电机类方案

电机类方案1．系统方案在电机类题目中,系统由主控模块,传感器模块,机械结构模块,电源模块等几部分组成。主要应用的硬件有电动机,传感器,控制芯片组成的电机驱动电路。以下进行论证与分析。1.1电动机的论证分析一．步进电机。步进电机将电脉冲信号转变为角位移，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，因此可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度。步进电机属低速大力矩电机，大部分用途在600—1500rpm范围，提供设备的负载很轻，要跑高速，需要参考步进电机在不同电压条件的矩频曲线，如果设备在高速工作时需要的力矩比此时电机输出的力矩小，则可以工作，否则开环会产生丢步的情况，电机将出现堵死。二．直流电机。直流电机可以调速，再者同功率直流的扭矩大，启动时瞬间扭矩比交流大很多。能够比较精确地控制位置，速度，和加速度，只要在选择直流电机型号的时候注意选择额定参数较大的电机，能够输出足够的转矩带动负载就可以达到要求。直流电机的缺点是成本高，维护工作复杂，可靠性差。三．减速电机。减速电机就是电机配上减速机，主要作用就是减速、增力。降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。降速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。减速电机的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用广泛等。由于减速机的机械效率的影响，一般同等速比的情况下，减速电机输出扭矩的增加与电机功率的增加不成正比。1.2传感器的论证分析一．角度传感器。它是用来检测角度的。轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置0，如果需要，可以用编程把它重新复位。缺点是价格昂贵。二．绝对值式编码器。它的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。缺点是绝对值式编码器体积和重量不太理想，安装后可能会对电机有较大的干扰，而且绝对值编码器相对昂贵，性价比不高。三．增量式编码器。它是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器不能定位，但是O位的确定可以通过软件解决，而且增量式编码器价格低廉易得，反馈的信号可以满足普遍要求。1.3驱动模块的论证分析一．L298N集成芯片。L298N就是起到放大电流的作用。单片机的电流太小，驱动不了电机。L298N有四路输入，四路输出；有两个使能端，一般情况下，可以直接把EA,EB两个使能端接高，直接通过控制输入口（接单片机的I/O口,编程输出PWM信号）来控制电机。L298N还要在外围接一些小元件以防止芯片烧坏。总的来说，把L298N当成一个电流放大器来用就可以了，至于电机的转速与转向，这个只与控制信号PWM有关，与L298无关。二．L297集成芯片。它是步进电机前级驱动电路，L298N是驱动器,L297是控制器,用L298N需要自己编写控制脉冲时序,而与L297联合起来用只需单纯输入脉冲就可以了。三．UNL2803或者UNL2003。都用于驱动5V的继电器。都是最高承受电50V，最大电流500MA，只是UNL2803是8通道，UNL2003是7通道，UNL2803比UNL2003多了一个通道。四．UC3717AQ集成芯片，它是用来驱动二相步进电机的专用芯片。它由可控逻辑输入端，电流传感器，含有内置式保护二极管的单稳态输出端组成。两片UC3717和一些外部元件可以组成一个完备的二相步进电机驱动系统。1.4电源模块的论证分析常用的电源稳压模块12V,9V,5V,3.3V和双电源±5V，±12V。如果用电池那么还要考虑升压块，如果用一些必须负电压供电的芯片，就还要把比如LM337做进去。1.5主控模块的论证分析本模块主要是确定一类竞赛用的单片机，C51,AVR,FPGA,STM32等，做一个最小系统，引出端口。2.理论分析2.1直流电动机模型分析计算一．直流电机的机械特性直流电机在稳态运行下有下列方程：直流电机的动态特性分析，电机方程由上述分析可以得出结论：直流电机的物理模型为一阶惯性系统。二.可根据题目要求选择电机的型号，再由电机型号确定与之相对应的控制器和驱动器，使系统能按照要求稳定运行。每种型号的电机对应使用的控制器和驱动器：2.2步进电机的模型分析一．步进电机是接收步进驱动器给过来的脉冲信号，比如两相的步进，AB相分别轮流输出正反脉冲（按一定顺序），步进电机就可以运行了，相当于一定的脉冲步进马达对应走一定旋转角度。而PLC也可以发出脉冲，但脉冲电压不够，所以需要把PLC输出的脉冲给步进驱动器放大来驱动步进驱动器，相当于PLC的脉冲就是指令脉冲。一般PLC驱动步进时候有两路信号，一路是角度脉冲，另外一路是方向脉冲.例如，用MSP430F123作为主控模块，用UC3717AQ作为电机驱动模块，以驱动两相步进电机，电路图如下：二．每种型号的电机对应使用的控制器和驱动器：3.系统设计整体系统由机械结构，单片机最小系统板，电机驱动模块，电源模块，电动机，异或门，计数器和D触发器，以及能反馈信号的传感器等组成。系统总体框图如下所示：4.软件设计4.1程序功能描述根据题目要求，系统程序的任务大致如下：对检测的输入信号进行计数和方向识别，根据检测结果发出PWM波，对电机进行控制，根据基于物理模型得到的电机控制计算公式，控制电机使不同的控制算法能够实现相应的功4.2程序流程图结束检测结果改变电机运行数据输出控制信号检测受控元件是否满足条件否是开始4.3程序内容一．系统主函数程序二．电机控制源程序