文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 智能车电机驱动模块使用详解(1)

智能车电机驱动模块使用详解(1)

智能车电机驱动模块使用详解(1)
智能车电机驱动模块使用详解(1)

智能车电机驱动模块使用详解

智能车的驱动系统一般由控制器、电机驱动模块及电机三个主要部分组成。智能车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性,而且电机的转矩‐转速特性受电源功率的影响,这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。

控制器采用飞思卡尔16位单片机PWM功能完成,智能车电机一般每一届都有主委会提供,而且型号指定,参数固定。一般提供的为直流电机。其控制简单、性能出众、供电方便。直流电机驱动模块一般使用H型全桥式电路实现电机驱动功能。

H桥驱动工作原理

H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路,它主要实现直流电机的正反向驱动,其典型电路形式如下。从图中可以看出,其形状类似于字母“H”,而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的,所以称之为“ H 桥驱动”。4个开关所在位置就称为“桥臂”。

从电路中不难看出,假设开关 QA、QD接通,电机为正向转动,则开关QB、QC接通时,直流电机将反向转动。从而实现了电机的正反向驱动。电流的大小,决定了电机的转速,通过PWM的占空比(电流通断比)来决定电流的大小,从而间接控制了电机的转速。

H桥驱动选型分析

H 桥驱动的主要性能包括:

1、效率,驱动效率高就是要将输入的能量尽量多的输出给负载,而驱动电路本身最好不消耗或

少消耗能量。具体到H桥上,也就是四个桥臂在导通时最好没有压降,越小越好。

2、安全性,不能同一侧的桥臂同时导通;

3、电压,电压是指能够承受的驱动电压;

4、电流,电压是指能够通过的驱动电流。

根据H桥驱动的主要特性分析,安全性主要由控制部分决定。在智能车设计中,电机是固定型号的(一般组委会会提供车模和电机),所以所需的电流和电压时有限的,所以H桥驱动的选型会重点关注H桥驱动的效率,即关注MOS管的压降上。因此我们选择H桥驱动遵循以下原则:

(1)由于驱动电路是功率输出,要求开关管输出功率较大;

(2)开关管的开通和关断时间应尽可能小;

(3)小车使用的电源电压不高,因此开关管的饱和压降应该尽量低。

在智能车电机驱动设计中,可以采用大功率达林顿管或场效应管搭建全桥电路,同时也可以使用桥式专用集成驱动芯片,例L298、MC33886,BTS7960,集成芯片的性能稳定可靠。

BTS7960驱动电路

BTS7960是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片,它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求, 因而减小了EMI。集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。BTS7960通态电阻典型值为16mΩ,驱动电流可达43A。系统框图如下,采用两片BTS7960组成全H桥驱动电路,完成控制电机正反转的功能。

BTS7960的芯片内部为一个半桥。INH引脚为高电平,使能BTS7960。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN=1且 INH=1时,高边MOSFET导通,OUT引脚输出高电平;IN=0且INH=1时,低边MOSFET导通,OUT引脚输出低电平。SR引脚外接电阻的大小,可以调节MOS管导通和关断的时间,具有防电磁干扰的功能。IS引脚是电流检测输出引脚。

主要电气参数如下:

参数 特性 备注 Operating Voltage(VS) 5.5 – 27.5V

RON(HS) 7m? High Side Switch

RON(LS) 9m? Low Side Switch Rise‐time of HS tr(HS) 1μs

Fall‐time of HS tf(HS) 1μs

Rise‐time of LS tr(LS) 1μs

Fall ‐time of LS tf(LS) 1μs

由于电机在正常工作时对电源的干扰很大,所以在智能车电源设计中,采用双电源供电方式,单片机及控制电路采用单独5V 供电,电机驱动部分采用7.2V 供电。

控制部分采用PWM 控制电机的正反转,改变PWM 的占空比调节电机的转速。控制部分和电机驱动部分之间采用缓冲器隔开,有效的保护单片机的IO 口。

对比历届届智能车竞赛所用的电机型号和参数,电机的工作电压基本7.2V,工作电流为4A 左右,下表为RS285S 的参数。

RS385S 工作电压 DC7.2V 空载电流 700mA 负载电流 3.9A 空载转速 20000rpm±10% 负载转速 15000rpm±10%

启动电压 0.6V 启动电流 400mA 堵转电流 5.2A 绝缘电阻

>=10M Ω

PWM控制电机

PWM(脉冲宽度调制)控制通常配合桥式驱动电路实现直流电机调速,电机的转速与电机两端的电压成比例,而电机两端的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。

智能车使用的单片机一般都有PWM直接输出接口,频率可调。BTS7960的INH引脚为高电平,使能BTS7960。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN=1且 INH=1时,高边MOSFET 导通,OUT引脚输出高电平;IN=0且INH=1时,低边MOSFET导通,OUT引脚输出低电平。在BTS7960使能的情况下,控制系统只要使用单片机的的PWM输出口即可完成电机的正反转和调速功能。

电机驱动控制模块

用L298N搭成的电机驱动控制模块 L298N是一款较常用的高电压大电流全桥双路电机驱动芯片,用TTL电平输入控制信号即可实现对伺服电机、直流电机及步进电机等多种电机的控制。下图为L298N的外观及管脚定义图。+V SS 输出电流控制端B 输出端4 输出端3 输入端4 使能端B 输入端3 逻辑电路供电电压V SS 地 输入端2 使能端A 输入端1 电机供电电压V S 输出端2 输出端1 输出电流控制端A

一片L298N 中包含了两路控制放大电路,也就是说,用一片L298N 芯片可以搭成两个同类型电机的控制电路。取其中的一路搭建的电机控制电路如下图所示。其中,13、14脚为电机控制输出端,直接接在电机的两个输入端;10、11、12脚为逻辑电路输入端,可以直接与单片机、PLC 等控制芯片相连;9脚V SS 接+5V 的逻辑电路电源,4脚V S 接电机的电源,电压大小即电机额定输入电压;8脚接地。这里V SS 及V S 两端与地之间须要接一个100nF 的电容,电容的位置要尽量靠近接地点。如果这两端与地之间在距离接地点较远的位置已经接有较大容量的电容的话,那么在靠近接地点的地方还是需要通过一个小一些的电容接地。 电机 +V SS +V S en 反转及停止。当向C 、D 两端输入同样电平时,可实现电机的快速停止。另外使使能端V en 置零也可以使电机停止,但是这里不推荐这种方法。如果控制电路中有电源开关的话,要确定L298N 上电以后再将V en 置高,而掉电之前要将V en 置零。 L298N 的电机电源V S 最大可以接46V 的电压,输出电流最大可达到3A ,而在快速停止时不可超过2A 。如果需要输出更大的电流的话,可以将两路甚至多路控制放大电路并联,即将几路的V en 、V S 、地端、输入端及输出端分别相连。

《驱动电机及控制技术》课程标准-电气自动化专业

《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 (一)课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研,与专业指导委员会专家共同论证,根据工作任务与职业能力分析,以必须、够用为度,以掌握知识、强化应用、培养技能为重点,以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 (二)课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上,开设的一门综合性较强的核心课程,其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法,培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力;对学生进行职业意识培养和职业道德教育,提高学生的综合素质与职业能力,增强学生适应职业变化的能力,为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主,其服务目标是以就业为导向,以能力为本位,以素质为基础。注重实用性,坚持以实为本,避开高深理论推导和内部电路的过细研究,适当降低理论教学的重心,删除与实际工作关系不大的繁冗计算,注重外部特性及连线技能,同时兼顾对学生素质、能力的培养,做到既为后续课程服务,又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程,使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控

制。结合生产生活实际,培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好,养成自主学习与探究学习的良好习惯,从而能够解决专业技术实际问题,养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用,掌握功率变换器电路及其应用技术,驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计,能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点,并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神,培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力,培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求,结合就业岗位的技能需求,按照职业教育理念,本课程设计了三个教学项目,具体内容如下:

电机驱动模块的使用

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:

驱动电机与控制技术技术试卷(A)

院 年 学期新能源汽车驱动电机技术课程试卷 共 3 页第 1 页题次 一 二 三 四 总分 得分 第一部分.概念辨析模块 请判断下列说法是否正确,正确在括号内画“√”,错误则在括号内画“×” (共25分,每空1分) ( )1、新能源汽车要求驱动电机体积小、质量轻,具有高可靠性和寿命长。 ( )2、新能源汽车无需要求驱动电机全速段高效运行。 ( )3、电机驱动系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。 ( )4、直流电机一般具有电刷装置和换向器。 ( )5、电刷装置的作用是把直流电压、直流电流引入或引出。 ( )6、磁导率是表示物质导磁性能的参数。 ( )7、直流电机的工作原理是通电直导线在磁场中受力。 ( )8、交流异步电机的工作原理是由三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场,从而在鼠笼中产生感应电流,从而在磁场中受力。 ( )9、永磁同步电机的工作原理是通过电子开关电路产生旋转磁场,转子根据磁阻最小的原理进行旋转。 ( )10、无刷直流电机的工作原理是通过电子开关产生旋转磁场,转子跟随磁场旋转。 ( )11、开关磁阻电机的工作原理是三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场,由永磁铁构成的转子跟随旋转磁场旋转。 ( )12、直流电机调速性能好,启动转矩大。 ( )13、直流电机控制复杂,易磨损。 ( )14、交流异步电机具有高可靠性,制造成本高。 ( )15、无刷直流电机无换向器和电刷,结构简单牢固,尺寸和质量小,基本免维护。 ( )16、开关磁阻电机一般定子凸极比转子凸极少两个。 ( )18、开关磁阻电机的成本相对而言最低。 ( )19、功率二极管基本结构和工作原理与电子电路中的二极管都是相同的。 ( )20、占空比指的是电力电子开关的导通时间与开关周期之比。 ( )21、直流斩波电路只有降压斩波电路。 ( )22、PWM 整流电路采用脉冲宽度调制控制,能够实现电能双向变换。 ( )23、轮毂电机结构简单、布置灵活,车辆的空间利用率高,传动系统效率高。 ( )24、开关磁阻电机的噪音较大。 ( )25、永磁同步电机和无刷直流电机的转子结构相似,都是由永磁铁组成。 第二部分.基本知识模块 下列题目只有一个正确答案,请选择正确答案并将代码填写在括号里。 (共15分,每题1分) 1.交流异步电机的转速为( )r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 2.永磁同步电机的转速为( )r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 3.磁通所通过的路径称为( ) A 磁感线 B 磁场强度 C 磁路 D 磁阻 4.用于制造永久磁铁和扬声器的磁钢的是( )。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 5.用于制造计算机中磁存储元件的磁芯、磁棒和磁膜等的是( )。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 6.用于制造电动机、变压器和继电器的铁芯的是( )。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 7.右图的电路符号所示为( )。 A 功率二极管 B 功率MOSFET C IGBT D GTR 8.功率MOSFET 指的是( )。 系 班 级 姓 名 学 号 命题教师 教研室负责人 系 负责人 试卷类型 A ………………………………………密封线………………………………………密封

L298N电机驱动模块详解

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

电机驱动及控制模块

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

步进电机 驱动器 控制器三者的关系

电机行业专业求职平台 1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下,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,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识,希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.力矩: 电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量Ф)当转子与定子错开一定角度,则产生力 F与(dФ/dθ)成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密,S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度,D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态) 因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。 一、混合式步进电机

电机行业专业求职平台1、特点: 混合式(又称感应子式步进电机)与传统的反应式步进电机相比,结构上转子加有永磁体,以提供软磁材料的工作点,而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能,因此该电机效率高,电流小,发热低。因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行,也可以作二相运行。(必须采用双极电压驱动),而反应式电机则不能如此。例如:四相,八相运 行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致,小功率电机一般直接接为二相, 而功率大一点的电机,为了方便使用,灵活改变电机的动态特点,往往将其外部接线为八根引线(四相),这样使用时,既可以作四相电机使用,更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等,我公司混合式步进电机以相数可分为:二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、步进电机的静态指标术语 相数:产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度(转子齿数J*运行拍数),以常规二、四相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/(50*4)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9度(俗称半 步)。 定位转矩:电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的)

电机驱动系统效率优化控制技术研究现状

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]。

纯电动汽车驱动电机应用概述

纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院,福建 福州 350002) 摘 要:介绍了目前纯电动汽车的发展状况,叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词:纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号:TP202 文献标识码:A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words:Electric vehicle,Drive motor,Vector control,Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视,以及能源价格的不断上涨,使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下,今年以来,由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退,尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑,使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划,从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源,具有零排放无污染的突出优点,因此备受汽车界的推崇。在中国,政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史,连这次至少有四次,世界汽车工业界要启动纯电动汽车,但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础,由于他的比能量和比价格都比较差,所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展,使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池,锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍,且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力,并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一,由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作,对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: (1)用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3~4倍)、加速性能好,使用寿命长的特点。 (2)电动汽车用电动机调速范围应该宽广,包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩,来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求;高速时能够输出恒定功率,能有较大的调速范围,以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。

驱动电机系统简介

随着技术的不断进步,加上国家政策的大力扶持,新能源汽车已经成为了诸多汽车族的首选。相比传统汽车,新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势,以电动机代替燃油机,由电机驱动而非自动变速箱。下面就给大家介绍一下新能源汽车的驱动电机系统。 传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内,这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因;而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置,操纵方便容易,噪音低。 与混合动力汽车相比,纯电动车使用单一电能源,电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统,结构更简化,也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音,节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。

电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶,选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成,结构如下图所示。 电动机驱动系统的基本组成框图 电动机一般要求具有电动、发电两项功能,按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机,如图3。功率转换器按所选电机类型,有DC/DC 功率变换器、DC/AC功率变换器等形式,其作用是按所选电动机驱动电流要求,将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成,驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1,根据设计原理

电动车驱动电机和控制技术综述

电动车驱动电机及其控制技术综述 摘要:简述了电动车驱动系统及特点,在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统,着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统,最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。 1 概述 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具,不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力,而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标,因而具有广阔的发展前景。 现有电动车大致可以分为以下几个主要部分:蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力,负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统,均具有基本相同的结构,都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分,其中电气驱动子系统是电动车的心脏,主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。 其中,电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块,如图2所示。 2 电动车电气驱动系统比较 电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大,评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统,其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。 2.1 直流驱动系统

直流电动机结构简单,具有优良的电磁转矩控制特性,所以直到20世纪80年代中期,它仍是国内外的主要研发对象。而且,目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花,不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用,其换向器维护困难,很难向大容量、高速度发展。此外,电火花产生的电磁干扰,对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外,直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展,直流驱动系统与其它驱动系统相比,已大大处于劣势。因此,目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 2.2.1 感应电动机 电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征: (1)稳定运行时,与一般感应电动机工况相似。 (2)驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程,转差率小,转子上的集肤效应不明显。 (3)运行频率不是50hz,而是远远在此之上。 (4)采用变频调速方式时,转速与极数之间没有严格对应关系。 为此,电动车感应电动机设计方面如下特点: (1)尽力扩大恒转矩区,使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩,则需尽量减小定转子之间的气隙,同时减小漏抗。 (2)更注重电动机的电磁优化设计,使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。 (3)减少重量、体积,以增加与车体的适配性。 2.2.2 控制技术 应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种:v/f控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以pwm方式实现v/f控制和转差频率控制,但这两种控制技术因转速控制范围小,转矩特性不理想,而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年

电机驱动模块的使用

电机驱动模块的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学(通信基础科学) 所在系(院)理学院 指导教师韩康榕 2017 年 4 月 4 日

电机驱动模块的使用 张家梁 (北京邮电大学,北京 100876) 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。 关键词:直流电机;步进电机;TI Cortex M4;PWM信号驱动;示波器 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

伺服电机驱动控制器

目录 一、伺服驱动概述 (1) 二、本产品特性 (2) 三、电路原理图及PCB版图 (4) 四、电路功能模块分析 (4) 五、焊接(附元件清单) (14) 六、编者设计体会 (16)

一.伺服驱动概述 1. 伺服电机的概念 伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,作为一种执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出,是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电-机械转换器,直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比,并能实现正反向速度控制。 2.伺服电机分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 3. 控制系统对伺服电动机的基本要求 宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转”现象 快速响应 控制功率小、重量轻、体积小等。 4. 直流伺服电机的基本特性 (1)机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时,电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律,称直流电机的机械特性 (2)调节特性直流电机在一定的电磁转矩M(或负载转矩)下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律,被称为直流电机的调节特性 (3)动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态,存在一个过渡过程,这就是直流电机的动态特性 5. 直流伺服电机的驱动原理 伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况,效率很高,运行温度低噪音小,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境

《驱动电机及控制技术》教学大纲

《驱动电机及控制技术》教学大纲 一、授课对象 本课程适用于汽车服务系新能源汽车制造与装配专业(中、高级)班三年制 二、课程学时 总学时108课时,6课时/周,1学期授完。 三、课程的任务和目的 本课程是中等职业学校电子技术应用与维修专业教材,是一门机电类专业课程。其任务是:使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法,培养学生对常用电动机的维护、保养与检修的技能和解决实际问题的能力;对学生进行职业意识培养和职业道德教育,提高学生的综合素质与职业能力,增强学生适应职业变化的能力,为学生职业生涯的发展奠定基础。 本课程目的是:使学生能掌握电动类、制冷类日用电器中主要使用的三种电动机——单相异步电动机、直流电动机和单相串励电动机的结构、原理及应用,以及电动类、制冷空调类电器专用电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述电动机进行维护、保养与检修。结合生产生活实际,培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好,养成自主学习与探究学习的良好习惯,从而能够解决专业技术实际问题,养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 四、课程内容和要求 第一章:直流电动机 8课时 1.教学内容: 第一节:直流电动机的结构和分类 第二节:直流电动机的工作原理与运行特性 第三节:直流电动机的起动、反转和调速。 2.教学要求与建议:了解直流电动机的基本结构和分类,掌握直流电动机 的基本工作原理,理解直流电动机的起动、反转、调速的原理和方法,初步了解 直流电动机常见故障的检修方法。 第二章:单相异步电动机 10课时 1.教学内容: 第一节:异步电动机的结构和工作原理 第二节:单相异步电动机的分类 第三节:单相异步电动机的反转和调速 2.教学要求与建议:了解单相异步电动机的基本结构,掌握单相异步电动 机的基本工作原理,理解异步电动机的分类和起动方式,了解单相异步电动机的 反转、调速的原理和方法,初步了解单相异步电动机常见故障及其检修方法。

小车的驱动模块

小车的组成 1、小车的运动性能取决于:它的电源模块和电机驱动模块 2、电源模块:为整个系统提供动力支持的部分。 电机驱动模块:驱动小车轮子的转动,是小车行进。 3、小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器及电动机三个主要部分组成。 4、小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性,而且电机的转矩-转速特性受电源功率的影响,这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。 5、电机一般为直流电机,主要用到永磁直流电机、伺服电机及电机三种。直流电机的控制很简单,性能出众,直流电源也容易实现。 6、直流电机的驱动及控制需要电机驱动芯片进行驱动。常用的电机驱动芯片有: L297/298 ,MC33886 , ML4428.等 L298N内不包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A 以下的电机。

PWM调速 在对直流电动机电压的控制和驱动中,半导体功率器件(L298)在使用上可以分为两种方式: 线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大驱动方式,半导体功率器件工作在线性区。

优点:控制原理简单,输出波动小,线性好,对邻近电路干扰小。 缺点:功率器件工作在线性区,功率低和散热问题严重。 开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态,通过脉调制(PWM )来控制电动机的电压,从而实现电动机转速的控制。 当开关管的驱动信号为高电平时,开关管导通,直流电动机电枢绕组两端有电压U. t1秒后,驱动信号变为低电平,开关管截止,电动机电枢两端电压为0. t2秒后,驱动信号重新变为高电平,开关管的动作重复前面的过程。 输出波形和计算 电动机的电枢绕组两端的电平平均值U 为: U D T U t t t U t U //)*1()21/()*1(==+= 其中D 为占空比,T t D /=

电机驱动控制系统

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

电机及电机驱动模块设计

电机及电机驱动模块设计 1.电机选择 通过对各种电机性能的初步查询和在单片机开发板上对于步进马达和PWM直流电机的实验,我们了解到:步进电机的优点是可以精确定位,但缺点是耗电量大,若采用电池供电,可能不能长时间工作,此外,采用步进电机需要两块驱动板,控制复杂。而直流电机的缺点是不能实现精确定位,但是可以通过调节PWM波实现调速,但在电源相同的条件下,速度较慢;优点是耗电小。由于设备有限,我们无法精确测量两种电机工作时的实际工作电流,上述比较出自文献[1]与产品参数的分析。结合我们的需求,最终决定选择普通直流电机。2.增加驱动、实现换向、实现调速 由于电机属于大功率的器件,而单片机的I/O口所提供的电流往往十分有限,所以必须外加驱动电路来增大驱动;由于我们小车中即将使用的直流电机没有电刷,且供电电源为单电源,所以需要设计一个电子开关以实现换向功能。通过对电机驱动原理的研究得知使用H 桥电路可以实现这两个功能。 从图中可以看出,在上面电路由于内部采用了三极管,三极管本身起到放大的作用,即增大了驱动电流;假设开关A、D接通,电机正向转动,而开关B、C接通时,直流电机将反向转动,从而实现了电机的正反控制。 依据这个原理,我们决定直接使用结构较为简单、价格便宜且可靠性高的电机驱动芯片来连接单片机与电机以减少电路搭建的麻烦和硬件设计的复杂性。电机驱动芯片L298N内部的组成其就是H桥驱动电路,其内部电路图如下:

各引脚功能以及性能参数再次不做赘述。因为小车中打算采用两个直流电机,而选择的L298的特点是工作电压高,输出电流大。因此决定设计单片机和电机独立供电,即控制电路和驱动电路双电源供电。优点是可以保证电源功率和电压大小满足需要,可提高系统的稳定性。缺点是电机驱动模块中独立电影的增加会使车体变重,可能影响小车的运行效果。 最后将L298的引脚正确连接到单片机PO口并拉上电阻,通过Keil对单片机编写程序让小车上的两个电机正反转即可实现小车前进。目前已经写出使两个电机正转的程序,等待测试。小车左右转向的程序设计还未完成。 结构框图

相关文档
相关文档 最新文档