方,做一些開發(fā)工具,或者做硬件平臺開發(fā)和應(yīng)用軟件開發(fā)。由于公司的產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用最廣泛,各方面的配套效勞比擬齊全,因此本文選擇公司的作為本控制器的核心。同時公司提供了優(yōu)質(zhì)的開發(fā)環(huán)境和一些常用的函數(shù)庫,為用戶提供了很多詳盡的程序例程,方便了設(shè)計者的程序設(shè)計,縮短開發(fā)周期。系列是專用控制平臺。在這個平臺上最有代表性的是系列碩士論文控制系統(tǒng)整體設(shè)計的和系列的。系列是目前控制領(lǐng)域性能最好的定點處理芯片,為了跟上技術(shù)的開展和后續(xù)的系統(tǒng)升級換代,選用芯片作為核心控制芯片。.芯片特點系列數(shù)字信號處理器是位的信號處理器,/整合了和微控制器的最正確特性,能夠在一個周期內(nèi)完成位的

35、乘法累加運算,或兩個 位的乘法累加運算,能夠完成位的數(shù)據(jù)處理,從而使該處理器能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的處理任務(wù)。快速的中斷響應(yīng)使能夠保護關(guān)鍵的存放器以及快速更小的中斷延時的響應(yīng)外部異步事件。有級帶有流水線存儲器訪問的流水線保護機制,因此,高速運行時不需要大量的快速存儲器。專門的分支跳轉(zhuǎn).硬件減少了條件指令執(zhí)行的時間,條件存儲操作更進一步提高了的性能。芯片的主要性能:高性能技術(shù),時鐘頻率.時鐘周期,低功耗設(shè)計核心電壓為.,.,/端口位.。高性能, 位和位乘法累加運算,增強型的哈佛總線結(jié)構(gòu),強大的操作能力,迅速的中斷響應(yīng),代碼效率高兼容/或者匯編語言。片上存儲器,位存儲器,位的型只讀存儲器,兩個位的單口隨

36、機存儲器,塊位,兩塊位的洲。外部中斷擴展模塊,可支持個外部中斷。三個位定時器。馬達控制外設(shè),兩個事件管理器,與器件兼容。串行接口外設(shè),串行外設(shè)接口,兩個串行通信接口,標準的增強型局域網(wǎng)絡(luò)控制器,多通道緩沖串口。位,通道,個通道的輸入多路轉(zhuǎn)換器,兩個采樣保持器,單個/雙路同步采樣,高速通道轉(zhuǎn)換速率:/。最多可有個可編程通用輸入/輸出引腳。高級仿真性能,分析和設(shè)置斷點的功能,實時的硬件調(diào)試功能。/編譯器/匯編器/連接器,/,掃描控制開發(fā)工具,器,廣泛的第三方數(shù)字電機控制支持。. 內(nèi)部功能模塊利用表.給出了系統(tǒng)中主要用到的內(nèi)部資源。主要用到了事件管理器、模塊和串口模塊。碩上論文 基于的直流服電機控制

37、器設(shè)計與實現(xiàn)表. 利用的主要功能模塊定時器,連續(xù)增減計數(shù)模式事件管理器 全比擬單元,產(chǎn)生路信號捕獲單元,捕捉換相時刻檢測中斷,檢測電機轉(zhuǎn)速路電流模擬信號輸入/啟動停止模式,信號過采樣與上位機通信,波特率定時器事件管理器正交編碼模塊各模塊的詳細應(yīng)用將在第五章軟件設(shè)計里面做詳細介紹。.無刷直流電動機控制策略.數(shù)字式控制系統(tǒng)隨著微處理器的出現(xiàn)及運算速度的提高,控制系統(tǒng)也由原來的以模擬量反響、模擬控制器為核心的連續(xù)控制系統(tǒng)過渡到以數(shù)字量處理為主、以高速信號處理器為控制核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。特別是當前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的普及和發(fā)展,就更加確定了數(shù)字控制的主導地位【?？刂葡到y(tǒng)中無刷直流電動

38、機作為控制對象。控制信號經(jīng)過隔離后控制三相逆變橋的開通和關(guān)斷來控制電機的運行。傳感器包括:霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置,增量式光電編碼器計算電機轉(zhuǎn)速和控制位置和電流采樣電阻,這些傳感器的信號經(jīng)過處理后反響到控制器。作為數(shù)字控制器的接受上位機控制指令和反響信號,按一定的控制策略和算法,實時的控制電機的運行。數(shù)字式控制系統(tǒng)傳動結(jié)構(gòu)框圖如圖.所示。數(shù)字式控制系統(tǒng)的主要特點:控制系統(tǒng)集成度高,硬件電路簡單而且統(tǒng)一,可靠性高,可重復性好,對于不同的控制對象和控制要求,只需改變控制算法軟件即可,可以實現(xiàn)用同一控制器即可控制直流電動機又可控制交流電動機。數(shù)字控制器的輸入輸出通道可以實現(xiàn)控制量的模擬輸出、反響量的輸

39、入,具有數(shù)據(jù)采集速度快、值域范圍寬、分辨率高等特點,為實現(xiàn)高性能的控制算法打下了基礎(chǔ)。碩士論文控制系統(tǒng)整體設(shè)計數(shù)字控制器.信號輸入通道睡一相關(guān)傳感器丁反響回路局部采用高速控制器,可以實現(xiàn)復雜的高性能的各種控制策略和方法,如矢量控制、多變量模糊控制等。由于軟件的靈活性,可以盡可能充分地實現(xiàn)人工智能,更好的適應(yīng)控制系統(tǒng)的復雜多變。借助于一些人機界面設(shè)備,可以方便對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控、預(yù)警、故障診斷等,還可完成與上位機的實時通信;借助通信技術(shù)可以方便的實現(xiàn)高復雜度的多機協(xié)作。.信號生成技術(shù)采用的事件管理器來產(chǎn)生控制用的信號。配置通用定時器的計數(shù)周期來控制的周期,系統(tǒng)設(shè)計的周期為,。利用全比較單元

40、/來產(chǎn)生互補的驅(qū)動信號。根據(jù)控制計算的要求實時改變比擬存放器的值來改變的占空比。通過配置可編程的死區(qū)單元,保證在任何情況下,每個比較單元的兩路輸出都不會使功率橋的上臂和下臂同時導通,即在一個功率器件沒有被完全關(guān)斷時,另一個器件不會導通?？刂葡到y(tǒng)采用的控制方案是單極性控制,即兩個對角開關(guān)管中上橋臂采用定頻控制,另一個開關(guān)管常開,這樣有利于減小電機的轉(zhuǎn)矩脈動。具體的存放器配置方法將在第章軟件設(shè)計里面做詳細闡述。.電子換相及鎖相技術(shù)系統(tǒng)選用的是公司的無刷直流電機。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的準確換相,需要參考轉(zhuǎn)子繞組的連接方式和霍爾傳感器的信號輸出方式。因此,參照公司的產(chǎn)品手冊繪制了繞組連接方式和霍爾信號波形圖【

41、,如圖.所示:碩十論文 基于的直流服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn) 導通狀態(tài)轉(zhuǎn)予位置供電相壓.圖.電機繞組接法、霍爾信號和相間電壓波形圖公司電機繞組為三角形接法。但它們的換相原理與星形接法電路是一樣的。圖.給出三相三角形橋式開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)圖,詳細的電路圖參照第四章的電機驅(qū)動電路設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)整體設(shè)計 碩士論文根據(jù)無刷電機的工作原理,準確檢測電機轉(zhuǎn)子的位置是十分重要的。位置信號可以通過檢測個霍爾傳感器得到。每一個霍爾傳感器都會產(chǎn)生脈寬的輸出信號,如圖.所示。三個霍爾傳感器的輸出信號互差相位差。這樣它們在每一個機械轉(zhuǎn)中共有個上升或下降沿,正好對應(yīng)著個換相時刻。通過將設(shè)置為雙邊沿觸發(fā)捕捉中斷功能,就可以獲得這

42、個時刻【¨】。為了能夠準確換相讓電機旋轉(zhuǎn)起來,必須清楚所選擇的電機的傳感器安裝方式,以及與傳感器信號相對應(yīng)的繞組通電方式,圖.是詳細傳感器信號與繞組通電順序。潞在得到換相時刻的同時,將設(shè)置為/口、并檢測該口的狀態(tài),就可以確定換哪一相。將捕捉口的電平狀態(tài)稱為換相控制字。對應(yīng)關(guān)系見表.和表.:/換相控制字 各開關(guān)管工作狀態(tài) 舊電流序觸發(fā)沿號 上升 下降上升下降上升下降注:號代表電流流入;號代表電流流出;表示關(guān)斷;代表控制信號;代表管子常開;為空的表示關(guān)閉狀態(tài);表示霍爾信號為高屯平;表示低電平;上升、下降表示脈沖邊沿。碩士論文 基于的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)換相控制字 各開關(guān)管工作狀態(tài)

43、 相電流序觸發(fā)沿號 上升下降 上升 下降 上升下降從上表中可以看出電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周要通過次換相,換相間隔度。我們可以在捕捉中斷處理程序中實時處理繞組的換相。只要按照上表中的換相順序依次切換相應(yīng)開關(guān)管的狀態(tài)就可以使電機連續(xù)的旋轉(zhuǎn)起來。電子換相技術(shù)是無刷電機控制的根底。根據(jù)兩次換相的時間間隔,粗略的估計電機的當前轉(zhuǎn)速:/.這是一種計算電機轉(zhuǎn)速的方法,后面我們還利用另一種方法計算電機的轉(zhuǎn)速。將兩種算法做一下比照。有些場合我們需要電機停留在一個固定的位置并保持一定的轉(zhuǎn)矩。我們可以在這個時刻讀取換相控制字,但是并不換相,而是使當前導通的開關(guān)管保持導通狀態(tài)不變,并通過一定的電流,電流的大小可以通過改變的占

44、空比來實現(xiàn)。這樣就很容易的實現(xiàn)電機鎖定在任意特定時刻,無刷電機的優(yōu)勢得以表達。.電機電流、轉(zhuǎn)速和位置檢測技術(shù)電機相電流的檢測也是十分關(guān)鍵的一個技術(shù)。如何使電機平安穩(wěn)定的工作,發(fā)揮電機的最優(yōu)性能,必須保證電流信號的準確性【】。根據(jù)本課題的實際情況,下面介紹本系統(tǒng)采用的一種電流檢測方法。電流的檢測是采用分壓電阻來實現(xiàn)的,如圖.所示。由于電動機每次只有兩相通電,其中一相正向通電另一相反相通電,形成一個回路,因此每次只需控制一個電流。用電阻作為廉價的電流傳感器,將其安放在電機電源對地端,就可以方便的實現(xiàn)電流反例¨。每一個周期對電流采樣一次,那么電流的采樣頻率為。采用的是單極性控制方式,在周期

45、的“期間,電流經(jīng)過那個常開的開關(guān)管和另外一個開關(guān)管的續(xù)流二極管形成續(xù)流回路,這個續(xù)流回路并不經(jīng)過電流檢測電阻,因此在上沒有壓降,所以在周期的期間不能進行電流采樣。另外,在周期的“期間,電流上升不穩(wěn)定,也不易采樣,所以電流的采樣時刻應(yīng)該是在周期的“器件的中部。如圖.所示,以、為例。它可以通過的定時控制系統(tǒng)整體設(shè)計碩士論文器采用連續(xù)增減計數(shù)方式時周期匹配事件啟動轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。壓降為了采樣電流信號的準確性,的轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)對單通道的過采樣功能刀。因此,在采樣時刻連續(xù)采樣屢次電流信號,并通過相關(guān)的數(shù)字濾波方法去除系統(tǒng)中的噪聲,從而大大提高了采樣電流的精度。具體的存放器配置,以及數(shù)字濾波程序?qū)⒃诘谖逭略敿氷U

46、述。在高性能的數(shù)字控制系統(tǒng)中,需要有高精度的傳感器。實現(xiàn)電機位置和速度檢測是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)。選用公司的 增量式光電編碼器,其主要性能參數(shù)見表.。表. 性能參數(shù)旋轉(zhuǎn)一周脈沖數(shù)通道數(shù)最高丁作頻率 士%電源標準, 輸出信號驅(qū)動相移額定邏輯狀態(tài)寬度 最小信號上升時間信號下降時間。零位脈沖寬度額定運行溫度范圍 碼盤轉(zhuǎn)動慣量.最人加速度通道最大輸出電流最小.,最大編碼器輸出的信號波形圖如圖.所示:碩論文 基于的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)倍頻脈沖計數(shù)方向 增計數(shù) 減計數(shù).一從圖.可以看出,編碼器輸出波形,為互錯的脈沖。根據(jù)、的相位差就可以判斷電機的旋轉(zhuǎn)方向。為碼盤旋轉(zhuǎn)一圈輸出的脈沖。為了提高系統(tǒng)的

47、分辨率,編碼器信號輸入到的正交編碼接口,內(nèi)部集成了四倍頻電路,因此防止了在外部搭建四倍頻電路,提高了系統(tǒng)可靠性。利用碼盤信號可以準確的檢測電機的轉(zhuǎn)速和位置。利用碼盤接口信號可以計算轉(zhuǎn)速,方法有:脈沖積分法和脈沖間隔、法【。脈沖積分法法在一定的采樣間隔時間疋內(nèi),將來自編碼器的脈沖串用計數(shù)器累計,然后,計算轉(zhuǎn)速/為:/慨 .其中:為采樣輻,;為在瓦時間內(nèi)的脈沖數(shù);為碼盤每圈的脈沖數(shù),常數(shù)。在本系統(tǒng)中,設(shè)置速度采樣間隔疋,帶入式.可得到:/ ./假設(shè)在疋內(nèi)只有一個脈沖,那么可以計算出法能夠檢測到的最小轉(zhuǎn)速為。/。也就是說低于這個速度的轉(zhuǎn)速,法是不能檢測出來的。脈沖間隔法法在兩個碼盤脈沖的間隔乃內(nèi)插入

48、己知頻率的高頻脈沖,計算高頻脈沖的個數(shù),從而計算出乃及轉(zhuǎn)速:.。/其中:丘為插入的高頻脈沖頻率:為碼盤每轉(zhuǎn)脈沖個數(shù);為在易內(nèi)的高頻控制系統(tǒng)整體設(shè)計 碩士論文脈沖個數(shù)。在本系統(tǒng)中,假設(shè).疋為,那么可以計算出法所能檢測到的最大轉(zhuǎn)速為×/×/。也就是高于這個速度,法是檢測不出來的。還有一種方法也是數(shù)字控制系統(tǒng)中經(jīng)常用的/法,它是將法和法結(jié)合在一起,能夠檢測低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速。由于采用的電機是三角形接法的高速無刷直流電動機,配置的減速器的減速比是:,當電機的最低轉(zhuǎn)速為,橢/時,減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為/./,這個速度分辨率系統(tǒng)是完全可以承受的。電機大多數(shù)情況下是工作在高速情況下,法轉(zhuǎn)速的分

49、辨率滿足要求。因此,系統(tǒng)采用的是法測速程序,在程序?qū)崿F(xiàn)上只需進行一次乘法運算即可。因此,系統(tǒng)的電機測速方法有法和上節(jié)給出的檢測電機轉(zhuǎn)速方法,為了驗證這兩種方法的優(yōu)缺點,在第六章的實驗中做了相關(guān)實驗。系統(tǒng)同時采用光電編碼器脈沖計數(shù)來檢測電機的位置,其中電機零位確實定是通過捕捉脈沖來確定的,通過倍頻技術(shù),分辨力可以到達.度,在本課題應(yīng)用中完全滿足系統(tǒng)的要求。.控制系統(tǒng)算法設(shè)計現(xiàn)代工業(yè)控制中對電機性能的要求越來越高,而電機性能的改善主要通過以下兩個途徑:一是對電機本體的研究,主要是采用優(yōu)化結(jié)構(gòu)以改善電機性能;另一種途徑就是采用先進的控制策略?，F(xiàn)代控制理論和智能控制理論在無刷直流電機控制中都得到了充分

50、的應(yīng)用,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、變結(jié)構(gòu)、魯棒調(diào)節(jié)器、參數(shù)自適應(yīng)控制等各種先進控制策略對無刷直流電動機進行控制。由于工業(yè)控制中最常用且技術(shù)最為成熟的控制算法是控制算法,其它的算法也是在它根底上做了技術(shù)改良。所以本控制系統(tǒng)采用的是技術(shù)最為成熟的經(jīng)典控制策略。其算法簡單、魯棒性好及可靠性高,被廣泛應(yīng)用于過程控制和運動控制中,尤其適用可建立精確數(shù)學模型確實定性系統(tǒng)】。.控制理論控制器是一種線性控制器。控制器具有簡單而固定的形式,在很寬的操作條件范圍內(nèi)都能保持較好的魯棒性?？刂破髟试S工程技術(shù)人員以一種簡單而固定的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過調(diào)整控制器的參數(shù),使得整個系統(tǒng)的動態(tài)特性滿足期望的性能指標要求。如圖.所示。碩士論文基于的直流】服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn)控制器根據(jù)給定值與實際輸出值得到偏差:.模擬控制規(guī)律為:.“,.。,;,.,。,.,