各种电机控制方式介绍-课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,步进电机的调速系统,1,无刷直流电机控制,2,永磁同步电动机控制,3,总结与展望,4,各种电机控制方式介绍,当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,(,称为“步距角”,),，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。,步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控制。,各种电机控制方式介绍,步进电机包括反应式步进电机（,VR,）,反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为,1.5,度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。,永磁式步进电机（,PM,）,混合式步进电机（,HB,）,混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为,1.8,度。而五相步进角一般为,0.72,度。,单相式步进电机等,各种电机控制方式介绍,电机固有步距角,步进电机的相数,保持转矩（,HOLDING TORQUE,）,起动转矩,DETENT TORQUE,各种电机控制方式介绍,它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如,86BYG250A,型电机给出的值为,0.9/1.8,（表示半步工作时为,0.9,、整步工作时为,1.8,），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。,各种电机控制方式介绍,是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为,0.9/1.8,、三相的为,0.75/1.5,、五相的为,0.36/0.72,。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。,各种电机控制方式介绍,是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说,2N.m,的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为,2N.m,的步进电机。,各种电机控制方式介绍,是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。,DETENT TORQUE,在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有,DETENT TORQUE,。,各种电机控制方式介绍,一般步进电机的精度为步进角的,3-5%,，且不累积。,步进电机外表允许的最高温度。,步进电机的力矩会随转速的升高而下降。,步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,#defineucharunsigned char,#define uintunsigned int,#include,ucharcnt=0;,voidmain(void),TMOD=0x21;/T0,工作在方式,1,，,T1,工作在方式,2,自动重装,TL0=0x00;,EA=1;,ET0=1;,TR0=1;,while(1);,/,产生脉冲波形,void Timer0(void)interrupt 1 using 1,TH0=0x00;,TL0=0x00;,switch(cnt),case 0:P2=0x03;break;,case 1:P2=0x06;break;,case 2:P2=0x0c;break;,case 3:P2=0x09;break;,default:break;,+cnt;,if(cnt=4)cnt=0;,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,优秀的线形机械特性,较宽的调速范围,大的启动转矩,控制方法较简单,利用电子换向替代了机械换向，没有磨损、火花，噪声大大减小,各种电机控制方式介绍,对于全桥式功率驱动，其常见导通方式有两两导通方式,(120,导通方式,),和三三导通方式,(180,导通方式,),。,各种电机控制方式介绍,两两导通方式是指每一时刻电机都有两相导通，第三相悬空，各相的导通顺序与时间由位置检测电路获得的转子信号决定。在三相桥式电路工作时，任意时刻只允许两个管子导通，每个管子导通,120,电角度，每次一个管子导通，逆变桥就进行一次换相，换相一次的电角度为,60,，每个周期换相,6,次。每经过一次换相，合成转矩的方向就转过,60,电角度，一个周期能转矩要经过六次方向变换，使得转矩波动比三相半桥式驱动电路要平缓得多。由图所示，功率器件按照 、 、,、 的顺序进行导通。,各种电机控制方式介绍,三三导通方式是指每一瞬间逆变桥均有三只功率管器件同时导通。同两两导通方式相比，也是每隔,1/6,周期,(60,电角度,),换相一次，其硬件原理完全相同。只是功率管器件的导通次序不同，每一功率管器件导通,180,电角度。,三三导通方式可以更进一步提高绕组的利用率，减少转矩波动。但值得注意的是三三导通方式在换相时刻容易导致同一桥的上、下桥臂同时导通，损坏功率管。如图所示，功率器件按照 、 、,、 的顺序导通。,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,依靠霍耳元件或者码盘来获得位置、速度信号,缺点：增加了器件成本，在无法加装传感器的时候无效,无传感器,(Sensorless),方法,反电动势过零检测法,三次谐波分析法,Kalman,预测法,缺点：局限于反电动势为梯形的,BLDCM,，而且有的需要加装特别的外部电路，在一些场合下无法实现；有的算法复杂，会造成较大的实时误差，也不是很实用,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,在采样的过程中往往会引入较多的噪声，需要进行滤波,存在扇区边界切换问题,在旋转矢量跨越边界的时候，由于某一基本矢量作用时间太短会导致采样无法完成，这个时候，可以通过限制作用时间最小值来保证采样过程正常进行，但这样必然会使生成的正弦波发生畸变,各种电机控制方式介绍,启动过程：由于整个系统没有传感器以获得电机的实际位置，如果从任意位置启动，可能会造成电机反转甚至启动完全失败，因此需要对电机转子位置进行初始化，即把后面控制算法中涉及到的转子角度的初始值清零。我们采用的初始化方法是生成一个固定的,PWM,脉冲序列，该序列的特点是只作用于在某一相，最后将电机锁定于某一磁极，达到了初始化的目的。,正常运转：目前我们采用,TI,公司的,TMS320LF2407A,作为控制的,DSP,，该,DSP,本身具备,PWM,控制寄存器，通过较简单的程序就能完成前面所述的七段法,SVPWM,波的输出。,各种电机控制方式介绍,轴,码盘,发光装置,Vcc,Vcc,发光装置,各种电机控制方式介绍,T,法测量电机速度,M,法测速,M/T,法测速,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,国内执行机构暴露的缺点：,1.,体积大、控制精度低、可靠性不高,2.,易受外界环境干扰，抗扰性差,3.,引进国外技术，成本造价高,智能电动执行机构,1.,智能算法,2.,配以先进的控制器,3.,采用无刷直流电机驱动,电动执行机构,二、国内外研究现状,上海研究所 低端产品,大连仪表厂 模拟量输入,鞍山阀门厂 可靠性低,上海万迅 精度不高,无刷直流电机,1.,有位置传感器,优点,：电路简单，较成熟，,的,工业级别,缺点,：抗扰性，可靠性，应,的,用范围,2.,无位置传感器,优点,：可靠性，抗扰性，体,的,积变小,缺点,：转子位置信号，电机,的,功率不大,Rockwell,智能化,SIEMENS,一体化结构,SIPOS,变频控制,ABB,数字化处理,a,b,c,d,(a),主控板和驱动板；,(b),滚珠丝杠及齿轮箱；,(c),手动柄；,(d),电机,SIPOS,公司,SIPOS5Flash,智能执行机构示意图,各种电机控制方式介绍,算法研究,1.,滑模变结构,图,1-1,切换面上三种点的特性示意图,A,通常点、,B,起始点、,C,终止点,1.,滑动模态存在,2.,可达性,3.,稳定性,各种电机控制方式介绍,系统,滑模面,控制函数,图,1-2,三层结构的模糊神经网络,2.,模糊神经网络,图,1-3,模糊神经网络的滑模系统方框图,3,、模糊神经网络的滑模变结构,图,1-4,系统总体结构,系统总体结构,各种电机控制方式介绍,图,1-5,内部结构,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,图,1-6,驱动电路图,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,各种电机控制方式介绍,