各種電機控制方式介紹演示文稿當前第1頁\共有52頁\編于星期日\20點各種電機控制方式介紹當前第2頁\共有52頁\編于星期日\20點主要內(nèi)容步進電機的調(diào)速系統(tǒng)1無刷直流電機控制

2永磁同步電動機控制3總結與展望4當前第3頁\共有52頁\編于星期日\20點步進電機的工作原理當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉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動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。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，廣泛應用于各種開環(huán)控制。當前第4頁\共有52頁\編于星期日\20點步進電機的分類步進電機包括反應式步進電機（VR）

反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉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)生轉矩。

永磁式步進電機（PM）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。

單相式步進電機等當前第5頁\共有52頁\編于星期日\20點步進電機的一些基本參數(shù)電機固有步距角步進電機的相數(shù)保持轉矩（HOLDINGTORQUE）起動轉矩DETENTTORQUE當前第6頁\共有52頁\編于星期日\20點電機固有步距角它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。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，真正的步距角和驅動器有關。當前第7頁\共有52頁\編于星期日\20點步進電機的相數(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。如果使用細分驅動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。當前第8頁\共有52頁\編于星期日\20點保持轉矩（HOLDINGTORQUE）是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。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矩為2N.m的步進電機。當前第9頁\共有52頁\編于星期日\20點起動轉矩DETENTTORQUE

是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。DETENTTORQUE在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有DETENTTORQUE。當前第10頁\共有52頁\編于星期日\20點步進電機的一些特點一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。步進電機外表允許的最高溫度。步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。當前第11頁\共有52頁\編于星期日\20點4線步進電機控制當前第12頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第13頁\共有52頁\編于星期日\20點單片機中的程序#define uchar unsignedchar#defineuint unsignedint#include<reg52.h>uchar cnt=0;void main(void) { TMOD=0x21; //T0工作在方式1，T1工作在方式2自動重裝

TL0=0x00; EA=1; ET0=1; TR0=1; while(1){;}

} //產(chǎn)生脈沖波形voidTimer0(void)interrupt1using1 { TH0=0x00; TL0=0x00; switch(cnt) { case0:P2=0x03; break; case1:P2=0x06; break; case2:P2=0x0c; break; case3:P2=0x09; break; default: break; } ++cnt; if(cnt==4)cnt=0; }當前第14頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第15頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第16頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第17頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第18頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第19頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第20頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第21頁\共有52頁\編于星期日\20點無刷直流電機（BLDCM）的優(yōu)點優(yōu)秀的線形機械特性較寬的調(diào)速范圍大的啟動轉矩控制方法較簡單利用電子換向替代了機械換向，沒有磨損、火花，噪聲大大減小當前第22頁\共有52頁\編于星期日\20點無刷直流電機三相全控電路對于全橋式功率驅動，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)。當前第23頁\共有52頁\編于星期日\20點兩兩導通方式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)過一次換相，合成轉矩的方向就轉過60°電角度，一個周期能轉矩要經(jīng)過六次方向變換，使得轉矩波動比三相半橋式驅動電路要平緩得多。由圖所示，功率器件按照、、……、的順序進行導通。當前第24頁\共有52頁\編于星期日\20點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。三三導通方式可以更進一步提高繞組的利用率，減少轉矩波動。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、、…

…、的順序導通。當前第25頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第26頁\共有52頁\編于星期日\20點獲得電機位置或速度的實時信息的方法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)；有的算法復雜，會造成較大的實時誤差，也不是很實用當前第27頁\共有52頁\編于星期日\20點七段式的空間矢量法(SVPWM，SpaceVectorPWM)當前第28頁\共有52頁\編于星期日\20點濾波在采樣的過程中往往會引入較多的噪聲，需要進行濾波存在扇區(qū)邊界切換問題在旋轉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)生畸變當前第29頁\共有52頁\編于星期日\20點無位置、速度傳感器下電機控制啟動過程：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甚至啟動完全失敗，因此需要對電機轉子位置進行初始化，即把后面控制算法中涉及到的轉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。正常運轉：目前我們采用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。當前第30頁\共有52頁\編于星期日\20點編碼盤測電機轉速、位置軸碼盤發(fā)光裝置VccVcc發(fā)光裝置當前第31頁\共有52頁\編于星期日\20點電機速度與位置檢測方法T法測量電機速度M法測速M/T法測速當前第32頁\共有52頁\編于星期日\20點T法測量電機速度當前第33頁\共有52頁\編于星期日\20點M法測速當前第34頁\共有52頁\編于星期日\20點M/T法測速當前第35頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第36頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第37頁\共有52頁\編于星期日\20點當前第38頁\共有52頁\編于星期日\20點一、課題背景及研究意義國內(nèi)執(zhí)行機構暴露的缺點：1.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3.引進國外技術，成本造價高智能電動執(zhí)行機構1.智能算法2.配以先進的控制器3.采用無刷直流電機驅動當前第39頁\共有52頁\編于星期日\20點電動執(zhí)行機構二、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1.有位置傳感器優(yōu)點：電路簡單，較成熟，的工業(yè)級別缺點：抗擾性，可靠性，應的用范圍2.無位置傳感器優(yōu)點：可靠性，抗擾性，體的積變小缺點：轉子位置信號，電機的功率不大Rockwell智能化SIEMENS一體化結構SIPOS變頻控制ABB數(shù)字化處理當前第40頁\共有52頁\編于星期日\20點abcd(a)主控板和驅動板；(b)滾珠絲杠及齒輪箱；(c)手動柄；(d)電機SIPOS公司SIPOS5Flash智能執(zhí)行機構示意圖當前第41頁\共有52頁\編于星期日\20點三、主要研究工作算法研究

1.滑模變結構圖1-1切換面上三種點的特性示意圖A通常點、B起始點、C終止點

1.滑動模態(tài)存在

2.可達性

3.穩(wěn)定性當前第42頁\共有52頁\編于星期日\20點變結構控制系統(tǒng)滑模面控制函數(shù)當前第43頁\共有52頁\編于星期日\20點圖1-2三層結構的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡2.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡當前第44頁\共有52頁\編于星期日\20點圖1-3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的滑模系統(tǒng)方框圖3、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的滑模變結