基于单片机的温度控制直流电动机转速系统设计 - 图文(5)

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能。在用单片机直接控制的电路中，使用专用的PWM芯片可以减轻单片机的负担，工作可靠。

(3)软件模拟法

利用单片机的一个I/O口的引脚，通过软件对这这个引脚不断地输出高低电平来实现PWM波的输出，51系列单片机无PWM输出功能，可以采用定时器配合软件的方法输出。对精度要求不高的场合，非常实用。

MCS - 51系列典型产品8051具有两个定时器T0和T1。通过控制定时器初值T0和T1,，从而可以实现从8051的任意输出口输出不同占空比由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。

3.3.5直流电机PWM调速原理

所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PWM)。PWM驱动装置是利用全控型功率器件的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开”时间的长短，改变直流电动机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。

对于直流电机调速系统，其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值（即占空比）来控制电机速度。PWM调速原理如图11所示。

在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。设电机永远接通电源时，其转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为

Vd=Vmax?D （公式2） 式中，Vd——电机的平均速度 Vmax——电机全通时的速度（最大） D=t1/T——占空比

平均速度Vd与占空比D的函数曲线，如图11所示。

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电压(V)t1平均速度VdVmax0通电断电t2T0时间（t)0.51占空比 (D)

图11平均速度和占空比的关系

由图11可以看出，Vd与占空比D并不是完全线性关系（图中实线），理想情况下，可以将其近似地看成线性关系（图中虚线）。因此也就可以看成电机电枢电压Ua与占空比D成正比，改变占空比的大小即可控制电机的速度。占空比决定输出到直流电机电枢电压的平均电压，进而决定了直流电机的转速。如果能够实现占空比的连续调节即可实现直流电机无级调速。

由以上叙述可知：电机的转速与电机电枢电压成比例，而电机电枢电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快，当占空比α＝1时，电机转速最大。

3.4直流电机

直流电机主要有直流有刷电机和无刷直流电机两种。 3.4.1有刷直流电机

直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称，其中属于直流电机一类的有刷直流电

机采用机械换向器，使得驱动方法简单，其模型示意图如图12所示。 电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子（电枢）、换向器和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流，电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向，这样，直流电机的转子就会持续运转下去。

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图12有刷直流电机模型

由些可见，换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色，虽然它可以简化电机控制器的结构，但是，它自身却存在一定的缺点：

? 结构相对复杂，增加了制造成本；

? 容易被环境（如灰尘等）影响，降低了工作的可靠性； ? 换向时会产生火花，限制了使用范围； ? 容易损坏，增加了维护成本等。 3.4.2无刷直流电机

图13无刷直流电机模行

无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor, BLDCM）的诞生，克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。图 13所示无刷直流电机模型，它是从图 12转化过来的模型。它主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器（可有可无）组成。可见，

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它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多（原来的定子变为转子，转子变为定子），绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电机结构就相对简单，降低了电机的制造和维护成本，但无刷直流电机不能自动换向（相），牺牲的代价是电机控制器成本的提高（如同样是三相直流电机，有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管，而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管）。图 13所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机，它的定子在内，转子在外，结构和图 12所示的直流电机很相似。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。

无刷直流电机有以下的特点：

? 无刷直流电机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起

动转矩；

? 无刷直流电机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行；

? 无刷直流电机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现； ? 无刷直流电机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以

进入发电机状态；

? 无刷直流电机的体积小，功率密度高；

? 无刷直流电机无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电机内部，

可靠性高；

? 无刷直流电机比异步电机的驱动控制简单。 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。如图14所示为无刷直流电机的转动原理示意图，为了方便描述，电机定子的线圈中心抽头接电机电源POWER，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的G极接12V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动，会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电机转子也跟着转动起来。

这就是无刷直流电机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定

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子产生的磁场的方向连续均匀地变化。

图14无刷电动机转动原理

3.5直流电机驱动模块的选择

3.5.1方案选择

方案一：采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短。

方案二： 采用DSP芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路 …… 此处隐藏：1682字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……