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电动机的单片机控制(研究电机不可多得的好书)

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  • 日期: 2013-09-17
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标签: 电动机单片机

极速赛车手机官网电动机的单片机控制(研究电机不可多得的好书)

内容简介  

 

  电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势,用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。本书详尽、系统地介绍直流电动机、交流电动机、步进电动机和无刷直流电动机这些常用电动机的控制原理和采用单片机进行控制的方法。结合这些控制原理和方法的介绍,给出了单片机控制电路和软件。同时,还介绍用于电动机驱动的常用功率元器件的特性和驱动电路,用于电动机闭环控制的常用传感器的原理以及与单片机的接口电路,用于电动机优化控制的数字PID和数字滤波的算法和编程。

  本书适合对电动机的单片机控制感兴趣的初学者使用,可作为高校机电工程专业、电气自动化专业和电气工程专业的教材,还可供相关专业的工程技术人员作为自学用书。 

前言   

  电动机作为最主要的动力源或运动源,在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法,随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现,电动机的控制也发生了深刻的变化。模拟控制已逐渐被使用以单片机为主的混合控制和全数字控制所取代;晶闸管也已经被新型的电压控制开关器件所取代;过去认为不能调速的交流电动机如今也被发展最快的变频技术驯化得服服帖帖。变频技术和脉宽调制技术成为电动机控制的主流技术。在这短短的二十多年内发生的巨大变化,一方面使许多工程技术人员的知识需要更新,另一方面因为控制变得更加容易而使感兴趣的人多了起来。然而,目前有关这方面的书市面上极少,使人们在获取这方面知识的过程中遇到困难,因此萌发编写本书的想法。

本书在编写思路上有如下特点。

  第一,力求使本书面向初学者。因此,十分注意使读者能够掌握电动机的各种控制原理和方法,注意各种概念的介绍,在编写上尽量通俗、具体、详细。

  第二,注意实用化。摒弃了那些用单片机去模拟PWM不实用的控制方法和那些用分立元件组成的控制电路,而更多地利用新型单片机的PWM口和利用专用集成电路,使只用一片8位单片机就能圆满地完成电动机的控制任务。

第三,由于单片机的多样化和不完全兼容,在举例中选择一种能让所有读者都能接受的单片机是非常困难的。对MCS51单片机熟悉的人最多,但各种新型单片机却有着更快的速度和强大的功能(如PWM口、比较和捕捉功能、A/D转换器、看门狗、各种串行总线接口等),这些都是电动机控制中非常需要的。为了解决这个矛盾,本书特别选用了与MCS51单片机全兼容的一种新型8位单片机C8051,作为大多数举例中使用的单片机,只要有MCS51单片机基础的读者都能很容易地看懂本书中所给出的程序例子。

极速赛车手机官网  第四,注意给读者最新的技术和最新的知识。

  全书共9章:第1至第5章主要介绍电动机控制所涉及到的基本知识和技术,包括用于电动机驱动的电力电子开关器件、用于电动机反馈的检测传感器、用于电动机控制优化的数字PID算法和数字滤波算法以及本书举例使用的C8051单片机。第6至第9章分别介绍了直流电动机、三相交流电动机、步进电动机、无刷直流电动机这些常用电动机的单片机控制方法。

  本书在编写前,作者曾经阅读了大量相关的文献资料,从中汲取了丰富的知识,借此机会向这些作者们深表敬意。

  本书得到了辽宁省教育厅高校科研基金的资助(项目编号:20032087)。在编写的过程中,北京航空航天大学何立民教授为本书提供了指导性意见,在此表示衷心的感谢。另外,为本书部分内容的编写、资料查询和校对工作尽力的有王玲、李卫民、单鹏、王艳秋、张文学、李铁军、王天利、曾红、顾罡辉、万确;同时,康海燕、李春娟参与了图形绘制、文字和资料整理工作,在此一并表示谢意。

  在这里还要感谢沈阳新华龙电子有限公司提供的Cygnal C8051FXXX系列单片机的详细资料和大力支持。

由于作者水平有限,书中难免有错误和不完善之处,敬请读者批评指正。

目录 绪论1

第1章机电传动系统的动力学基础

1.1机电传动系统的运动方程6

1.2转矩和转动惯量的折算7

极速赛车手机官网1。3负载机械和电动机的机械特性9

1.4机电传动系统稳定运行的条件11

习题与思考题12

第2章常用电力电子开关器件

2.1可关断晶闸管(GTO)的特性和参数13

2.1.1可关断晶闸管的原理和性能13

2.1.2可关断晶闸管的门极驱动电路17

2.2功率晶体管(GTR)的性能和应用18

2.2.1功率晶体管的特性和参数18

极速赛车手机官网2.2.2功率晶体管的驱动21

2.3功率场效应管(MOSFET)的性能和应用23

2.3.1功率场效应管的特性和参数24

2.3.2功率场效应管的驱动27

2.4绝缘栅双极晶体管(IGBT)的性能和应用29

2.4.1绝缘栅双极晶体管的特性和参数30

2.4.2绝缘栅双极晶体管的驱动32

习题与思考题36

第3章C8051单片机对电动机控制的支持

3.1Cygnal C8051F0XX系列单片机特点37

3.2C8051单片机的组成40

3.2.1C8051单片机的结构40

3.2.2中断系统43

3.2.3定时器/计数器45

3.3C8051用于控制电动机时的输入输出端口设置51

3.4电动机控制中的模/数转换在C8051中的实现55

3.5电动机控制中的PWM和测频在C8051中的实现60

3.6C8051与5 V电动机控制系统的接口方法70

习题与思考题71

第4章数字PID控制器与数字滤波

4.1模拟PID控制原理73

4.2数字PID控制算法75

4.2.1位置式PID控制算法75

4.2.2增量式PID控制算法76

4.2.3数字PID控制算法子程序77

4.3数字PID的改进算法84

4.3.1对积分作用的改进84

4.3.2对微分作用的改进86

4.4数字PID控制器的参数选择和采样周期的选择88

4.4.1参数选择方法88

4.4.2采样周期的选择90

4.5数字滤波技术91

4.5.1算术平均值法91

极速赛车手机官网4.5.2移动平均滤波法92

4.5.3防脉冲干扰平均值法95

4.5.4数字低通滤波法97

习题与思考题99

第5章位移、角度、转速检测传感器

5.1光栅位移检测传感器101

5.1.1光栅传感器的特点和分类101

5.1.2光栅位移传感器的组成103

5.1.3光栅位移传感器工作原理104

5.1.4光栅细分技术107

5.1.5光栅位移传感器与单片机的接口109

5.2光电编码盘角度检测传感器112

5.2.1绝对式光电编码盘的工作原理112

5.2.2增量式光电编码盘的工作原理115

5.2.3光电编码盘与单片机的接口117

极速赛车手机官网5.3直流测速发电机119

5.3.1直流测速发电机的工作原理119

5.3.2影响直流测速发电机输出特性的因素及对策120

5.3.3直流测速发电机与单片机的接口123

习题与思考题124

第6章直流电动机调速系统

6.1直流电动机电枢的PWM调压调速原理125

6.2直流电动机的不可逆PWM系统128

6.2.1无制动的不可逆PWM系统128

极速赛车手机官网6.2.2有制动的不可逆PWM系统131

6.3直流电动机双极性驱动可逆PWM系统133

6.3.1双极性驱动可逆PWM系统的控制原理133

6.3.2采用专用直流电动机驱动芯片LMD18200实现双极性控制135

6.4直流电动机单极性驱动可逆PWM系统139

6.4.1受限单极性驱动可逆PWM系统的控制原理139

6.4.2受限倍频单极性驱动可逆PWM系统的控制原理141

6.4.3用单片机实现受限单极性控制142

6.5小功率直流伺服系统142

6.5.1LM629芯片的功能和工作原理143

极速赛车手机官网6.5.2LM629的指令144

6.5.3LM629的应用148

习题与思考题149

第7章交流异步电动机变频调速系统

7.1交流异步电动机变频调速原理150

7.1.1交流异步电动机变频调速原理150

极速赛车手机官网7.1.2主电路和逆变电路工作原理151

7.2变频与变压154

7.2.1问题的提出154

7.2.2变频与变压的实现--SPWM调制波155

7.2.3载波频率的选择159

极速赛车手机官网7.3变频后的机械特性及其补偿160

7.3.1变频后的电动机机械特性160

7.3.2V/F转矩补偿法161

7.4SPWM波发生器SA4828芯片162

7.4.1SA4828工作原理162

7。4。2SA4828的编程165

7.5单片机控制交流异步电动机变频调速应用举例168

7.5.1硬件接口电路168

7.5.2编程举例169

7.6矢量控制简介176

7.6.1由直流电动机引发的思考176

7.6.2产生旋转磁场的3种方法176

7.6.3矢量控制的基本思想179

习题与思考题180

第8章步进电动机的单片机控制

8.1反应式步进电动机的结构和工作原理181

极速赛车手机官网8.1.1步进电动机的分类与结构181

8.1.2反应式步进电动机的工作原理183

8.2步进电动机的特性189

8.2.1步进电动机的振荡、失步及解决方法189

8.2.2步进电动机的距角特性190

8.2.3步进电动机的矩频特性193

8.3步进电动机的驱动194

8.3.1单电压驱动194

8.3.2双电压驱动195

8.3.3斩波驱动196

8.3.4细分驱动197

8.3.5集成电路驱动199

8.4步进电动机的单片机控制200

极速赛车手机官网8.4.1脉冲分配201

8.4.2步进电动机的速度控制204

8.5步进电动机的运行控制205

8.5.1步进电动机的位置控制205

8.5.2步进电动机的加、减速控制208

习题与思考题214

极速赛车手机官网第9章无刷直流电动机的原理及单片机控制

9.1无刷直流电动机的结构和原理215

9.1.1结构215

9.1.2位置传感器216

9.1.3无刷直流电动机的工作原理220

9.2无刷直流电动机的绕组联结方式222

9.2.1三相星形联结全桥驱动方式223

9.2.2三相角形联结全桥驱动方式225

9.2.3多相绕组联结方式226

9.2.4正反转和限流228

9.3无刷直流电动机的单片机控制231

9.3.1无刷直流电动机的单片机控制231

9.3.2专用集成电路233

习题与思考题243

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