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基于DSP的直流电机调速系统设计与实现.doc
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2023-06-25
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基于DSP的直流电机调速系统设计与实现.doc
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基于 DSP 的直流电机调速系统设计与实现
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课程设计报告
一、设计要求
利用 ICETEK-F2812-EDU 实验箱完成直流电机调速系统分析与设计。
基本要求:
1.给出直流电机调速原理分析;可设定电机的转动方向,转速;
2.可实时测量电机的实际转速,并在 LED 数码管上显示出来;
3.可对电机进行转速调节,使其转速趋近于设定值;
4.完成硬件原理图,绘制 PCB 板,撰写课程设计说明书。
二、设计方案(要求给出详细的设计思路及其必要的论证)
目前,直流电机调速系统有很多种方案,有基于 DSP 直流电机调速系统、ARM 直流电机调速
系统和单片机直流电机调速系统。本实验是基于 DSP 直流电机调速系统,从三方面来进行方案的
选择与比较,首先是测速方案的选择,其次是 pwm 波的产生及测速方法的选择。直流电机转速的
方法很多,主要分为计数式、模拟式、同步式三大类。这三种根据类型不同的工作原理又可分为不
同的类型,其中,计数式可以分为机械式、光电式、电磁式。光电式目前是一种比较常用的计数式
转速测量仪,此种方法离不开重要的部件光电编码器。本文主要介绍是三种测速方案的选择:
1. 测速装置的优缺点及选择
(1) 光电编码器测速方案
电机的位置检测在电机控制中是十分重要的,特别是需要根据精确转子位置控制电机运动状
态的应用场合,如位置伺服系统。电机控制系统中的位置检测通常有:微电机解算元件,光电元件,
磁敏元件,电磁感应元件等。这些位置检测传感器或者与电机的非负载端同轴连接,或者直接安装
在电机的特定的部位。其中光电元件的测量精度较高,能够准确的反应电机的转子的机械位置,从
而间接的反映出与电机连接的机械负载的准确的机械位置,从而达到精确控制电机位置的目的。在
本文中我将介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。 一、光电编码器
的介绍:
光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子
的位置信息的。根据光电编码器的工作原理可以将光电编码器分为绝对式光电编码器与增量式光电
编码器,下面我就这两种光电编码器的结构与工作原理做介绍。
(一)、绝对式光电编码器
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绝对式光电编码器如图所示,他是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置
信息的。
编码盘是按照一定的编码形式制成的圆盘。用“0”来表示;涂黑的部分是不透光的,用“1”来
表示。通常将组成编码的圈称为码道,每个码道表示二进制数的一位,其中最外侧的是最低位,
最里侧的是最高位。如果编码盘有 4 个码道,则由里向外的码道分别表示为二进制的 23、22、
21 和 20,4 位二进制可形成 16 个二进制数,因此就将圆盘划分 16 个扇区,每个扇区对应一
个 4 位二进制数,如 0000、0001、…、1111。
按照码盘上形成的码道配置相应的光电传感器,包括光源、透镜、码盘、光敏二极管和驱动电
子线路。当码盘转到一定的角度时,扇区中透光的码道对应的光敏二极管导通,输出低电平
“0”,遮光的码道对应的光敏二极管不导通,输出高电平“1”,这样形成与编码方式一致的高、
低电平输出,从而获得扇区的位置脚。
(二)、增量式光电编码器
增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号,然后根据位置变化的方向
用计数器对脉冲进行加/减计数,以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主光栅码盘、
鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。
增量式光电编码器输出两路相位相差 90o 的脉冲信号 A 和 B,当电机正转时,脉冲信号 A 的
相位超前脉冲信号 B 的相位 90o,此时逻辑电路处理后可形成高电平的方向信号 Dir。当电机
反转时,脉冲信号 A 的相位滞后脉冲信号 B 的相位 90o,此时逻辑电路处理后的方向信号 Dir
为低电平。因此根据超前与滞后的关系可以确定电机的转向。其转速辩相的原理如图所示
- - 2 - -
总的来说,光电编码器的优点是的脉冲宽度稳定,精度高,日后提高精度可以改变,仅仅换个
高精度的即可,缺点是安装不方便,由于软连接的原因,很容易松动,可靠性差,容易损坏 光电
编码器适合用于精密设备。
(2) 霍尔传感器测速方案
霍尔传感器测速原理霍尔传感器测速原理霍尔传感器测速原理
霍尔传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器,它能感知一切
与磁信息有关的物理量。霍尔效应,它是德国物理学家霍尔于 1879 年研究载流导体在磁场中
受力的性质时发现的,因此得名。
霍尔效应: 在金属或半导体薄片的两端通过控制电流 I,并在薄片的垂直方向施加磁感应强
度为应强度为磁场那么,在垂直于电流和磁场方向向上将产生电动势场 UH(霍尔电压)。
霍尔元件:根据霍尔效应,人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、
结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动
化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
霍尔传感器:由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补
偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感。
霍尔传感器的种类: 线性霍尔传感器,开关霍尔传感器。线性型霍尔传感器由霍尔元件、
线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。 可以做成电流传感器(钳形电流表),位移
测量传感器; 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,和输出级组成,它输出数
字量。开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警
器、自动控制电路等。
霍尔传感器的原理:霍尔元件是磁敏元件,要想用来测转速,就必须在被测的旋转体上装一
个磁体,旋转时,每当磁体经过霍尔元件,霍尔元件就发出一个信号,经放大整形得到脉冲信
号,也有的霍尔元件可以直接输出脉冲信号,送运算,两个脉冲的间隔时间就是周期,由周期
可以换算出转速,也可计数单位时间内的脉冲数,再换算出转速。
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- 2301_768844202024-01-05感谢大佬,让我及时解决了当下的问题,解燃眉之急,必须支持!
老帽爬新坡
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