控制电机设计题答案

综合分析题

1.请设计一个基于单片机的无刷直流电动机控制系统，画出控制原理框图，简述实现原理。 实现原理：C8051的p1口作为输出口，通过驱动器7407控制全桥驱动电路上桥臂的P沟道

MOSFET。通过与门7409控制下桥臂的N沟道MOSFET。C8051的p0.0作为PWM输出口来控制电动机的转速。P0.4、P0.5、P0.6作为位置信号输入口，连接位置传感器输出的控制信号。 1）换向控制：无论使用两两导通方式还是三三导通方式，都有6种导通状态。转子每转60°换一种状态，导通状态的转换通过软件来完成。软件控制导通状态转换非常简单，即根据位置传感器的输出信号H1、H2、H3，不断地取相应的控制字送P1口来实现。

2）转速控制：无刷直流电动机的转速控制原理与普通直流伺服电动机一样，可以通过PWM方法来控制电枢的通电电流，从而实现转速的控制。通过C8051的PWM口，控制三个与门7409的B输入端。当PWM口输出低电平时，使与门7409输出低电平，开关电路的MOSFET被封锁；当PWM口输出高电平时，与门7409的输出状态取决于单片机的控制字，MOSFET的导通与截止按正常换相状态进行。

3）转向控制：无刷直流电动机的正反转控制原理：只要改变开关管的导通顺序，就可以实现改变无刷直流电动机的转向。

4）启动电流控制：当电动机启动时，启动电流增大，在采样电阻R上的压降增大，当压降等于给定电压U0时，比较器输出低电平，使MOSFET开关被关断。R上的电流迅速减小，R上的压降也减小，当压降到小于给定电压U0时，比较器输出高电平，使MOSFET开关恢复正常的通断顺序，通过该方法，电流被限制在U0/R上下，达到限流的目的。

2.请设计一个基于DSP的无刷直流电动机控制系统，画出控制原理框图，简述实现原理。

基于DSP的无刷直流电动机控制系统的原理框图如图，TMS320LF2407A负责处理采集到的数据和发送控制命令。DSP通过捕获单元捕捉电动机转子位置处理器上的脉冲信号，判断转子位置，输出合适的驱动逻辑电平给MOSFET驱动器IR2130，再由MOSFET功率驱动电路驱动电机旋转；DSP的捕获单元根据捕获的位置传感器脉冲信号的宽度，计算出电机的当前转速。与电机的设定转速比较后，利用PID算法产生合适的正弦波脉宽调制信号控制电机的转速跟随转速的设定值。DSP经A/D及I/O口采集电机转速的设定值和启停，正反转，制动命令，控制电机的运转状态：驱动保护电路可完成电机的过载，低电压，驱动时序异常等故障保护，

虽然TMS320LF2407A集成了32K的Flash程序存储器，但由于位于Flash程序存储器中的程序再调试时不能设置断电，所以，为调试程序方便，扩展了32K SARAM的外部程序存储器，调试完成再将程序烧入TMS320LF240的内部Flash程序存储器中。 3-13 设计一个完整的两相混合式步进电机驱动控制系统电路。

基于单片机的两相混合式步进电动机控制系统的设计，主要包括系统控制电路的硬件设计和系统软件设计。硬件电路构成原理框图参见图所示。驱动器作为外部信号与两相步进电动机的接口，接受外部的控制信号，然后驱动步进电机按给定的方式转动。此驱动器接受外部信号如:正反转信号、速度改变信号、及脉冲信号后。当接受到这些信号后，执行相应的动作。整个系统以 8098 单片机为控制核心，8098 单片机通过对输入信号判断比较，输出存储器中给定电流波形的控制信号，信号经过PBL3717 驱动器驱动两相步进电动机，该信号和电机绕组中反馈回来的电流信号进行比较，若电流信号大于控制电压，电路将功放管截止，反之使功放管导通来驱动步进电机。输出不同的控制电压，绕组中流过不同的电流值。

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