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自动绕线机的设计与实现

发布日期 :2020-06-11 05:29

  西北工业大学硕士学位论文自动绕线机的设计与实现姓名: 陈迎国申请学位级别: 硕士专业: 电路与系统指导教师: 杨艺山20040301 西北工业大学硕士学位论文摘要本文介绍的是一种能自动给某些电感线圈、 互感器、 环形变压器等不同规格的线圈进行精确绕线的智能机器, 其设计与开发涉及到单片机的应用领域、 电机的使用方面、 红外线与霍尔器件的检测应用、 液晶显示与键控的人机对线位单片机在绕线机整体控制中所显示出来的强大功能,并对用于实施具体绕线的两个电机( 交流主电机和步进电机)的使用与驱动电路作了比较深入的研究, 对于信号的检...

  西北工业大学硕士学位论文自动绕线机的设计与实现姓名: 陈迎国申请学位级别: 硕士专业: 电路与系统指导教师: 杨艺山20040301 西北工业大学硕士学位论文摘要本文介绍的是一种能自动给某些电感线圈、 互感器、 环形变压器等不同规格的线圈进行精确绕线的智能机器, 其设计与开发涉及到单片机的应用领域、 电机的使用方面、 红外线与霍尔器件的检测应用、 液晶显示与键控的人机对线位单片机在绕线机整体控制中所显示出来的强大功能,并对用于实施具体绕线的两个电机( 交流主电机和步进电机)的使用与驱动电路作了比较深入的研究, 对于信号的检测有较详细的阐述, 在文末列出了已通过编译仿真调试的用c语言所编写的控制程序, 并对程序分段进行分析。 鉴于实际因素, 现在尚未做出成品绕线机, 故朱能实行整机调试。关键词: 绕线单片机红外检测液晶显示霍尔检测E 2R O M变频调速步进驱动 西北工业大学硕士学位论文A b str a c tT h e d isserta tio n in tr o d u c e sy o uak in do fin tellectu a lized m a c h in e 。 w h ic hc a nb eu se dto th o sep r ecise w in d in gf o rso m elo o p so fd if f eren t sta n d a r d su c h a s in d u c ta n c elo o p 、 m u tu a lin d u c ta n c ea p p a r a tu s、 r o u n dtra n sf o rm er e tc . T h ed e sig na n dstu d yin v o lv e dth ea p p lica tio nf ield o fsin g le c h ip 、 th eu se o fe le c tr o m o to r 、 th e c h e c ko fin f r a r ed a n d H a ll sa p p a r a tu s、 th em u tu a l ta lk in gin terf a ce o f L C Dd isp la ya n dk e y b o a r dco n tr01.It ta k e s m u c hsp a c eto ex p a tia testh estr o n gf u n ctio n o f th e six teer卜b itssin g le ch ipw h ic hco n tr o l th ew in d in gm a c h in eto th ew h o ler u n n in g . T h e r eis ad e e p e rstu d yf o r th e tw oelectro m o to rs ( a cm a in e le c tr o m o to r a n dstep m o to r )u sin ga n dd r iv in gcircu it f o ra ctu a l w in d in g , . Ia lsoe x p a tia te dth e d etect o fth o sesig n a ls. T h eco n tr o lp r o g r a mw h ic hh a s b e e nc o m p ile da n dsim u la ted tod e b u gis listed in th e e n do fth e d isserta tio n . W h erea s th e rea lm a so n , th ew h o lec o m p le te d w in d in gm a c h in eh a S h tb e e nm a d etom ye y e s, soI co u ld n tm a k eth ew h o led eb u g .K e y w o r d s: w in d in gsin g lech ipH a ll, s m e a su r e sE 2 R O Mste pm o to rd r iv ein f r a r edc h e c kL C Dd isp la yf r e q u e n c yc o n v e r sio ntim in g 西北工业大学硕士学位论文1. 1绕线机的简介第一章绪论绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。 绕线机的种类繁多, 按其用途分类, 可分为通用型和专用型。通用型: 由一根或数根线缠绕, 适合安装多种框架绕线的绕线机。专用型: 装有固定的专用绕线夹头, 只能绕制一种线圈的绕线机。绕线机按自动化程度来分可分为简易型, 半自动型, 全自动型。 电子控制方式有数控式微电脑单片机及IB M 电脑控制。按安装方式分类为桌面式和落地式机。绕线机是用漆包铜线绕制电感线圈的专用机器, 是电子电器行业中广泛使用的一种重要加工生产设备。 目前在市场上已有售微电脑控制自动绕线机, 其控制部分是整机的核心。 为实现其高速、 稳定而且十分精确的线圈绕制, 设计中普遍采用单片机进行控制、 步进电机和调频调速伺服电机实现双电机旋转绕线、 红外和霍尔器件检测进行精确测控。本文中所设计的绕线机是桌面式专用全自动型绕线机, 由十六位单片机进行控制, 控制交流变频电动机的转动进行绕线, 控制步进电动机的转动实现线圈的均匀线距, 外部的键盘和液晶显示屏可用来进行绕线的可编程设定, 通过红外和霍尔器件检测绕过的圈数精确地控制环绕的总圈数。 它适用于环形变压器、 互感器、 电感线圈的绕制, 能进行多种排线模式的设定, 可自定义为360 。 单方向连续或断续排线、 任意角度往返排线、 多组排线等。此绕线机能方便于一般人员的操作, 具体操作可分为四步: 计算储线量、 参数设置、 安装调整、 绕线。 其中的绕线部分又分为储线( 将线储存到导线梭上)和绕线单片机的发展随着微电子工艺水平的提高, 近二十多年的单片微型计算机已经有了飞跃的发展。 世界上著名的集成电路芯片制造商纷纷推出各自的产品, 使得单片机的型号多得已达到难以统计的地步。 其中享有盛名的当属芯片制造业巨头In teI公司开发的单片机, 其早期推出的M C S - - 4 8 系列单片机是一种功能比较简单、 西北工业大学硕士学位论文寻址范围很有限的低性能8 位单片机, 除了一些传统的应用领域( 如键盘控制器)外, 这类单片机已在很大程度上被稍后推出的M C S 一51系列8 位单片机所取代。在M C S 一51系列单片机的内核8 0 51/8 0 C 51的基础上, In tel公司、 P h ilip s公司、S iem en s公司等很多大公司纷纷推出了名目繁多的派生芯片。 这类单片机是目前世界上用的最为广泛的一类单片机。 它的繁衍之路也是其他系列单片机发展的共同道路。 归纳起来, 它是沿着以下两条路发展的:①改进集成电路制造工艺, 提高芯片的工作速度, 降低工作电压和降低功耗。 早期的8 0 51的最高振荡器频率为12M H z , 一个机器周期为1“S 。 In tel公司推出的8 0 C 51Z X 的一个机器周期仅为1/6 us。 早期的8 0 51正常工作电压都是5v , 而P h ilip s公司的8 0 C L 51/8 0 C L 4 10 可工作于1. 8 V 的低电压。 8 0 C L 51/8 0 C L 4 10是全静态设计的, 当芯片采用外部时钟时, 可工作于直流状态, 即可把外部时钟完全关掉仍能保持住芯片的内部状态: 当时钟重新加上去时, 芯片会继续正常工作。 当外部时钟停止时, 芯片的消耗电流只有luA 。②在保留共同的C P U 体系结构、 最基本的外设装置( 如异步串行口、 定时~一器等1和一套公用的指令系统的基础上, 根据不同的应用领域, 把不同的外设装置集成勤愁片荫: 。 社向兰蒙族。 芮繁稀烂茁菩稀塾崩革片机。In tel公司在8 0 51/8 0 C 51的基础上已衍生出lO 种共50 多个型号的芯片;P h ilip s公司在8 0 C 51的基础上衍生出20 多种近50 个型号的芯片。 用户可根据系统设计的要求使用合适的型号, 而不必重新熟悉指令系统和C P U 的结构。综上所述, M C S - - 9 6系列16位单片机具有更丰富的软硬件资源, 具有更高的性能。8 位单片机和16位单片机是真正的单片微型计算机, 因为它们包含了~台计算机所应该有的全部基本部件。 从这个含义来讲, 已问世的32位单片机已不是名副其实的单片计算机了, 因为它们一般都不把存储器部分集成在同一块芯片上。 In tel公司把前者称为嵌入式微控制器( E m b ed d edM icro co n tro ller), 把后者称为嵌入式处理器( E m b ed d edP ro cesso r)。 为了简便, 可把它们统称为单片机。1. 2. 2单片机的新技术特点从20 年来单片机的发展历程可以看出, 单片机技术的发展以微处理器( M P u )技术及超大规模集成电路技术的发展为先导, 以广泛的应用领域拉动, 表现出以下技术特点。单片机长寿命。 这里所说的长寿命, 一方面指用单片机开发的产品可以稳定- 2. 西北工业大学硕士学位论文换代的速度越来越快, 以38 6、 4 8 6、 58 6为代表的M P U , 几年内就被淘汰出局,而传统的单片机如8 0 51、 6 8 H C 0 5等年龄已有近二十岁, 产量仍是上升的。 一些成功上市的相对年轻的C P U 核心, 也会随着I/O 功能模块不断丰富, 有着相当长的生存周期。8 位、 32位单片机共同发展。 这是当前单片机技术发展的另一动向。 长期以来, 单片机技术的发展是以8 位机为主的。 随着移动通讯、 网络技术、 多媒体技术等高科技产品进入家庭, 32位单片机应用得到了长足、 迅猛的发展。单片机速度越来越快。 为提高单片机抗干扰能力, 降低噪声, 降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。 一些8 0 51单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序, 在不提高时钟频率的条件下, 使运算速度提高了很多,M o to ro la 单片机则使用了琐相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。 68 H C 0 8 单片机使用4 . 9 M H z外部振荡器, 而内部时钟达32M 。三星电子新近推出了1. 2G H z 的A R M 处理器内核H a lla 。低电压与低功耗。 几乎所有的单片机都有W a it、 S to p 等省电运行方式。 允许使用的电源电压范围也越来越宽。 一般单片机都能在3到6V 范围内工作, 对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。 低电压供电的单片机电源下限已由2. 7 v 降至2. 2V 、 1. 8V 。 O . 9V 供电的单片机已经问世。低噪声与高可靠性技术。 为提高单片机系统的抗电磁干扰能力, 使产品能适应恶劣的工作环境, 满足电磁兼容性方面更高标准的要求, 各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。 如sT 公司的g P S D 系列单片机片内增加了看门狗定时器, N S 的C O P 8 单片机内部增加了抗E M I电路, 增强了“看门狗” 的性能。IS P 及IA P 。 在片编程技术( In S y ste m P ro g ra m m in g )及在应用中编程( InA p p lic a tio nP ro g ra m m in g )J置. 过单片机上引出的编程线、 串行数据、 时钟线等对单片机编程, 编程线与I/O 线共用,不增加单片机的额外引脚。 IS P 为开发调试提供了方便, 并使单片机系统远程调试、 升级成为现实。1. 2. 3本绕线机中所选用的单片机虽然8 位单片机是目前用得最广的单片机, 但是在一些比较复杂得系统中,它就显得力不从心了, 在这些情况下, 我们就得考虑使用那些较高级的16 位单 西北工业大学硕士学位论文片机。而这里要介绍的绕线机由于其所需配备的外围设备的复杂度、 高速的控制响应能力以及较高的实时处理、 实时控制需要, 采用M C S - - 9 6 系列16 位单片机8 0 C 19 6K C 。 现对此做较详细的介绍。M C S 一9 6系列16位单片机特别适用于各类自动控制系统, 如工业过程控制系统、 伺服系统( 随动系统)、 分布式控制系统、 变频调速电机控制系统等。 还适用于一般的信号处理系统和高级智能仪器、 高性能的计算机外部设备控制器和办公自动化设备控制器。 这些系统通常要求实时处理、 实时控制。 和M cs一51系列相比, M C S - - 9 6系列单片机至少在以下几个方面提高了系统的实时性:①C P U 中的算术逻辑单元不采用常规的累加器结构, 改用寄存器一寄存器结构。 C P U 的操作直接面向256 字节的寄存器, 消除了一股C P U 结构中存在的累加器瓶颈效应, 提高了操作速度和数据吞吐能力。②256 字节的寄存器中24 字节是专用寄存器, 其余的232字节是通用寄存器, 那比起一般C P U 的寄存器数量要多得多。 这样就有可能为各中断服务程序中的局部变量指定专门的寄存器, 免除了中断服务过程中保护寄存器现场和恢复寄存器现场所支付的软件开销, 大大方便了程序的设计。③有一套效率更高、 执行速度更快的指令系统。 可以对带符号数和不带符号数进行操作, 16位乘16位指令的执行时间为1. 4 ~6. 25ps( 对不同型号的芯片),32位除16位指令的执行时间为2. 4 ~6. 25uS ; 还有符号扩展、 数据规格化( 用于浮点计算中)等指令。 此外, 3操作数指令大大提高了指令效率。④在8 0 C 19 6 K C 以后的芯片中, 增加了一个外设事务服务器P T S , 专门用于处理外设中断事务。 和普通中断服务过程相比, P T S 服务大大减少了C P U 的软件开销。除了上述几点外, M C S - - 9 6系列单片机还集成了更为丰富的外设装置。 概括现有的资料, M C S - - 9 6系列单片机包含的外设装置有:( 1)振荡器和时间发生器。( 2)定时器/计数器。( 3)标准输入, 输出口。( 4 )全双工异步和同步串行输入, 输出口。( 5)监视定时器( W a tch d o gT im er), 用于提高系统抗干扰能力。( 6)模拟/数字转换器。( 7 )高速输入, 输出器( H sIo )或事件处理器阵Y U ( E P A )。 用于记载引脚上输入事件( 信号电平的跳变)的发生时刻和按预定的时间执行操作。( 8 )脉宽调制输出。 可用于直接驱动电机类的执行元件, 滤波后获得直流输出。( 9 )波形发生器。 可直接输出三相脉宽调制波形。 特别适用于变频调速电机控制系统。 可用于驱动三相交流感应电机、 直流无刷电机、 步迸电机等多种类型. 4 - 西北工业大学硕士学位论文的电机。0 0 )外设事务服务器( P T s)。 它是一种微代码硬件中断处理器, 提高了中断事务的实时处理能力。( 1D 从口( S la v e P o rt)。 它是单片机( 从机)与其它微处理器或单片机( 主机)的一个并行通信接口, 具有简单的通信握手功能。频率发生器。 能产生一定范围的频率信号, 其典型用途之一是形成频率调制的编码信号。( 13)片选输出单元。 可直接对外提供片选信号, 对应的地址范围可由软件确定。 西北工业大学硕士学位论文第二章绕线总设计思路本绕线机要能实现自动给不同径度的骨架进行绕线, 能根据骨架的尺寸和绕线时的各种要求( 绕线圈数、 组数、 角度等)计算出具体的上线长度和控制步骤,然后由单片机发出信号控制主电机和步进电机作相应的转动。 其中对于步进电机有专门的驱动电路来产生步进相序, 主交流电机可设计成使用~个交流变频器,设定频率后调节变频器上的控制端口来决定启停、 正反转及点动。要使绕线机绕线, 交流主电机和步进电机需要一定的控制信号。 8 0 C 19 6K C通过输出口可以发出交流电机的启停、 正反转、 点动信号和步进电机的正反转、脉冲、 使能信号。图2. 1绕线参数需要键盘来输入, 并在液晶模块上显示, 按键应尽量少, 液晶显示模块应有足够大的显示容量和字符图库。绕线时需要实时的显示当前所绕的圈数, 计量主电机转动圈数, 经考虑主电机的减速比, 获得绕线圈数, 并且在所得的圈数和预先设定的总圈数相等时能停止绕线。 这里使用的是光电检测。当然, 单片机还要在扩展一片E P R O M 来存放能自动操作运行绕线机的程序。 西北工业大学硕士学位论文据以上所述可构绘出总的设计结构图, 如图2. 1。圈数的环节, 并且在检测到的圈数和预先期望的总圈数相等时能快速停止主电机, 这便是所需考虑的光电检测环节。当然, 单片机还要在外面扩展足够大的E P R O ~I来存放能自动操作运行绕线机的程序。据以上所述可构绘出总的设计结构图如图2. 1。分析光电检测轴角检测:根据前面分析, 由于使用双电机绕线时主电机是负责将线往磁环( 以后称作骨架)上缠绕, 主电机带动储有线的导轨( 即导梭轮)旋转,导梭轮从骨架中间转过一圈, 线即在骨架上缠绕一圈, 所以若能将线旋转的每一圈都感应到, 便能实时获得缠绕圈数。 在这里使用红外线接收装置, 将红外线垂直于导梭轮的转动平面, 导梭轮转动时能带着线快速穿过红外感应区, 这样就会产生一个光脉冲信号, 只要将其转换为电脉冲信号, 经驱动后送入单片机, 就能进行绕线时的圈数控制。光电检测只能检测到绕线时的圈数, 如果导梭轮上没有线, 不管主电机转多少圈, 光电检测不会产生脉冲。 线由主电机储到导梭轮上, 储线的时候线不经过红外感应区的, 要控制储线长度, 这里使用的是轴角检测, 只要在主电机定子上放置一个霍尔元件, 在转子上放置磁体,随着转子的转动, 霍尔元件就会感应出信号。步进驱动; 将单片机发出的步进控制信号整形放大并作相应的变换, 生成驱动电机的电流序列, 使步进电机进行正反转启停、 点动。变频控制: 根据变频器上所设置的频率配合单片机发给变频器的控制信号, 使交流电机随意启停、 正反转运行及点动。编程控制: 由输入1: 3响应操作面板上的按键动作, 经单片机处理, 完成各项任务。其中包括各种参数值的编入、 启停主电机和步进电机、 自检等。液晶模块: 实时接收单片机发出的信号来快速显示各种页面: 初始化欢迎页面、编程参数设最页面、 储线绕线提示页面、 储线绕线数据动态显示页面、隐含参数设置页面。 西北工业大学硕士学位论文运用P r o tel9 9 绘制出的绕线所设计的操作面板主要是由液晶显示屏和键盘组成。 外接日常使用频繁的复位和启停按钮。 根据控制与编程需要, 在键盘上设定了9 个键, 分别为: ( f )、( I)、 ( 一)、 ( 一)、 ( 复位)、 ( 点动)、 ( 编程)、 ( 自检)、 ( 启/停)。用户可以根据键盘上的9 个键来发出各种操作命令, 各个键说明如下:( f )①当液晶显示屏上显示“K E Y ” 初始状态字样时, 按下此键表示操作步进电机进行正向点动。②在编程状态下, 当液晶屏闪烁光标位于屏幕左上角时, 按下此键表示对编程参数页进行向上翻页。③在编程状态下, 当液晶屏上光标闪烁在可变换参数数字处时,按下此键表示对这一位数字进行循环增加( 为9 时增为0 , 若此参数仅有0 与1二值, 则在其间循环增加)。④对于其他情况下按下此键一律屏蔽。( 4 )①当液晶显示屏上显示“K E Y ” 初始屏幕状态字样时按下此键表示 西: lb: 【业大学硕士学位论文( 复位)( 点动)( 编程)( 自检)操作步进电机进行反向点动。②在编程状态下, 当液晶屏闪烁光标位于屏幕左上角时, 按下此键表示对编程参数页进行向下翻页。⑨在编程状态下, 当液晶屏上光标闪烁在可变换参数数字处时,按下此键表示对这一位数字进行循环减少( 为0 时减为9 , 若此参数仅有0 与1二值, 则在其间循环减少)。④对于其他情况下按下此键一律屏蔽。①在编程状态下按下此键表示向左移动液晶闪烁光标。②对于其他情况下按下此键一律屏蔽。①在编程状态下按下此键表示向右移动液晶闪烁光标。②对于其他情况下按下此键一律屏蔽。①无论何时, 按下此键即进行硬件复位, 返回初始状态, 液晶显示“K E Y ” 屏幕。②与外接的复位按钮并联, 二者功能相同。①当液晶显示屏上显示“K E Y ” 初始屏幕状态字样时按下此键表示操作主电机按设置好的点动频率运转。②在启动状态下按下此键, 可使得主电机由运行状态转变为点动状态。③对于其他情况下按下此键一律屏蔽。①表示参数设置, 在“K E Y ” 状态下按下此键后进入参数设置模式。②若本已处于编程状态, 按下此键即表示确认参数的设置, 将其保存, 退出编程状态。 返回“K E Y ” 初始状态。③对于其他情况下按下此键一律屏蔽。①表示系统电路自我故障检测, 在“K E Y ” 初始状态时按下此键,绕线机自动检测液晶显示模块、 步进排线电机、 交流主电机,并在液晶上显示检测结果, 然后返回到“K E Y ” 初始状态。②在按过一次( 启/停)键后按下此键可跳过储线状态. 液晶上显示是否绕线的询问语句, 再按一次( 启/停)键便开始绕线。⑧对于其他情况下按下此键一律屏蔽。( 启/停)①在“K E Y ” 状态时按下此键, 液晶显示是否开始储线的询问语句 西北工业大学硕士学位论文再按一次此键便启动储线, 同时动态显示储线信息, 储线完毕后系统自动暂停, 液晶再次显示询问信息, 问是否开始绕线,第三次按下此键便开始绕线, 同时动态显示绕线信息, 绕线过程中按此键可暂停绕线。②与启/停按钮并联, 二者功能相同。2。 3参数设置绕线所涉及的参数可以考虑到两方面: 首先是可咀在任何时候都能直接进入参数设置状态, 通过键盘键入和液晶显示屏显示来修改设置的参数, 称作主参数;其次是不能随意进入修改设置的, 只能在某种特殊情况下方能进入其设置状态,称为隐含参数。2. 3. 1b r o U DD OD lD 2D 3NPZX主参数半. 水木术卑聿宰. 球木半术. 丰半半牢. 木木斗术木水丰水幸. 丰组数储线长度单位: m转位方向o /I可设多组绕线时, 绕完一组线后骨架按照顺时针或逆时针方向旋转某设定的角度( 由Z 参数决定)卜逆时针1~顺时针线径单位: m m压棍直径骨架外径骨架内径绕线匝数单位: m ill单位: m m单位: 吼排线角度单位: 。在往返排线( F = I)时, 限定排线的角度范围, 在单向排线时无意义转位角度单位: 。在多组往返绕线( g = l且G r o u p > 1)时, 绕完一组后骨架所要旋转的角度, 在单向排线时无意义排线方向o /I可设绕线时线圈按照顺时针或逆时针方向排线一顺时针木木林料术 西北r 业大学硕十学位论文SU¥刹车设置o /1可设O 一组与组之间或暂停时刹车后放开l一组与组之间或暂停时刹车后不放开¥绕线可设多组绕线一连续绕下一组单组单向绕线 度后暂停F}排线一单向排线一往返排线在进行一次绕线时, 可以设置成多组绕线, 比如可以是两组( G ro u p = 2), 这时候就要考虑到两组线绕在骨架上的位置, 假设把两组线的排线 度, 转位角度z 参数设为6 0 度, 绕线时可以是顺时针, 即x 参数为1,若将F 设为1, U 设为0 , S 设为0 , I设为1, 设好N 圈数和其余参数, 启动后先是将计算得的L 长度的线储到导梭轮上, 然后先顺时针在120 度范围内往返绕N 圈, 绕完时刹车后放开, 然后先回到起始位置, 顺时针转过60 度, 再继续在120 度角度内顺时针往返绕下一组, 绕完预定圈数后刹车刹住交流主电机从而停【}。2. 3. 2隐含参数D S Z料}. ¥导梭轮直径单位: m mP R E料预制动匝数主电机按提前所设定的匝数开始减速, 与变频器的减速时间配合使用, 以实现软停机注: 几种特殊情况1. 隐含参数修改办法: 在断电的情况下按住( 启/g /)键上电后放开该键, 按编程键进入隐含参数设置页。 这点可以在程序编写中考虑到。2. P R E ( 预制动圈数)与主轴转速及变频器参数( 减速时间)有关, 主轴转速越快或减速时间越长, 则要求P R E 值越大。 具体数值应以每组绕到最后12匝时主轴转速能够降到预制动频率( 变频器显示3. O H z以下, 一般为1. 6H z)为准, 以实现主轴软制动, 确保绕线精度及防止急刹车造成线梭及其他部件不必要的磨损。3. 在待机状态( L C D 显示“K E Y ” )下, 连按两次( 启/停)键后进入储线状态, 储 西北工业大学硕士学位论文完后按一次( 启/停)键后进入绕线 . 若导梭轮上本来就已经储好线了, 不用再一次储线, 则可按一次( 启/停)键后, 按一次( 自检)键可跳过储线状态, 再按一次( 启/停)键进入绕线状态。 西北一r业大学硕十学位论文3. 1光电检测第三章检测对于大多数的光电装置, 光电器件需要通过检测电路才能实现光电信号的变换作用。 通常, 光电检测电路是由光电检测器件、 输入电路和前置放大器组成。输入电路是连接光电器件和电信号放大器的中间环节, 它的基本作用是为光电器件提供正常的电路工作条件, 进行电参量的变换( 例如将电流和电阻转换为电压), 同时完成和前置放大器的电路匹配。 输入电路的设计应根据电信号的性质、 大小, 光学的和器件的噪声电平等初始条件以及输出电平和通频带等技术要求来确定电路的连接形式和工作参数, 保证光电器件和后级电路最佳的工作状态, 并最终使整个检测电路满足下列技术要求:1)灵敏的光电转换能力: 使给定的输入光信号在允许的非线性失真条件下有最佳的信号传输系数, 得到最大的功率、 电压或电流输出。21快速的动态响应能力: 满足信号通道所要求的频率选择性或对瞬变信号的快速响应。3)最佳的信号检测能力: 具有可靠检测所必需的信噪比或最小可检测信号功率。4 )长期工作的稳定性和可靠性。图3. 1图3. 1为红外接收解调控制电路。 图中, IC l是红外接收头, IC 2是L M 567 。L M 567 是一片锁相环电路, 采用8 脚双列直插塑封。 其⑤、 ⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率t2, f 2- = l/1. 1R C 。 其①、 ⑦脚通常分别通过一电容器接地, 形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。 ②脚所接电容决 西北工业大学硕士学位论文定锁相环路的捕捉带宽: 电容值越大, 环路带宽越窄。 ①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。 ③脚是输入端, 要求输入信号> 25m y 。 ⑧脚是逻辑输出端,其内部是一个集电极开路的三极管, 允许最大灌电流为10 0 m A 。 L M 567 的工作电压为4 . 7 5~9 V , 工作频率从直流到50 0 k H z , 静态工作电流约8 m A 。 L M 56 7的内部电路及详细工作过程非常复杂, 这里仅将其基本功能概述如下: 当L M 567的③脚输入幅度> 25m Y 、 频率在其带宽内的信号时, ⑧脚出高电平变成低电平,②脚输出经频率/电压变换的调制信号: 如果在器件的②脚输入音频信号, 则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。 在图3. 1的电路中我们仅利用了L M 567 接收到相同频率的载波信号后⑧脚电压由高变低这一特性, 来形成对控制对象的控制。把L M 567 的⑧脚信号送入到单片机进行相应处理, 如下图:图3. 2光电检测端口送入三根线, 一根是电源V C C , 一根是电源地, 另一根是光电溪爨信号, 有上拉电阻, 在没有检测到有红外信号时, 这根线的一个反相器驱动后送入H S I. 0 的一直为低电平“0 ” , 而当绕线时红外装置感应到线的穿过产生光电脉冲, 这根线 ” , H IS . 0 上输入变为“l” , 此时可由单片机进行圈数的累积, 同时与预定圈数进行比较, 送液晶显示。图中JP l的③脚在外部即L M 567 的⑧脚连有上拉电阻。3。 2轴角检测要检测交流主电机转过的圈数, 在储线阶段线不能通过红外接口, 所以要精确得控制储上的线的长度, 只能通过检测电机的轴角来确定主电机转过的圈数,再通过主电机与导梭轮之间的变速关系、 主电机转子周长来推算出线所示的各种方法( 分别为径向磁极、 轴向磁极、 遮断式)设置磁体,将它们和霍尔开关电路组合起来可以构成各种旋转传感器。 霍尔电路通电后, 磁一震 堕!!: !些奎鲎翌主兰垡笙奎体每经过霍尔电路一次, 便输出一个电压脉冲。例3. 3这时候, 可以由此对转动物体实施转数、 转速、 角度、 角速度等物理量的检测。 例如在转轴上固定一个叶轮和磁体, 用流体( 气体、 液体)去推动叶轮转动,便可构成流速、 流量传感器。 在车轮转轴上装上磁体, 在靠近磁体的位置上装上霍尔开关电路, 可制成车速表, 里程表等等。 现在我们是在交流电机的转子上装上霍尔开关电路, 于是我们可以通过对产生的电脉冲的计量来得出交流电机的转速。对轴角检测出的信号作如下图3. 4 中的处理:图3. 4轴角检测送入四根线。 两根分别是电源V C C 和电源地, 另两根为轴角检测信号, 将这两个信号浮地输入, 可有效的防止外部干扰, 将它们接入D S 26L S 32A 芯片, D S 26L S 32A 输出信号接入到D M 7 4 L S l23N , 再把输出送到单片机的H IS . 1引脚处理a 于是, 当检测到一个轴角脉冲时, H S II上就会产生一个脉宽为7 6. 5微妙的脉冲。 西北工业大学硕士学位论文1B1A1yG2 y簸箱S 附D图3. 5D S 2 6 L S 3 2 AD S 26L S 32A 是对平衡的或不平衡的数字信号传输时所使用的拥有四个差分线性接收器的芯片。 它的使能功能对四个接收器都是~样的, 并能提供一个有效高电平或有效低电平输入的选择。 三态的输出允许了直接连接到总线结构的系统。如果输入是开路, 则它的自动防故障装置确保了其相应的输出一直是高电平。F U N C T I Q NT A B L E爨聍F E R E 黼I≯啦^一馨勖l赢垂勰漆棼露Ho U T 势L 肾yXHV 盼津V l粉XL辩HX,V lT 一董|II^B 繁謦捧+XL,H, 【重.V ID 《V r T -XL1-XLHZI'tXHO p e nXL鞫表3. 1L S 32功能表注:在两个使能信号中任一个有效的前提下, 若A 与B 的差分电压V ID 超过了正阈值电压V IT + , 输出Y 为高电平。 若A 与B 的差分电压V , 。 低于负阈僮电压V IT 一, 输出Y 为低电平。 西北工业大学硕士学位论文lR 蒯l3}『剃捌G 捌e 榭图3。 6 D M 7 4 L S l2 3 N观上图, D M 7 4 L S l23N 是可重触发的单稳多谐振荡器, 是由直流触发的, 它所产生的基本的脉冲宽度是由所选择的外部电阻和电容决定的。 它有一个内在的时基电阻使得整个电路只需再添加一个外部电容即可。 一旦触发了, 只要给低电平有效的A 端或者高电平有效的B 端加一个有效信号重触发一下, 基本的脉宽就能延伸下去, 丽若给低电平有效的C L R 清除端加~个有效信号, 则基本脉宽将减少。L S l23F谢C T ]瀚0翻l群毛塞黩张雕嚣icl让背缉隋G L I置瀛嚣磊群QQ耋I瓮HXXXk差ItLHHH鬟XHL擎H ^ VH ^ VJ气、 l-鞋毒k掌表3. 2L S l23功能表注:在C L R 为高电平时, 当A 端由高变低且B 端为低时, 或者当B 端由低变高且A 端为低时, 输出端Q 输出一正脉冲, 其脉宽T w 是一个由外部元件C ex t和R ex t组成的函数, 当C ex t10 0 0 p F 时, T w = K * R ex t* C ex t, K 为0 . 4 5; 当C ex tlO O O p F时, T w = 6+ 0 . 0 5* C ex t( p F )+ O . 4 5* R ex t( K Q )* C ex t+ 11. 6* R ex t。C ex t端口己在芯片的内部接了地, 但是为了追求最佳的系统性能, C ex t应该再硬线接地。 应当注意的是得保持R ex t和C ex t与振荡器之间的尽可能近的距 西北T 业大学硕士学位论文离, 从而使R ex t/C ex t接点和R ex t/C ex t引脚之间的感抗达到最小。 好的接地和充足的旁路得被设计到系统中从而获得最优性能, 并确保不会有失败的触发存在。为了能方便的调整脉冲宽度, 可以将接入的R ex t接成一个变阻器, 只要调节变阻器的阻值, 就能相应的改变T w 。在重触发时, C ex t需得先放流, 之前重触发信号将没有任何作用, 其放流时间为小于0 . 22C ex t( p F ), 单位为毫微秒( 10 1秒), 典型值是0 . 0 5 C ex t( p F )。为了使输出脉宽对于变化的设备所产生的偏移达到尽可能的小, C ex t被建议去选取为10 0 0 p F 。在本设计中采用的是轴向磁极的方法来放置磁体, 在交流电机的转子上均匀嵌置十个钢磁, 而将霍尔元件固定着对准电机转子, 当电机转动一圈时就会产生十个霍尔脉冲, 于是便能实时把H S ll上接收到的脉冲数除以十来获得电机所转过的圈数, 换言之, 在储线过程中的上线长度依此便可得出。 西北工业大学硕士学位沧文4 . 1步进电机第四章基本控制环节在绕线机中步进电机是非常重要的一部分, 绕线的疏密度与步进电机的步进速度密切相关。 由于步进电机独特的结构与驱动方式, 故在此对其作较深入的探讨。4. 1. 1步进电机基础图4 . 1上图粗略画出了步进电机的两个重要组成部分: 定子和转子。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 通俗一点讲: 当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度( 及步进角)。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量, 达到准确定位; 同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度, 从而达到调速的目的。步进电机分三种: 永磁式( P M ), 反应式( V R )和混合式( H B )。永磁式步进电机一般为两相, 转矩和体积较小, 步进角一般为7 . 5度或15度: 西北工业大学硕士学位论文反应式步进一般为三相, 可实现大转矩输出, 步进角一般为1. 5度, 但噪声和振动都很大。 在欧美等发达国家8 0 年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。 它又分为两相和五相: 两相步进角一般为1. 8度而五相步进角一般为0. 7 2度。 这种步进电机的应用最为广泛。一般步进电机的精度为步进角的35%, 且不累积。保持转矩( H O L D IN GT O R Q U E )是指步进电机通电但没有转动时, 定子锁住转子的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一, 通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。 由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减, 输出功率也随速度的增大而变化, 所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。当步进电机转动时, 电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势; 频率越高,反向电动势越大。 在它的作用下, 电机随频率( 或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。剖开双极型混合式步进电机外壳看其本质( 看图4 . 1), 在它的定子极上缠绕的绕组产生了一个旋转磁场, 使用双向驱动电流, 随着绕组中电流导通的次序,电机一步步的转动起来。对于这样的电机有三种驱动序列:第一种是按照A B /C D /B A /D C 的次序给绕组施加电压( B A 意味着给A B 绕组加电压但以相反的方向)。 这个序列叫作单相全步模式或波形驱动模式。 ( 见图4 . 2所示)每; 守辔第二种是两相同时都给施加电压, 这样转动时转子总是定位在两极的中间图4 . 2单相全步( 见图4 . 1. 3), 这被称作两相全步模式, 对双极型步进电机来说这是很正常的驱动序列, 这样能得到最高的转矩。◇令 ◇◇尊・■●日一图4 . 3两相全步 西北丁业大学硕士学位论文令审令令矗_^ _A ●图4 . 4 半步模式第三种是先给一相加压, 再给两相加压, 再一相这样电机转动时每次转半步( 见图4 . 4 ). 这叫做半步模式, 它有效的将步进电机的步进角度减半, 但是所给的转矩变小了。注: 使用这三种模式时只要将加压的指令反转便能使电机逆时针转动。 图中的电机在全步模式下每步为9 0 。 , 实际的电机有很多极, 能将步进角减少很大程度,但是绕组的数目和驱动的序列是不可改变的。4 . 1. 2步进电机及其驱动电路的选择选择步进电机时, 可考虑它的体积与重量; 它的步距角应该小一些, 这样在绕线时不至于绕的太稀疏; 它的定子驱动电流不宜过高; 其次还得看保持力矩,应该选取保持力矩较小的, 以免在步进电机没有足够大的输出力矩来使转子摆脱保持力矩的束缚。 基于以上几点, 经挑选, 对照参数, 选中了57 B Y G 4 0 2型号的步进电机, 它机身长57 m m , 重60 0 9 , 步距角是1. 8 度( 全步运行时), 定子电流为1. 5A , 保持转据是6K g . cm , , 它的相电阻和相电感都比较小, 这样避免了不少电能的损耗, 它的定位力矩较大, 这样在电机断电时能迅速的由定子定住转子, 避免刹车不及时而造成转位角的误差。给步进电机驱动, 使得步进电机绕组上有足够的电流流过, 并且每相的电流次序能满足所选择的模式, 还能方便的启动停车、 正反转步进、 点动。 如果需要的话可以设计在不同的模式中随意的转变。 由于L 29 7 和L 29 8 N 组成的电路是目前使用得非常广泛的专门为步进电机做驱动的组合电路, 它能产生高达2A 的驱动电流, 因此选用了L 29 7 和L 29 8 N 组成驱动控制电路。 西北二【: 业大学硕士学位论文4. 1. 3步进电机控制器~L 297我们能在很多地方找到L 29 7 的应用打印机( 滑动轮位置, 菊花轮位置, 纸张流入, 带子流入), 打字机, 绘图仪, 数控机器, 机器人, 软磁盘机, 电子缝纫机, 收银机, 影印机, 电报机, 电子汽化器, 电传复印机, 照相设备, 纸带读出器, 光学字符识别器等。L 29 7 集成了用来控制双极和单极步进电机所需的所有控制回路, 配合上一个例如L 29 8 N 或者L 29 3E 一样的双桥驱动器就能形成一个完全的双极型步进电机接口微处理器。 单极型步进电机只需L 29 7 和一个四达林顿管阵列便可被驱动。L 29 7 步进电机控制器主要和一个L 29 8 N 桥式驱动器联合着使用在步进电机的驱动应用中。 它从系统的控制器( 通常是一个微机芯片)中接受控制信号, 然后给功率放大级提供所有必需的驱动信号。 另外, 它包含着两个P W M 断路器来调节电机绕组中的电流。 L 29 7 能驱动两相双极永磁电机、 四相单极永磁电机和四相可变磁阻电机。 而且, 它还能应付正常模式、 波形驱动和半步驱动模式。L 29 7 + 驱动器的联合有许多的优点t所需的元件很少( 因而总的开支低, 可靠性高, 所需空间小), 软件开发简化, 在细微处的负担减少了。 进一步而言, 双芯片方法的选择给予了高度的适应性- - L 29 8 N 能独立地用在直流电机上, 而L 29 7能使用在任意的功率放大级, 包括离散的功率设备( 为此它提供20 m A 的驱动)。对于绕组电流需上升到2A 的双极电机, L 29 7 应该和L 29 8 N 配合使用; 对于绕组电流要上升到lA 的双极电机建议使用L 29 3E 。L 29 7 是用S G S ( 欧洲著名的S G S - 汤姆逊电子集团)公司的模拟/数字兼容集成注入逻辑电路制造的, 它被装配成20 引脚的双列直插式塑封, 使用5V 电源, 所有的信号线都是T T L /C M O S 兼容的或是开集电极晶体管。 它的制造技术上的关键特性之一是其高密度性, 所以它的硬模很是紧密。 西北1业火学硕士学位论文L 29 7 的引脚封装图如下所示V I2 021931矗 75L 29 7161'Ie, 39 I柑图4 . 5L 29 7 引脚封装S Y N C 为同步信号端, 当使用多片L 29 7 时可将它们的S Y N C 连在一起来加以同步: H O M E 是八步序列中的第一个原始状态; A 、 B 和c、 D 为一对分别连步进电机两相绕组的正负极。 R E S E T 可将L 29 7 复位, O S C 为L 29 7 提供晶振信号, V r ef和S E N S E l、 S E N S E 2可对步进电机绕组电流斩波, 若要对步进电机的布局步距角进行细分, 可控制V ref 的变化使得绕组电流能近似于正弦曲线 的内部结构图, 其中的核心是译码器( T ra n sla to r), 它能为半步、 单相全步和两相全步操作生出适当的相位序列。 这一单元是由两个模式输入一方向( C w /cC llr)和步式H A L F /F U L L 控制的, 还要送进一个步进时钟给译码器以便控制从某一步向下一步运进。 译码器产生了四个输出信号送入到输出逻辑单元进行下一工序, 输出逻辑单元执行抑制和断路器的功能。撇桃一。黼冉。 |耋。~ 西北工业大学硕士学位论文图4 . 6L 29 7 内部结构图译码器内在地拥有一个三位计数器和一些合成逻辑来生成一个基本地八步格雷码序列( 见图4 . 7 )。 从这个主序列中能很容易地产生所有地三种驱动序列。在H A L F /F U L L 引脚输入一个高电平, 在这种状态的序列下运转的步进电机就会直接相应地转入到半步模式。固嘲日I硼燃 O10 婚喂獭艺m O OO l豫图4 . 7 译码器的八步主序列这个半步模式序列的输出波形图如图4 . 8 中所示 西北工业大学硕士学位论文勰nnnm n门nnn门n广。. 广1。 .B ]广]c, .. 广_ 1. . 厂。 一o ].黼]。 厂]广1广1瓣i1. . 厂]。 。 . 厂L。 厂^。。 广]。. 。 。 厂].. 。图4 . 8 半彬序列输出注意另外两个信号: IN H I和IN H 2, 它们是抑制信号, 它们连到L 29 8 N 的使能输入端, 当电机的~个绕组关断使它们能加速电流的衰退。 在两相全步模式中由于两相绕组都被不停地加压使得没有哪一相绕组会关断, 因而这两个信号不会产生。在八步序列中跳过交替的状态就能获得两个全步模式。 步进时钟迂回到译码器中的三位计数器, 当全步模式被选择时. ( H A L F /F U L L 输入为低电平), 计数器的最低有效位无效。如果所选的是全步模式, 当译码器是在任何的奇数状态时, 我们得到了两相全步序列, 如图4 . 9 。l35,II5,1,',勰]m 门m 门n门nnrl厂1广酾o. 。 . . . . . . . 。 . . 。 . 。 .飘O 。 。 . .图4 . 9 两相全步序列- 25. 西北工业大学硕士』 学位论文与此相对, 选择全步模式且当译码器在一个偶数状态时就能获得单相全步模式,见图4 . 10。㈣●㈣o lo o葡蠢1r『矿1]rI广V ]f]厂m n厂。 n门a. . 。 . 。 . r1nn。 1. 一. 厂t.丽. 广弋n n n . 门门厂黼_ l门几门几1]厂1图4 . 10 单相全步序列一厂1厂f 1一. 一n.c.n. 厂_ l厂1.再讨论一下IN H I、 IN H 2的作用吧。 注意一下L 29 8 N 的一半与一个两相双极电机的第一相的连接( 见图4 . 11)。 记住L 29 8 N 的A 和B 输入决定了在每个推拉对中哪个晶体管会导通。 另一方面, IN H I关断了所有四个晶体管。nR I妮CU R R I翻T - 岫-庸E C IR C U L A T N _ _ ◆图4 . 1l当一相关断时抑制输入激励着加速电流的衰退B 西北工业犬学硕士学位论文假设A 是高电平, B 是低电平, 电流流过Q 1、 Q 4 和电机绕组。 如果A 现在变成低电平了, 电流将通过D 2、 Q 4 和R s续流, 在R s上产生一个低的衰退和和增加的耗散。 另一方面, 如果A 拉低且IN H l激活, 所有四个晶体管都被关断了。在这种情况下电流续流会从地经过D 2和D 3到V s, 产生一个更快的衰退,从而允许了电机的更快速的操作。 并且, 由于续流电流不经过R s, 那样就能使用一个更加便宜点的电阻了。 对于第二相绕组、 L 29 8 N 的另一半和信号C 、 D 和IN H 2, 情况是~样的。 IN H l和IN H 2信号是由或函数生成的:A + B = I N H lC + D = I N H 24. 1. 3桥式驱动器一L 298NL 29 8 N 包含两个桥驱动级, 每一个都由两个T T L 标准逻辑输入和一个T T L 标准使能输入控制。 另外, 较低级晶体管的发射极连接起来引到外面端口从而能连接电流感应电阻。 S O S 创新的离子灌输高电压/高电流技术被使用在L 29 8 N 上,于是它能应付高达160 W 的有效功率( 4 6V 供给电源, 每个桥路2A 的电流)。 为了减少耗散并能直接与L 29 7 或别的控制逻辑连接, 得提供一个独立的5V 逻辑供给电源输入。 L 29 8 N 的引脚标示着与L 29 7 端口相关的引脚名字来避免不必要的混淆。 L 29 8 N 是15腿的多瓦特塑料功率包装。图4 . 12L 29 8 N 内部结构图. 27 - 西jb 工业大学颈士学位论文L 29 8 N 的引脚功能列表如下M W . 15N a m eF u n c tio nl: 15S e n se A : S e n se B在这个引脚和地之间连接感应电阻来控制负载电流。2: 3O u tl: O u t2桥A 的输出; 流经这两个引脚和负载的电流在l脚被监控。4V s为功率输出级提供的电压。必须在此引脚和地之间接一个]O O n F 的无感应电容。5: 7In p u tl: In p u t2桥A 的T T L 可兼容输入。6: 11E n a b le A ; E n a b le BT T L 可兼容使能输入; 为低电平时会截止桥A ( E n a b le A )和/或桥B ( E n a b leB )8G N D地9Y ss逻辑单元的供给电压。必须在此引脚与地之间连一个tO O n F 的电容10 : 12In p u t3: In p u t4桥B 的T T L 可兼容输入。L 3: 14O u t3: O u t4桥B 的输出; 流经这两令弓l脚和负载的电流在15脚被监控。表4 . 1L 29 8 N 功能表功率输出级L 29 8 N 集成了两个功率输出级( A : B )。 功率输出级时一个桥式结构, 它的输出能在普通的或是差动模式下依靠输入级驱动一个感应负载。 流过负载的电流经过桥在S en se输出端出来: 一个外部电阻( R s)用来探测电流强度。输入级每个桥由四个门电路来驱动, 门级的输入是In l、 In 2、 E n A 和In 3、 In 4 、E n B 。 当E n 输入是高电平的时候In 输入就能设置桥的状态: 当输入E n 为低电平时抑制了桥。 所有的输入是T T L 兼容的。建议在v s和v ss到地之间必须得连接一个通常为lO O n F 的无感电容, 并且此电容得尽量地靠近G N D 引脚。 当供给电源的大电容距离集成电路板太远了, 则在靠近L 29 8 N 处得放置第二个较小的电容。感觉电阻不是线绕型的, 它必须被接地到靠近V s的负极。 每个输入必须以非常短的路径连接到驱动信号的源端。 在加上供给电压之前和在关断电压之前,使能输入必须得拖为低电平。 西北丁业大学硕士学位论文S , E P P e R■a 叮咯R■I■Ⅲ器乳黥掌髫兰甜D 鼢v F “2国b z Atr r 《2 0 0 n o图4 . 13典型驱动电路用一个L 29 7 和L 29 8 N 外加少许的元件如上图连接就能给两相步进电机提供驱动信号。 驱动电机绕组的电流能达到2A 。 单片机的高速输出口H S 0. 0、 H S 0. 1、H S 0 . 2给L 29 7 送入正反转信号C W /C C W 、 步进脉冲信号cL 0 cK 和使能信号E N A B L E ,H A L F /F U L L 接地, R E S E T 可接电阻连+ 5V 电源、 接电容接地。 V r ef 由+ 5V 电源经两个电阻分压后获得, 具体可自己设定, 与电流斩波相关, C O N T R O L 接+ 5V 电源, 使得在A B C D 上斩波。 S Y N C 、 H o M E 悬空, 其余如图中所连。 只要由单片机给出的三个控制信号能迅速准确地传送到L 29 7 中, 经L 29 8 N 的桥式驱动就会产生八步的相序使步进电机随着一个时钟脉冲步进一步。 由于所选的步进电机57 B Y G 4 0 2转子上均匀分布着50 个小齿, 因而步进角为360 。 /( 8 * 50 )= O . 9 。 。4 . 2变频控制交流电机是绕线的基础部件, 和步进电机一起, 实现绕线。 这里采用的交流电机是三相交流伺服电动机, 它将三相交流电输入到缠在定子上的线圈里, 从而产生旋转磁场来带动转子转动。 而由于改变输入的三相交流电的频率f 能起到改变电动机转动的速度, 所以使用了一个变频器来控制。 市场上变频空调、 变频微波炉主要就是变频器的实际应用。 西北上业人学硕士学位论文4 . 2. 1变频器的选择交流变频调速技术是强弱电混合的、 机电一体的综合性技术, 既要处理巨大电能的转换( 整流、 逆变), 又要处理信息的收集、 变换和传输, 因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。 前者要解决与高压电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题, 后者要解决( 基于现在控制理论的控制策略和智能控制策略的)硬、 软件开发问题( 在目前状况下主要是全数字控制技术)。变频控制原理所涉及的内容限于本文的篇幅暂且掠过, 由于已经有很实用的变频器, 接下来就介绍一下变频器的结构、 参数以及具体使用方法。在本设计中选用了P a n a so n iC 公司的D V 7 0 0 T 4 0 0 交流马达变频调速器。 见图4. 13所示。标壤接线, B l, C l, D 1电动机( K w )O 。 4 两北工业大学硕士学位论文电动机( K w )0. 4额 输量电流n )2. O定额定输出电压三相A C 220240V输出 电压/频率电源允许电压变动允许频率变动单相A C 220240V 50 6 0 H z lO %5%控制方式正弦波脉宽带调制( P W M )、 固定载波频率输出频率范围1. O - - - 120 H z ( 启/止频率iH z ) 1. 5%频率精度 0 . 5%( 25。 C i0 。 C )频率分辨率数字: 0. 1llz; 模拟: 设定频率范围/1000}_ Iz( 最小0. 06H z)频率设置信号D C O 一一- + 5V 、 0 - - - + 10 V 、 4 - 一一+ 20 m A基本频率: 30~400H z( 第档IH z), 最大输出电压: 0- 100%扭矩提升, 平方扭矩衰减模式, 第二V /F 模式电压/频率模式控 过载电流容量150 %1分钟再A 1, C l型20%匍生制方动B 1, D 1型250 %以上式扭矩直流动态制动由参数设定启始频率, 制动时间, 制动扭矩O - 3600秒( 0- i0秒: 0. 1秒分度, 103600秒: 1秒分度)50H z加/减速时间变化时间,4 段动行加/减速时间, 线性及两种“S ” 形加/减速时间点动频率范围O - 一- 30 H z双速运行模式、 四速运行模式、 八速运行模式、 十六速运运行模式行模式其它可选择重置功能, 参数锁定功能。低电压保护、 过电流保护、 过电压保护、 再生过压失速防止、 瞬时断电保护、功能保护散热片过热保护、 自动再起动保护、 自诊断记忆( 记忆最新5次故障原因) 西北工业大学硕士学位论文环境温度一10 。 C 至+ 4 0 。 C ( 无结冻)环环境湿度9 0%以下( 无水珠凝结现象)境条介质件标高室内( 无腐蚀性气体, 无粉尘的场所)海拔10 0 0 m 以下振动5. 9m /s2( 0. 6G )以下( 10一一一60H z)保护构成全封闭型( IP 4 0 )冷却方式自然风冷表4 . 2端子功能[ 控制回路][ 主回路端子]( 1)输入端子( 从[ 11]到[ 16])是经由4 . 7 k 欧姆的电阻与+ 5V 相连的, 你可用触点或开集电极的信号控制。( 2)通电时请勿触摸控制回路端子, 因为这样会由于静电而产生误动作。端子功能表标号端子名称说明R 、 T电源输入端与交流220 '4 24 0 V , 50 /60 H z电源相连U 、 V 、 W 马达输出端与三相马达相连接E接地端壳体接地, 线 欧姆, 线V频率设定电源提供+ 5V 标准直流电压可通过在[ F IN 卜[ G ]端予间加载直流0 - 5( 或直流O - lO V , 4 - 20 m A 来设定频率,频率设定用用[ 17 频率设定指令]来选择。 [ 0 - 5]或[ 0 - 10 ]、F IN输入端子[ 4 - 20 ])当用O - 5V D C , O - IO V D C 方式时输入阻抗: 50 - 7 0 }< 欧姆当用4 - 20 m A 方式时, 输入阻抗: 4 0 0 60 0 欧姆控制信号接地G控制信号公共用地端端子 西北工业大学硕七学位论文[ F O U T ]与[ G ]之间输出电压电压值与输出频率成正频率计量输出比。 用量程100l_ zA 的频率表与...

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