维继动态

用单片机控制直流电机

用单片机控制直流电机
关键词:调速;直流电动机;PWM控制;PI控制器
1 直流电动机PWM控制系统
1.1直流电动机PWM控制系统原理。PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。它通过分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
直流电动机PWM控制系统有可逆和不可逆系统之分。可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转;不可逆系统是指电动机只能单方向旋转。对于可逆系统,又可分为单极性驱动和双极性驱动两种方式[1]。这里只研究双极性驱动。
1.2H型双极性可逆PWM驱动系统控制原理。“H”型是双极性驱动电路的一种,也称为桥式电路。如图1所示。其电路是由四个开关管和四个续流二极管组成,单电源供电。四个开关管分为两组,V1和V4为一组,V2和V3为另一组。同一组的开关管同步导通或关断,不同组的开关管的导通与关断正好相反。
在每个PWM周期里,当控制信号Vi1高电平时,开关管V1和V4导通,此时Vi2为低电平,因此V2和V3截止。电枢绕组承受从A到B的正向电压;当控制信号Vi1为低电平时,开关管V1和V4截止,此时Vi2为高电平,因此V2和V3导通,电枢绕组承受从B到A的反向电压,这就是所谓的“双极”。
由于在一个PWM周期里电枢电压经历了正反两次变化,因此其平均电压U0可以用下式决定:
U0=(■-■)US=(2■-1)US=(2a-1)US(1)
 可见,双极性可逆PWM驱动时,电枢绕组所承受的平均电压取决于占空比α大小。当α=0时,U0=-US,电动机反转,且转速*大;当α=1时,U0=US,电动机正转,转速*大;当时,α=1/2时U0=0,电动机不转,但电枢绕组中仍然有交变电流流动,使电动机产生高频振荡,这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦,提高动态性能。
 2 调速系统的设计
 对于一个控制系统而言,*关键的是控制器的设计,控制器设计的好坏关系到控制系统性能的优劣。控制器要求实时性强,通用性强,具有较强的智能,在满足性能指标的前提下应尽可能的简单。
PI控制器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点,同时也增加了一个位于S左半平面的开环零点。位于原点的极点可以提高系统的型别,以消除或提高系统的稳态误差,改善系统的稳态性能。而增加的负实零点则用来提高系统的阻尼度,缓和PI控制器极点对系统稳定性产生的不利影响。只要积分时间常数Ti足够大,PI控制器对系统稳定性的不利影响可大为减弱。在控制系统中,PI控制器主要用于改善控制系统的稳态性能[2]。
 闭环调速系统的转速和电流调节器都采用PI调节器。采用PI调节器的自动控制系统。
从传递函数看,自动调节系统为:
 ■=WP1(S)=KP■=KP+■(2)
U1可分成比例部分U1P,和积分部分U1I,其中,比例部分与偏差成正比积分部分同偏差的积分有关,把两部分加起来,就是调节器的输出信号U1。
 当偏差信号ε是阶跃信号时,比例部分会突然加大,而积分部分则按线性增长,经过一定时间后,U1输出达到限幅值。而实际系统中,偏差信号ε只是一开始突跳,随着输出信号USC的增长,偏差信号ε便逐渐降低,U1是否能够升到限幅值,就要看U1的增长和ε的衰减哪一方更快。如果调节对象的时间常数远大于调节器的时间常数,则ε下降较慢,由于调节器的积分作用,尽管在下降,U1仍继续增长,在ε衰减到零以前U1还来得及升到限幅值[3]。如果调节对象的时间常数较小,则ε衰减较快,当积分量还来不及把U1抬高到限幅值以前,ε已经衰减到零,U1也就不能再增长,这时积分器不会饱和。
 在动态过程中,PI调节器输出电压U1是否饱和对系统的输出波形很有影响。若U1一旦饱和,只有ε变负,即USC>Usr时,才有可能使它退出饱和,因此必然超凋。
3 直流脉宽调速系统的机械特性
由于采用了脉宽调制,严格地说,即使在稳态情况下,五金加工脉宽调速系统的转矩和转速也都是脉动的[4]。所谓稳态,是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态,机械特性是平均转速与平均转矩(电流)的关系。采用不同形式的PWM变换器,系统的机械特性也不一样。对于双极式控制的可逆电路,电流的方向是可逆的,无论是重载还是轻载,电流波形都是连续的,因而机械特性关系式比较简单。
US=Rid+L■+E(0≤t<ton)(3)
 -US=Rid+L■+E (ton≤t<T)(4)
式中的R.L分别为电枢电路的电阻和电感。
 电枢两端在一个周期内的平均电压是Ud=γUS(其中占空比ρ和电压系数γ的关系是γ=2ρ-1)。平均电流和转矩分别用Id和Te表示,平均转速n=E/Ce,而电枢电感压降L■的平均值在稳态时应为零。

产品搜索
产品目录
联系我们
Copyright© 2003-2020 苏州创泰电子有限公司版权所有    地址:    邮编:
电话:0512-53651666    传真:0512-53109780    苏ICP备10215271号
 

面板表,水泵保护器,冷干机控制器,制冷温控器,电压保护器,VJ801,JD-5,电子式热继电器,数显电动机保护器,过载保护继电器,维继电流继电器,缺相保护器,三相不平衡保护器,智能型热继电器,数字式热继电器

苏公网安备 32058502010216号