基于ARM的直流电机数字式电子调速器设计
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基于ARM的直流电机数字式电子调速器设计
近年来，随着数字电子技术的发展，电机的调速技术也得以迅速发展。以其控制精度高、响应速度快，能够有效地提高发动机的调速性能，延长发动机的使用寿命的优点得以广泛应用。在此基础上，本文设计了一种基于的实时精确控制直流电机转速的。本文引用地址：1 直流电机调速原理1.1 直流电机的工作原理依据直流电机的机械特性知，直流电机的调速方案有三种：改变电源电压;改变电枢电阻;弱磁调速(即改变励磁磁通)。改变电枢电阻的方法会引起电机机械特性变软，使转速的稳定性变差。弱磁调速在低速时受到磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以在本设计中采用改变电源电压的调速方案。1.2 PWM控速原理图1是利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制的原理图和输入输出电压波形。在图1(a)中，当开关栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压Us。t1秒后，栅极输入变为低电平，开关管截至，电动机电枢两端电压为0。t2秒后，栅极输入重新变为高电平。开关管重复前面的动作。这样，对应着输入电平的高低。直流电动机绕组两端的电压波形如图1(b)所示。电动机绕组两端的电压平均值为：通过改变&的值可以改变电枢绕组两端电压的平均值，从而达到调速的目的，这是PWM调速原理。2 设计数字式电子调速器由控制器、执行器驱动机构、执行器和传感器四部分组成。本设计采用飞思卡尔基于@Cortex@-M4内核的32位微控制器Kinetis。系列的MDN512ZVLQ10(以下简称)控制器，其工作电压2.7
V-5.5 V，总线频率可达100 MHz，其拥有512 kB的FLASH和128
kB的SRAM。它能完成电击调速、控制运算、检测调速器工作状态以及与外部设备通信联络等功能。执行器驱动机构由H桥驱动电路构成。执行器为伺服直流电机。传感器选用欧姆龙集团的E6A2-CW3E光电编码器。此外为了调试方便，采用蓝牙串口通信模块作为与上位机通信模块。2.1 调速器结构本设计由K60作为控制器，完成与上位机之间的通信，同时通过采集车轮转速与设定值进行比较，然后采用PWM对电机转速进行调控。2.2 接口电路的设计K60内部集成了正交解码，PWM输出以及串口通信外设。光电编码器可以对电机的转速进行测量，该光电编码器通过齿轮与电机齿轮相啮合，电机转动时编码器会产生A、B相脉冲，两相脉冲信号相位相差90&。编码器产生信号后，K60对应的GPT0口将采集PWM信号，此时A相信号作为方向判断信号，即当A相超前B相90&时，电机正转;A相滞后B相90&时，电机反转。B相信号作为电机转速信号使用。图2为K60接口电路的设计。2.3 电机驱动电路电机驱动电路使用74HC08与门、HIP4082芯片作为K60与H桥之间的桥梁。74HC08接收K60产生的PWM信号，经过与运算产生PWM信号。HIP4
082芯片具有隔离功能，对K60起到保护作用，另一方面HIP4082为NMOS提供合适的漏、源电压使H桥相应桥臂导通进而对电机进行驱动。图3为电机驱动电路。2.4 串口通信模块由于蓝牙具有串口通信功能，且蓝牙传输轻巧方便，通信简单，故采用蓝牙模块与上位机进行通信。3 调速器软件设计本设计采用转速负反馈和的单闭环负反馈进行调速，该调速器可以保证在系统稳定的条件下实现无转速静态误差。本设计由K60通过光电编码器测得电机转速的实际值与目标值进行对比产生误差值。误差值经过后产生PWM输出值，由K60输出PWM到电机驱动电路对电机转速进行调节。软件流程图如图4所示。4 调试上位机通过串口通信给K60传递调速器的参数和电机速度的没定值。K60通过比较分析实际值与设定值之差，经由调节器计算得出控制电机的PWM输出值。例如：上位机设定电机转速为1.5
m/s，设定值经串口通信传递给下位机。同时下位机将测得数据反馈到上位机，数据有0.084 s的上升时间，峰值为1.55
m/s，超调量为3.3%，调整时间为0.208 s。如图5所示。通过数次实验得出如下数据见表1。表1中的数据说明，所设计的调速器可以实时精确控制电机转速，具有超调量小，调整时间短的特点。5 总结本文设计的基于ARM的直流电机数字式电子调速器，充分利用了飞思卡尔K60处理器中的资源，降低了调速器系统的复杂性，而且系统所具有的实时调控、超调小、调整时间短、无转速静态误差等特点可以促进该系统在各方面的广泛应用。
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我来说两句……
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三相电机改单相，单相电机改三相，怎么改？？？
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你这是没事找事.交流电动机要转起来首先要有旋转磁场,三相交流电能满足,而单相电没有旋转磁场故一般作成电容式或者罩极式电动机(想必工作原理你清楚这就不多说了)三相电机改成单相电机一般是应急用.特地去改不经济.(为了能有旋转磁场一般是改成电容式电机).另单相电机改成三相电机还没见过,即使能也是豆腐盘成肉价钱了.没实际意义.
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没有女人冷冷清清，女人多了鸡犬不宁
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是啊,现在三相改单相用那只是应急的一种做法,再说了功率也大大降低了意义不大,单相改三相是不可以的,除非重新绕线,那样就更没意义了.电机市场上价格又不贵,买个就好了.
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对不起是一种真诚，没关系是一种风度。如果你付出了真诚，却得不到风度，那只能说明对方的无知与粗俗
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很高兴认识你，我专搞牛仔染整电气，QQ，希望多来交流啊！
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推荐如下方法！但是前提是电机功率不是很大。三相改单相方法：用单相变频器。需要将电机更改为三角形接法。单相改三相方法：目前还没听说，需要你来设计！
欢迎光临小店！http://shop.taobao.com/?spm=a1z10.5-c.0.0.L6cazp&v=1
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我也知道是在应急时用。我之所以提出来是想让大家知道有那么一回事。其实都能改，三相改单相能用很久；单相改三相用的时间不长，要是加个自偶变压器调低点电压又能用久些。当然，这些改法肯定不如之前好。
xibeiqingjie
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没遇到过这样的问题，学习一下
yusanlong045
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单项改三相还没听说过！
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单相电机改三相，没见过
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引用引用第5楼tqtdnmfk于 10:41发表的&&:我也知道是在应急时用。我之所以提出来是想让大家知道有那么一回事。其实都能改，三相改单相能用很久；单相改三相用的时间不长，要是加个自偶变压器调低点电压又能用久些。当然，这些改法肯定不如之前好。请问你用什么类型的单相电机成功改成三相电机的?你的旋转磁场是如何分布?用自偶变压器调低点电压低到多少?我们是搞自然科学的,讲究的是认真和珍重实际.不要违背科学.也不要为了挣分提出来一些无意义的帖子.
好钢是炼出来的; 好妞是泡出来的!
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新兵蛋子什么问题都敢问，回去好好看看书，看看电机与变压器，很基础很挂用的，有了基础农民都能做飞机。楼主留言：别说风凉话，也许电机方面的知识你还不如我呢！我可以明确告诉你，单相电容启动的电机是可以改成三相的，还可以调正反转呢！三年前我就用一台强力风扇试过。我之所以把这问题提出来，是因为我曾经应聘时有公司出了这样的题来考我。我只想更多的同行知道这一点，有错吗？
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三相电机是120度旋转磁场，而单相是90度磁场，不过可以改，我试过，不过适用与小功率的电机，只要加个电容就可以，具体多少容量好象有个表格可以查（我忘了）自己上网查查看吧
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单相550瓦电机改三相电机后电流大发热严重求助
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550瓦单相双电容电机铁心内径6.8长6.2外经12上一个维修的改成了4级链式此电机24槽用的是0.44的线104圈照葫芦画瓢缠上后发热严重电流达到4安，求助。有那位师傅遇到过往指点。
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本帖最后由 运城向荣电子 于
14:06 编辑
铁心内径6.8
请教师傅：
你是根据什么决定这个铁芯 可以改为4级，线径0.44 、 圈数104 的&&？？？？
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电机原来是什么原因烧的？
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首先着不是我改的用户从破烂点弄的旧台钻，拿过来就是这样，在他手里也没用过，问他使用情况也是一问三不知我就是照葫芦画瓢缠的，也没有计算，希望那位师傅用单相电机改过三相的指点一下
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你这数据完全不对呀？根据铁芯的面积和槽的面积计算一下吧。
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着个也不回计算啊望指教
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那就有点不好弄了，除非你会搞设计。退钱算了，免得浪费时间。
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感谢您提出的宝贵意见！Tesla双电机，小升级还是大突破？
传说已久的特斯拉D亮相，D代表Double，两个电机类似于电脑的双核。特斯拉为什么做出这个改变，这种结构有什么好处呢？
10月10日，特斯拉公司神秘的“D”计划终于亮相。发布会上，特斯拉发布了Model S 60D及Model S 85D两款车型。其中四驱版P85D百公里加速约为3.4秒，并配有全新的驾驶辅助系统，可实现自动跟随前车、自动泊车等功能。另外，Model S P85D车型将提供两种驾驶模式，分别为“运动模式”和“疯狂模式”。“疯狂模式”下该车百公里加速时间约为3.4秒左右。Model S P85D的最快车速也有提升，达到250公里/小时，而现款Model S P85车型的最快车速为210公里/小时。原来，所谓的“D”，其含义是Double，即整车的动力来源为前后两个电机，这有些类似于电脑的双核CPU。那么，这样的D又有什么好处呢？电动汽车大多是从传统汽车发展而来的。虽然在传统燃油汽车历史上出现过双发动机的奇葩，但是主流汽车还是只有一个发动机，发动机的动力通过传动系统传递到前轮或者后轮，如果是四轮驱动，则传递前后车轮。既然电动车大多是从燃油车发展而来的，所以大部分电动车也只有一个电机，特斯拉前提的车型也不例外。特斯拉Model S透视图特斯拉Model S属于后置后驱，电机在后，后轮驱动。而大多数电动车采用前置前驱，如比亚迪E6、日产聆风等等。从燃油车的经验看，低速行驶前驱车效率更高，而起步或者高速行驶后驱车效率更好。特斯拉 Models属于性能车，更考虑高速的性能，所以在单电机的情况下选择了后轮驱动。除了单电机，电动车还可以有其他模式。前后双电机就是一个选择，Model S P85D就是选择了这种结构。其实在混合动力汽车中，保时捷918如果不考虑发动机，也算是前后双电机模式（把两个前电机视为一个整体），比亚迪唐也是。双电机模式的最大优势是起步速度。汽车在起步时，动力来源于轮胎和地面的摩擦力。无论是前轮驱动还是后轮驱动，都只有两条轮胎提供动力，而四轮驱动起步，驱动摩擦力就来自于四个车轮。所以GTR这种追求性能的燃油车在起步时也是四轮驱动的。双电机还有一个好处是，前后动力分散，对整车传动系统要求更低，重量也可以减轻。单电机其实也可以四轮驱动，但是这样需要传动轴，汽车的传动系统也要承受巨大的扭矩，必须做得更结实，而在材料相同的情况下，更结实就意味着更重。前后电机分配动力，无需传动轴，前后轮分别承受的扭矩也没有那么大，是更理想的方案。既然有双电机，就可以有四电机，每个车轮分别搭配一个电机。如此一来，不仅仅传动轴省了，连差速器都可以不要，由软件控制每个轮子的转速扭矩即可。很显然，在理论上，四电机要比双电机四驱要更轻，加速可以更快。四电机目前有两种，一种是奥迪早期的R8-eTron（后期改成双电机），四个电机都在汽车中部，便于车的重心安排，操控出色。还有一种是轮毂电机，每个轮子安装一个轮毂电机。这种模式的优点是简洁高效，缺点是簧下质量太大，不利于操控。轮毂电机的模式还可以支持四个电机以上。早在2005年，特斯拉成名之前，日本就有8个轮毂电机的汽车，在意大利赛道跑到370公里时速，比特斯拉Model S P85D快得多。从单电机到双电机、四电机乃至更多电机，并不是只有收益没有成本。从技术的角度，由单个电机到多个电机，电控的复杂性也要成倍增长。汽车的前后轮转速协调并不是简单的事情，国内有厂商做类似方案曾经出现过翻车的悲剧。不同路况，不同时速，如何保证前后轮转速一致？前后电机在不同时速下如何切换动力，前后轮电机的输出扭矩如何合理分配？特斯拉这次既然选择前后电机的方案，应该是在电控上已经过关，而真正的难点也在此处。从硬件上来说，改动只是加一个前电机，所以Model S P85D售价增加不多，但是吸引力大幅提升。除了加速的好处，前后电机还带来了续航的提升。官方宣传，Model S P85D的续航不降反升，增加了16公里。之前车云菌分析，这可能得益于它在能量回收上的更深入的精细化调整。实际上，还有另外一种可能是，得益于前后电机不同工况切换。通过对车辆驾驶时动力输出的更高层次的控制，让车辆在不同工况下都得到动力传输的更高效率，由此带来续航里程的提升。车云小结：D车型更多是迎合市场特斯拉出道，就是靠电动性能车的加速成名。然而在一些细节上，特斯拉Model S有不少令人诟病之处。而在D系列的后续产品上，特斯拉强化了性能的优势，把性能车的味道进一步加重。超跑本来就是富人玩具，轿跑也不倾向于实用。特斯拉Model S P85D这种有超跑加速性能的轿跑无疑是适合富人口味的。D车型更像是迎合市场的产物。按照马斯克的蓝图，从超跑到性能车到中低档普及，现在依然在性能车的阶段。除非锂电池大幅降价，否则特斯拉也很难推出低价的电动车。做好既有市场，让富人们玩的更HIGH一些，D系列可以做到。
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