智能电机控制系统

2016-12-16辽宁工业大学电子与信息工程学院邵雪琳王亚君刘海辉徐源博

电子世界 2016年22期

辽宁工业大学电子与信息工程学院邵雪琳王亚君刘海辉徐源博

智能电机控制系统

辽宁工业大学电子与信息工程学院邵雪琳王亚君刘海辉徐源博

以电机检测参数为依据，设计了基于单片机的智能电机控制系统。该系统主要由供电电路、驱动电路和单片机控制系统组成。供电部分采用反激式AC/DC变换电路，为电机及系统提供所需的电源。驱动电路采用H桥结构，通过接收控制系统给出的控制指令，实现上下电机的正反转、加减速和速度匹配控制。单片机控制部分采用单片机作为核心微处理器，结合PI算法，实现对电动机专属的闭环控制。系统运行稳定，性能良好。

单片机；反激式AC/DC；闭环控制；电机控制系统

0　引言

以单片机作为控制器在电机控制领域被广泛的应用。在单片机控制系统中，单片机作为控制核心，主要用于完成一些算法，同时还要处理一些输入、输出和显示的任务等。另外，电力电子技术的高速发展，使得大功率电子器件性能极大提高。因此可以采用微机直接控制电动机，来完成各种控制操作。

1　总体设计方案

整个系统由三部分组成：单片机控制系统、三相交流电机及直流电机及其驱动、供电电源部分。同时要对三相交流电机的转速进行测量反馈到控制模块中。因为对有较大惯性和滞后的被控制对象，比例+微分的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。本设计通过红外激光接收模块来测量三相电机的转速。整个流程图如图1所示。

图1　总体设计方案流程图

图2　三相调压电路仿真图

2　硬件设计

2.1三相交流调压电路（见图2）

本设计采用三相移相调压电路来控制三相电机的运行状况。通过调压来控制电机的转速，达到目的。通过控制电位器电压的输出来控制移相角，电位器输出电压为0-5V，对应的三相调压电路的输出电压为0-380V。同时来控制底部的三相定子，使其产生变换的磁场。

图3　驱动电路

2.2直流电机驱动电路

单片机输出的控制信号通过高速光耦将信号传递至或非门，控制方向信号与PWM输出信号通过硬件在此形成一定的逻辑输出，到驱动控制芯片，通过控制D2、D6和D3、D5来控制电机的方向，驱动电路如图3所示。

2.3供电电源的设计

图4所示为电源电路原理图，采用220V/50HZ的市电输入电源，通过NTC抑制上电浪涌电流，L1、C3和C4组成了电源滤波器，用于抑制电源输入的各种噪声，提高电子设备的抗干扰能力。开关电源采用三路电压输出，24V、15V和8V，分别为电机、H桥式驱动和单片机供电。

2.4单片机系统

本系统采用STM32F103ZET单片机，如图5所示，为单片机的最小系统，与8MHz晶振相连的两电容为陶瓷电容，它们是为晶振更好的起振而设计，采用外部晶振是考虑到单片机运行时系统的稳定。考虑到噪声的问题STM32F103ZET与传统C51单片机相反，采用低电平复位。

图4　供电电源电路图

图5　单片机最小系统

图6　主程序流程图

图7　MOSFET的漏源电压波形

3　软件设计

接通电源，系统各模块初始化。然后进入大循环程序，在循环程序里，首先按照初始速度和方向运转，再检测判断速度是否达到预定值，利用PI算法控制速度的恒定，然后调用各子程序，判断电流是否超过额定值，从而达到保护电机与电路的作用，一切正常时，电机就按给定的速度旋转，最后将各参数通过显示屏显示出来，从而达到了对电机状态的监控。图6为主程序流程图。