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电机课程设计规划实验方案
运动控制系统
课程设计实验方案
姓名:邢安超
学号:1295054
题目:控制电机速度正反转
指导老师:杜友武
目录
前言 3
一、 方案总述 4
(一)电机部分 4
(二)控制电路(包括CPU,数码管等) 5
(三)控制程序 5
二、方案实践 6
(一)CPU无刷电机的调试 6
(二)控制电路的调试 9
(三)无刷电机原理及控制 10
前言
这个课程设计下来之后,想了很久,感觉挺好实现,但是细节又是那么难处理,主要还是自己的理论知识学的不好,我上课很少认真听课,但是喜欢做实验,做东西什么觉得比上课好玩又轻松,导致现在理论不够扎实,所以这只是对这次课程设计的一个方案,一些细节比如编程序什么,还是需要老师多多教导多多支持!
这次回家发现家的台式电脑坏了,我看了一下,是CPU风扇出了问题,就打开修了并重新买了一个,修理后的风扇虽然可以转,但是很不稳定,高速达到近两千转时就失控了。刚好最近在想这次课程设计,发现CPU风扇也有电机,所以好好研究有了以下的方案!
方案总述
(一)电机部分
我看了一下电动机的详解,分析了一下CPU风扇的电机,使用的是无刷电机,无刷电机现在是市场上使用比较多的电机,有以下几点好处:
1、无电刷、低干扰
无刷电机去除了电刷,最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花,这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。
2、噪音低,运转顺畅
无刷电机没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,噪音会低许多,这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。
3、寿命长,低维护成本
少了电刷,无刷电机的磨损主要是在轴承上了,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可。上下一比较,就知道无刷电机相对于有刷电机的优势在哪里了,但是万事都不是绝对的,有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的,不过就无刷电机的使用方便性来看,随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争,无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段,这也极大促进了模型运动的发展。
(二)控制电路(包括CPU,数码管等)
这一部分,我想说,去年我们做的电疗仪实验板,完全可以使用在这上面,使用单片机控制,数码管显示,按键数据编程,但是这些我都不太会,希望杜老师可以帮我想想,在哪接输出线,程序怎么编,理论上我觉得肯定可行,这样可以省下来不少的实验经费,如果有弄坏的或者弄丢的,就让他们自己购买新的吧。
控制电路预计成本:10元
(三)控制程序
控制程序我们就用最常用的C语言,完全可以进行编程,当然,我们自己编估计有点困难。
二、方案实践
(一)CPU无刷电机的调试
用USB的5V电压的确可以驱动,但是转速很慢,但是我接在电脑上面速度完全可以调控,并且可以显示转速。
下面看一下PWM调控优点:
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端,通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
总之,PWM既经济、节约空间、抗噪性能强,是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
四针线控的CPU风扇,分别是电压,接地,速度显示与速度控制,
速度的测试用的是霍尔元件,经过我的调试,这个风扇应该是一圈产生两个脉冲,只要记录脉冲数就可以测出转速了。
上图,每转到一定位置,灯就会亮,表示传输线有信号产生。
下面看一下霍尔元件原理:
霍尔元件应用霍尔效应的半导体。 所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时,若在垂直于电流的方向施加磁场,则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显,而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差UH的基本关系为: UH=RHIB/d (1) RH=1/nq(金属) (2) 式中 RH――霍尔系数;n――单位体积内载流子或自由电子的个数;q――电子电量;I――通过的电流;B――垂直于I的磁感应强度;d――导体的厚度。 对于半导体和铁磁金属,霍尔系数表达式和式(2)不同,此处从略。 由于通电导线周围存在磁场,其大小和导线中的电流成正比,故可以利用霍尔元件测量出磁场,就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感
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