电路图如下：
电机驱动板实物图如下
如图所示：J1接电池；J5接电机；
J6（黄色接头）提供5V电源；
J6（白色接头）分别是
1脚PWM口；2、3脚是控制方向和刹车单片机I/O口给01，是电机正转，10是电机反转，11是刹车。
注意：PWM是反逻辑，因为在单片机与电机驱动间加了反向驱动隔离，保护单片机。所以占空比越小，方向后是越大，速度越快。
注意：PWM频率最大25KHZ，用在智能车上1KHZ就足够了。
I N H 3I N 2I S 6V S 7
O U T
4G N D 1S R 5J 3
B T S 7960I N H 3I N 2I S 6V S
7
O U T
4
G N D
1S R 5
J 4B T S 7960
R 31K R 4100
R 71K R 8100
R 101K R 61K 7.2V
7.2V
O U T 2O U T 1R 5 1K R 91K
C 5100u F C 7100u F C 6104
C 8104
12
J 5M O T O R
O U T 1O U T 21
2J 1P O W E R
C 4
0.1u F C 2
0.1u F C 3100u F /16V C 1100u F /25V
V i n 1G N D
2
+5V 3U 2L M 2940T -5.0
5V
D 1L
E D 3
R 11
7.2V E N A B L E
E N A B L E
I N 1
I N 2
R T 2
R T 1E N A B L E 1B 12B 23B 34B 45B 56B 67B 78B 8G N D 9
C O M 10
8C 117C 126C 135C 144C 153C 162C 171C 18U 1U L N 2803A
4132J 64P I N
I N 1
I N 2
R 14K 7R 24K 75V
R T 1R T 2
5V
#include
#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */
/************************************************/
/*锁相环倍频*/
/************************************************/
void pll_xs(void)
{
SYNR=0x44;
REFDV=0x81;//总线频率40M
while(!CRGFLG_LOCK);
while(CLKSEL_PLLSEL!=1)
CLKSEL_PLLSEL=1;
}
/***********************************************/
/*PWM初始化！*/
/************************************************/
void PWM_int(void)
{
PWMPOL|=0xaa;//PWM Polarity开始输出高电平,1、3、5、7 positive.
PWMCLK|=0xaa;//Clock Select, Sn,B:7632.A:0145
PWMPRCLK=0x22;//CLOCKA和CLOCKB是4分频是10M
PWMCTL=0xf0;
PWMSCLA=5;//1M
PWMSCLB=5;//1M
PWMCAE=0x00;
PWMDTY01=900;
PWMPER01=1000;
PWME=0xaa; //PWM Enable,1、3、5、7 enable.
}
/************************************************/
void main(void) {
pll_xs();//倍频
DDRB=0xff;
PORTB|=0xff;
PORTB&=0xfe;//PB0和PB1用来控制电机转向的
EnableInterrupts;
PWM_int();
for(;;) {
_FEED_COP(); /* feeds the dog */
} /* loop forever */
/* please make sure that you never leave main */
}
单片机驱动步进电机程 序代码 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
/******************************************************** 实现功能：正转程序 使用芯片：AT89S52 晶振： 编译环境：Keil 作者： 【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明版权和作者信息！********************************************************/ #include<> //库文件 #define uchar unsigned char //字符型宏定义 #define uint unsigned int //整型宏定义 uchar tcnt; //定时器计数初值定义 uint sec; //速度值定义 uchar buf[11]; uchar bai,shi,ge; /********************控制位定义*************************/ sbit shi_neng=P1^0; // 使能控制位 sbit fang_shi=P1^1; // 工作方式控制位 sbit fang_xiang=P1^2;// 旋转方向控制位 sbit mai_chong=P1^3; // 脉冲控制位 /********************延时函数***************************/ void delay1ms(uchar z) { uchar x,y; for(x=0;x L6203直流电机控制驱动器 【简要说明】 一、尺寸：长66mmX宽33mm X高28mm 二、主要芯片：L6203 三、工作电压：控制信号直流4.5~5.5V;驱动电机电压7.2~30V 四、可驱动直流（7.2~30V之间电压的电机） 五、最大输出电流4A 六、最大输出功率20W 七、特点：1、具有信号指示 2、转速可调 3、抗干扰能力强 4、具有续流保护 5、可单独控制一台直流电机 6、PWM脉宽平滑调速（可使用PWM信号对直流电机调速） 7、可实现正反转 8、此驱动器非常时候控制飞思卡尔智能车，驱动器压降小，电流大，驱动能力强。【标注图片】 直流电机的控制实例 使用驱动器可以控制一台直流电机。电机分别为OUT1和OUT2。输入端EN可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将EN使能端，接高低电平，高电平启动，低电平停止。也可由单片机输出直接控制）实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机正转。（如果信号端IN1接低电平，IN2接高电平，电机反转。）可参考下图表： 直流电机测试程序 【原理图】 【测试程序】 /******************************************************************** 汇诚科技 实现功能:调试程序 使用芯片：AT89S52 或者 STC89C52 晶振：11.0592MHZ 编译环境：Keil 作者：zhangxinchun 淘宝店：汇诚科技 *********************************************************************/ #include 电动机会转，是因为定子绕组产生的圆形旋转磁场在转，从而带动或驱动转子转动。 通电线圈（绕组）为什么能产生磁场？安培定则，也叫右手螺旋定则，告诉我们这样的规律：●安培定则一（通电直导线中）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那 么四指的指向就是磁感线的环绕方向； ●安培定则二（通电螺线管中）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致， 那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。 [电机驱动] 异步电机： ●电机的转子转速小于旋转磁场的转速， ●接有负载时的转子转速与旋转磁场的转速（所接电网频率）之比不是恒定值，与负载大 小有关。 ●典型的异步电机如鼠笼型感应电动机ACIM。 异步电机工作原理： 1.定子产生的磁场旋转，使转子上均匀分布的导条作切割磁力线运动，根据“右手定则” 可知导条上将产生感应电动势； 2.由于转子导条已构成闭合回路，感应电动势产生感应电流； 3.根据“左手定则”可知流着感应电流的导条在旋转磁场中会受到电磁力矩的带动； 4.于是转子跟着转动起来，由于转子导条作切割磁力线运动是先决条件，所以转子转速不 能和定子转速相同，必须有一个转差率。 同步电机： ●其定子磁场旋转速度= 转子转速。 ●电机的转子转速恒等于60f/p，旋转磁场的转速（所接电网频率f）不变则转子转速也不 变，与负载的大小无关。 ●正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负 载。 同步电机工作原理： 定子产生磁场，与转子上的磁极产生作用力，定子磁场旋转则带动转子转动，转速同步。 按照电机绕组上得到的相电压波形不同，可将电机驱动方式分为直流PWM和正弦PWM（即SPWM）两类。 直流PWM又叫做单脉波逆变电路（即trapezoidal drive），其输出电压的半个周期内只有一个矩形波。与之相比，SPWM的输出电压或电流接近正弦波，从而减少了谐波分量，降低了负载（电机）发热和转矩脉动。 普通SPWM的改进版叫做鞍形波(Saddle) PWM，即SAPWM，改善普通PWM驱动的直流电压利用率达15%之多。 SVPWM是另一种正弦PWM波形的生成方法，它的思路是按照旋转磁场轨迹为圆形这一目标来控制和生成SPWM波形——因为电机的三相电流正弦化的最终目的是希望在空间产生圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。这种控制方法也叫“磁链跟踪控制”。由于磁链的轨迹是靠不同的电压空间矢量相加得到的，所以又称电压空间矢量控制(Space Vector -PWM)。 区分两个概念： “180度驱动”是指时间轴（相电流或电压的相位）上驱动电流或电压存在的‘时长’，或其对应的上下开关管的‘导通角’。 步进电机 学习交流群——126500542（验证信息：千寻琥珀心） 在这里介绍一下如何用51单片机驱动步进电机。 本例所使用的步进电机为四项驱动，驱动电压为12V，锯齿角（为什么叫锯齿叫而不叫步进角，我也不知道这样解释是否正确，但是根据步进角计算公式所得的结果将7.5理解为锯齿叫会更好些，也在网上搜了不少资料，说是步进角的较多，但都是直接给出的，而未作出计算，不过也有是将其作为锯齿角的，并且结合书上的内容，在此就将此作为锯齿角理解，那何谓步进角，下面公式将给出）为7.5度。（也就是说锯齿之间的单位角度），不进一圈总共需要360度，故有48个锯齿。 在此对电路图部分不再给出，具体引脚连接接下来给出。本例所使用的电机驱动芯片为达林顿驱动器（ULN2003），通过P1.0~P1.3分别接通步进电机的驱动线圈来控制步进电机的运转。注意如果直接使用单片机通过驱动芯片驱动电机，力矩可能不够大，效果不是很好，因为ULN2003的驱动电压为12V，而单片机系统电压为5V，故请读者注意此点，在设计电路时，另施电压。 步进电机要想正常工作，必须有驱动信号，转动的速度与驱动信号的频率是成正比的。（实例中将会给出并予以说明）接下来我们看看对于电机驱动中的信号的产生。 本例中采用的步进电机为四项，三项驱动和四项驱动原理上 是一样的。假设步进电机的四个项为：A、B、C、D。它的拍数可由读者任意设定（即步进节奏）。再继续下面的内容时，我们现在此给出一个计算步进电机的公式：Qs=360/NZr,其中N=McC 为运行的拍数，McC为控制绕组项数，C为状态系数，当采用单双本项拍数时，C=1，当采用单双本项一倍拍数时，C=2。（此处说的本项拍数，如三项为单三拍，双三拍。本项一倍拍数为单六拍，简言之，三拍为1.六拍为2对于四项则四拍为1,8拍为2（说的有些玄乎，手中板砖还望留情）），Zr为转子齿数，先来看看单四拍，即A→B→C→D→A.因为上述已经给出了锯齿数，此例C=1，所以Qs=360/(4*1*48)=1.875°。故此电机的步进角为1.875°（既步与步之间的角度），因为行进是和脉冲有关的，一个脉冲行进一步，那么行进一圈，所需脉冲数为：360/1.875=192个脉冲。同时我们如果控制这些脉冲的频率就可以直接控制步进电机的运转速度了。继续我们的单四拍，运行方向A→B→C→D →A。（假设为正转）则在程序中对应的操作执行码为：(硬件连接时P1口的高四位不用全置1，此处只需用到低四位) P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 D C B A (对应4个线圈) 1 1 1 0 0xfe (根据外部链接电路定，也可以是0001，此处采用低电平导通，导通A项线圈) 1 1 0 1 0xfd (导通B项线圈) 1 0 1 1 0xfb (导通C项线圈) 共享知识分享快乐 电机驱动模块的使用 2015212822 号学 张家梁学生姓名 应用物理学（通信基础科学）专业名称 理学院所在系（院） 指导教师韩康榕 日月年2017 4 4 卑微如蝼蚁、坚强似大象． 共享知识分享快乐 电机驱动模块的使用 张家梁 （） 100876北京邮电大学，北京摘要：实验中使用电机驱动模块，采用一片双通道H桥电流控制电机驱动器DRV8833，可以同时驱动两个直流电机或一个步进电机，可通过代码改变DRV8833控制信号的占空比来改变电机的转速或LED的亮度，可以通过电流表、电压表、示波器等来完成对具体观测点的测量，对数据分析后验证功能是否正常。 信号驱动；示波器；PWM关键词：直流电机；步进电机；TI Cortex M4 The Use of Motor Drive Module JiaLiang Zhang (Department of Applied Physics, Beijing, BJ 10, China) Abstract：The motor drive module is used in the experiment,. The dual-channel H-bridge current control motor driver DRV8833 can drive two DC motors or one stepper motor at the same time. The duty cycle of the DRV8833 control signal can be changed by code to change the motor speed or LED Of the brightness, you can through the ammeter, voltmeter, oscilloscope, etc. to complete the measurement of the specific point of view, after the data analysis function is normal. Keywords: DC motor; stepper motor; TI Cortex M4; PWM signal driver; oscilloscope. 1引言 电机驱动模块包括直流电机和步进电机，同时由PWM信号驱动，从而改变电机转速。 直流电机的驱动程序需要液晶、滚轮、Tiva的PWM输出、定时器等多个模块共同配合完成。液晶用于显示电机转数、滚轮用来调节PWM 的占空比从而控制电机的转速、PWM 输出用于驱动直流电机旋转、而定时器则是用来检测电机的旋转数度。 2 实验原理 1.电机驱动模块布局 卑微如蝼蚁、坚强似大象． 共享知识分享快乐 2.直流电机的控制与测速 电路等效原理结构图： 电机驱动及控制模块 3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp R2104 + IRF540 MOS电机驱动全桥学习与实践过程 https://www.doczj.com/doc/ec2765859.html,/bbs/article_1012_130178.html 使用L293或L298等全桥芯片来控制直流电机虽然简便而且成本低廉，但由于它们的内阻较大，在控制大电流的马达时芯片常常过热，导致系统的整体效率较低。在电动车上，马达控制芯片的内阻过大会导致车子的加速度变小。 本人设想在暑假制作一个大的轮式或者履带式机器人，并且希望它能跑到公交车那么快，于是开始研究如何使用MOS管来控制更大电流的电机。 首先，本人参考了《大功率直流马达的驱动——ABU ROBOCON 2005比赛之动力方案》一文中的电路图（原文地址 https://www.doczj.com/doc/ec2765859.html,/article.php?sid=192 ） 按照这个原理图，我热转印制作了单个全桥的实验电路。个别的电阻电容值有所变动。 上电并给予有效的持续高电平信号后发现电路不能驱动马达，而2104开始发烫，540没有任何反应。于是更换2104，但仍出现同样的现象。通过示波器检测发现，高端MOS没有被驱动，而低端MOS的G端信号正常，因而桥没有被导通。更换信号方向，另外半桥仍然出现相同的现象。 本人开始怀疑是BOOTSTRAP电容的问题，于是实验了不同的电容值。但无论怎么变换，问题仍然没有被解决。由于手头没有4148，使用了IN5819作为续流二极管，按道理5819只会比4148更好，不应该成为问题的原因。 由于手头2104只有6片，而所有的都上电并且发热过，于是重新购买了一批2104。在这里感谢周顺同学，那天刚好他毕业考考好，帮我到科技京城买了2104。 更换2104后，电路工作正常。周顺看了看我原来的2104，恍然大悟：原来的芯片是97年前的旧货。 马达欢快地转了起来。由于540的内阻要比298小很多，马达的加速度明显提高，变向时电刷更是发出了闪亮的火星。 回到家后用示波器开始研究高端MOS的G端驱动电压波形。发现在EN端为高的初期，高端MOS的驱动电压突然升至比VCC高10V。此时强推动作用起效。但随着时间的流逝，该电压逐渐衰减为VCC，MOS的导通程度越来越不完全。直到下一个脉冲到来，G端电压又恢复为VCC+10V，但又逐渐衰减。也就是说，用持续的高电平信号来驱动MOS会导致MOS不能被完全导通，致使MOS 发热，马达的实际功率低下。使用PWM信号则可以解决这个问题，它使BOOTSTRAP电容反复充电放电，使高端驱动电压始终维持在一个比较高的水平。倘若想让马达全速前进，不能使用持续的高 四相步进电机驱动电路及驱动程序设计 我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作，荣获一等奖。电路采用74373锁存，74LS244和ULN2003作电压和电流驱动，单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式，实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。本文主要介绍一下这个机器人的四相五线制步进电机驱动电路及程序设计. 1、步进电机简介 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。 2、四相五线制步进电机的驱动电路 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口，通过74373锁存，由74LS244驱动，ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线，向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号，锁存步进电机四相脉冲，经ULN2003放大到12V驱动电机运转。 电路原理图（部分）如图2所示。 （1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器，可寻址64K字节，共有32个可编程双向I/O口，分别称为P0～P3。该系列单片机上集成8K的ROM，128字节RAM可供使用。 （2）74LS244为三态控制芯片，目的是使单片机足以驱动ULN2003。 ULN2003是常用的达林顿管阵列，工作电压是12V，可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。 （3）74373是电平控制锁存器，它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端，见表1。 这是一种基于总线分时复用的方式，以动态扫描的方式来发送控制信号，这和高级操作系统里的多任务进程调度的思想一致。这种方法明显的好处是节省I/O口，使系统可以控制更多的步进电机。本电路设计为控制8个。 3 、程序设计 传统的步进电机驱动程序利用简单的条件循环来发送脉冲序列，但当电机数目发生变化时，编程繁杂，冗余代码较多，难以做到信号占空比一致，进而产生“抖动” 现象。下面提出一种基于中断服务方式，面向舞蹈动作，可实时改变各个电机速度和方向（每200ms可改变一次）的程序设计方法。 3.1 速度归一化和线性关系 我们将速度量化成一个-128～127内可变的数，正号代表正转，负号代表返转，称之归一化速度（-128～127为一个字节）。给每个电机分 L298N电机驱动器使用说明书 注意：本说明书中添加超链接的按CTRL并点击连接，即可看到内容。 实例一：步进电机的控制实例 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 一、步进电机最大特点是： 1、它是通过输入脉冲信号来进行控制的。 2、电机的总转动角度由输入脉冲数决定。 3、电机的转速由脉冲信号频率决定。 二、步进电机的驱动电路 根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。(或者其他信号源) 三、基本原理作用如下： 两相四拍工作模式时序图： (1)控制换相顺序 1、通电换相这一过程称为脉冲分配。 例如： 1、两相四线步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为(A-B-A ’－B ’)通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B 相的通断。) 2、两相四线步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为: (A －AB －B －BA ’－A ’－A ’B ’-B ’－B ’依次循环。(出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用八拍工作方式) (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。如：正转通电顺序是：（A-B-A’－B’依次循环。）则反转的通电顺序是：（B‘-A’-B－A依次循环。） 参考下例： (3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。（注意：如果脉冲频率的速度大于了电机的反应速度，那么步进电机将会出现失步现象）。参考下例： (4)四相电机的控制程序 1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状 电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。 针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。 2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。 3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。 目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。 1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略 该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流i d和交轴电流i q，对混合励磁电机驱动系统来讲包括i d、i q以及励磁电流I f。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。 基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo[1]，以及H.G.Kim [2]等人提出并进行研究；1987年Bose[3][4]等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略[6][7]、考虑铜损的损耗模型控制策略[8][9]、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略[10][11]、基于电机精确损耗模型损耗模型控制策略[12][13]和约束条件下的损耗模型控制策略[14][15]。 附件： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP Speed_Up ORG 0013H LJMP Speed_Down ORG 0100H MAIN: ;打开外部中断IT0/IT1 SETB EA SETB EX0 SETB EX1 SETB IT0 SETB IT1 ;扫描键盘，无键按下显示0，并继续扫描 MAKEY: MOV DPTR,#TAB MOV A,#0 MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A MOV P3,#0FFH MOV A,P3 CPL A JZ MAKEY LCALL D10MS JZ MAKEY ;当有键按下时，启动步行电机转动 Speed EQU 20H Num EQU 21H MOV Speed,#60 ;Speed初始化，Speed控制延时的时间，即脉冲的频率 MOV Num,#1 ;Num初始化，Num存放数码管显示的转速数值 JNB ACC.4,TO_TWO ;默认设置为正向转动，转速为1，当有反向键按下，按反向转动 ;------------------------ 1号程序：控制步行电机正转-------------------------------- TO_ONE: MOV R7,#4 MOV A,#01H MOV P3,#0FFH LP1: MOV P1,A LCALL DELAY LCALL DISPLAY RL A ; 正向输入脉冲信号 DJNZ R7,LP1 JNB P3.4,TO_TWO ; 有反向键按下，跳转到2号程序 LJMP TO_ONE ;------------------------2号程序：控制步行电机反转---------------------------------- TO_TWO: MOV R7,#4 MOV A,#08H MOV P3,#0FFH LP2: MOV P1,A LCALL DELAY LCALL DISPLAY RR A ; 反向输入脉冲信号 DJNZ R7,LP2 JNB P3.5,TO_ONE ;有正向键按下，跳转到1号程序 LJMP TO_TWO ;----------------------------中断服务程序----------------------------------------------- Speed_Up: ; 外部中断IT0，控制加速 PUSH ACC LCALL D10MS MOV A,Speed CJNE A,#12,L1 ; 最大速度时，速度不再增加 LJMP L2 L1: ; 速度加1（减小脉冲周期） SUBB A,#12 MOV Speed,A INC Num L2: POP ACC RETI Speed_Down: ;外部中断IT1，控制减速 PUSH ACC 1.检测霍尔传感器的值可以判断出转子的位置，再使能相应的上下桥臂，则能驱动电机运动；若要让电机持续转动，则必须再次检测传感器值及使能相应的上下桥臂。这里采用的是将霍尔传感器输出的三根线相边的IO口配置成外部中断，并且为边沿触发，在中断函数中加入传感器检测与上下桥臂切换程序，如此电机就能持续运转了。 2.上桥臂的控制采用IO口置高低电平来控制上桥臂的通断，下桥臂则使用单片机内部集成的三路PWM波来控制，通过控制PWM波的占空比，可以实现对电机的调速了。实际测得，占空比与电机的速度成正比例关系，在PWM波频率为20KHz时，占空比增加1%，速度增加60rpm，并在占空比为53%时达到额定转速3000rpm（空载）。 3.速度测量则采用如下公式： 电机每转一圈，霍尔值改变6次x5个周期=30次，记录边沿触发的中断次数N/30=电机转过的圈数,设运转时间为t(s)则电机转速v=N/30/t*60 rpm。即动转时间为2s时，霍尔值改变次数即为速度值，单位rpm。 4.调速：给定速度，由电机驱动板自动由当前速度平滑过渡到给定速度。实际测试发现，速度变化量很大时，电机会有突然加速或减速时的冲击；因此，调速应有一个缓冲的过程。即加速或减速应以小步进缓慢增加或减少占空比来让速度渐渐达到最终值。 #include "stm32f10x.h" #include "driver_motor.h" #define PWM_PERIOD_T 400 #define U_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_13 #define U_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_13 #define U_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_8 #define U_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_8 #define V_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_14 #define V_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_14 #define V_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_9 #define V_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_9 #define W_Up_On GPIOB->BSRR = GPIO_Pin_15 #define W_Up_Off GPIOB->BRR = GPIO_Pin_15 #define W_Dn_On GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_10 #define W_Dn_Off GPIOA->BRR = GPIO_Pin_10 #define SU_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_15 #define SV_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_12 #define SW_HOR GPIOA->IDR & GPIO_Pin_11 //u8 Motor_Dir=0; //u8 Motor_EN=0; 步进电机驱动之全桥驱动与斩波恒流 先看两相绕组的全桥驱动电路，四路基本相同的驱动电路，抓取一组电路来分析： 全桥驱动电路，其中Q7和Q8基极和发射极短接，相当于一个反向的二极管。 为了便于分析，将原理图简化后如下所示： 查看IM2000S芯片手册，对全桥驱动芯片输入脚的定义如下： 以上四个输入端：B相高低端全桥控制信号，用来控制离散的PN,NN的全桥或者半桥IC. 从上述可以知道，输出的是一个离散量，那么，是怎样控制电机，使电机获得一个sin和cos 的电流信号而驱动电机的呢？ 这里要深入理解一个概念：斩波恒流！ 斩波恒流的原理是：当环形分配器导通的时候，IC2使得TL和TH导通，电源通过TH和TL 和电机向下有电流输出，此时R左端的电压上升，当电流上升到给定电平时，比较器反转，输出为低，使得IC1截止，此时电感使电流缓慢下降，此时通过TL采样的电压变低，当电压低于给定电平时候，比较器反转，使得IC1再次导通，这样可以快速的波动，而使电感上的电流保持一个恒定的值。当环形分配器给出低电平时，IC1和IC2截止，电流通过D2流入电源，从而实现节能。 此时，再看上图，会发现： 1、BHO和ALO为一个通路，AHO和BLO为一个通路，实现电流的正向和反向。 2、BHO和AHO的开关频率会比BL0，ALO大很多，BL0和ALO只有在正向和负方向反转的时 候出现跳变，而BHO和AHO的频率会很快以实现恒流。 这里值得注意的一点是，上述过程仅仅是在一个细分时候，一个数模转换量上保持的恒流。如果整步为256细分，则在256细分的每一个细分阶段实际上过程就是上文红色字体运行一遍的一个过程，而要使整个电机转动一圈，则需要完成一个SIN和COS的整个过程，如果上面的过程仍然无法理解，请参看步进电机细分方面的内容。 从整个驱动电路的系统上看， 整个闭环是按照如下进行工作的： 智能车竞赛中直流电机调速系统的设计与比较 王名发，江智军，邹会权 时间:2009年12月04日 字 体: 大中小关键词:直流电机调速系统MC33886VNH3SP30BTS7960BDT340IIRF3205 摘 要：针对大学生智能车竞赛中直流电机的驱动设计了6种方案,经过实验比较分析了各种方案的优缺点,最后确立了一套驱动能力强、体积小、性能稳定的驱动方法，可广泛应用于40 V以下的大功率直流电机驱 动的场合。 关键词：直流电机;调速系统; MC33886; VNH3SP30; BTS7960B; DT340I; IRF3205 目前大电流直流电机多采用达林顿管或MOS管搭制H桥PWM脉宽调制，因此体积较大；另一方面，由于分立器件的特性不同，使得驱动器的特性具有一定的离散性；此外，由于功率管的开关电阻比较大，因此功耗也很大，需要功率的散热片，这无疑进一步加大了驱动器的体积。随着技术的迅猛发展，基于大功率MOS管的H桥驱动芯片逐渐显现出其不可替代的优势。但目前能提供较大电流输出的集成芯片不是很多。例如飞思卡尔半导体公司推出的全桥驱动芯片MC33886和33887、意法半导体公司推出的全桥驱动芯片VNH3SP30、英飞凌公司推出的高电流PN半桥驱动芯片BTS7960。ST微电子公司推出的TD340驱动器芯片是一种用于直流电机的控制器件,可用于驱动N沟道MOSFET管。 本文在第三、四届大学生智能车大赛中分别尝试了上面提到的5块电机驱动芯片设计的驱动电路，通过现场调试发现它们的优缺点，确定了驱动能力强、性能稳定的驱动方案，并得到了很好的应用。 1 直流电机驱动原理 目前直流电机的驱动方式主要有2种形式:线性驱动方式和开关驱动方式。其中线性驱动方式可以看成一个数控电压源。该驱动方式的优点是驱动电机的力矩纹波很小，可应用于对电机转速要求非常高的场合;缺点是该方式通常比较复杂，成本较高，尤其是要提高驱动的功率时，相应的电路成本将提升很多[1]。本文针对H桥驱动电路在智能车竞赛中的应用加以分析。 目前的H桥驱动主要有3种方式。图1(a)中H桥的4个桥臂都使用N沟道增强型MOS管;图1(b)中H 桥的4个桥臂都使用P沟道增强型MOS管;图1(c)中上H桥臂分别使用P沟道增强型MOS管和N沟道增强MOS管。由于P沟道MOS管的品种少、价格较高，导通电阻和开关速度等都不如N沟道MOS管，因此最理想的情况应该是在H桥的4个桥臂都使用N沟道MOS管。但是在如图1(a)中可以看到，为了使电机正转，Q1和Q4应该导通，因此S4电压应该高于Q4的源极电压，S1电压应该高于Q1的源极电压，由于此时Q1的源极电压近似等于Vcc,因此就要求S1必须大于(Vcc+Vgs)。在很多电路中除非作一个升压电路否则是比较困难得到的，因此图1(a)这种连接方式比较少见。同理,图1(b)中为了使电机正转，S4电压就必须低于0V- VGS，在使用时也不方便。因此最常用的是图1(c)的电路，该电路结合了上述2种电路各自的优点，使用方便。本文针对3种形式电路进行设计，并进行实验比较分析。 //===================================================================== ========================================== // 功能说明： //1、上电（或LPC2378复位）后会显示第0幅画面（或LPC2378复位前的显示界面），点击触摸屏任意位置后进入菜单界面。 //2、进入菜单界面界面后，点击图片x的提示后调出所对应的图片 //3、在显示图片状态下，点击任意位置将出现返回框，再点击一下，返回框消失 //4、在显示图片状态下，点击返回框将回到菜单界面 // //彩屏的硬件要求，请参照hw.c //===================================================================== ========================================== #include "nxp/iolpc2378.h" #include "type.h" #include "irq.h" #include "target.h" #include "intrinsics.h" #include "hw.h" #include "hmi.h" #define uint unsigned int void delay(uint dc) { for(;dc>0;dc--); } //延时程序 #define keyctl 0x20061000 /************************** 字符显示**************************/ void PageMenu(void) { PutString(18,50,0x13,"ＰＷＭ电机调速系统"); DelayMS(200); PutString(48,104,0x13,"当前状态："); DelayMS(200); PutString(210,184,0x12,"设计人：王凯"); DelayMS(200); } 电机驱动控制系统 摘要 由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。 与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。 本设计为单片机控制直流电机，以AT89C51单片机为核心，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。由键盘控制电动机执行启停、速度和方向等各种功能，用红外对管测量电机的实际转速，并通过1602液晶显示出控制效果。设计上，键盘输入采用阵列式输入，用4*4的矩阵键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用。 关键词：AT89C51 PWM 电机测速 一、硬件设计 1、总体设计 20 929303456781011121314151617318RFB 91112 10k 23 1918 2122232425262728 1.2.2 1602液晶显示模块 本模块实现了转速等显示功能。 D ：方向；占空比；预设转速；实测速度； 1.2.3键盘模块 根据实验要求，需由按键完成对直流电机的控制功能，并经分 析得出需要16个按键，为节省I/O 口并配合软件设计，此模块使用了4*4的矩阵模式。并通过P1口与主机相连。 1.2.4 PWM 驱动电路模块设计与比较 本文摘自：《机器人探索》 一、H桥式电机驱动电路 图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图4.12 H桥式电机驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。 当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动 图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。 当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图4.14 H桥电路驱动电机逆时针转动 二、使能控制和方向逻辑 驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路 上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。 基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。 图4.155所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供 （与本节前面的示意图一样，一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。 图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。） 图4.15 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路 采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIR－L信号为0，DIR－R信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图4.16所示）；如果DIR－L信号变为1，而DIR－R信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。 图4.16 使能信号与方向信号的使用 实际使用的时候，用分立件制作H桥式是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。 在典型H型驱动电路的基础上,给出了增加两只二极管保护驱动管的改进电路,并对其原理和特点进行了分析和讨论. 驱动电路的性能很大程度上影响整个系统的工作性能。有许多问题需要慎重设计，例如，L6203直流电机驱动设计原理图及例程
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