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詳解Arduino Uno控制直流電機之應用

ss ? 作者:工程師譚軍 ? 2018-10-07 11:35 ? 次閱讀
直流電機
直流電機(direct current machine)是指能將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機,將電能轉換為機械能;作發電機運行時是直流發電機,將機械能轉換為電能。
組成結構
直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子,定子的主要作用是產生磁場,由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子,其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢,是直流電機進行能量轉換的樞紐,所以通常又稱為電樞,由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。
定子
(1)主磁極
主磁極的作用是產生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。
鐵心一般用0.5mm~1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成,分為極身和極靴兩部分,上面套勵磁繞組的部分稱為極身,下面擴寬的部分稱為極靴,極靴寬于極身,既可以調整氣隙中磁場的分布,又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成,套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上,
(2)換向極
換向極的作用是改善換向,減小電機運行時電刷與換向器之間可能產生的換向火花,一般裝在兩個相鄰主磁極之間,由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導線繞制而成,套在換向極鐵心上,換向極的數目與主磁極相等。
(3)機座
電機定子的外殼稱為機座。機座的作用有兩個:
一是用來固定主磁極、換向極和端蓋,并起整個電機的支撐和固定作用;
二是機座本身也是磁路的一部分,借以構成磁極之間磁的通路,磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能,一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。
(4)電刷裝置
電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內,用彈簧壓緊,使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸,刷握固定在刷桿上,刷桿裝在圓環形的刷桿座上,相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內蓋上,圓周位置可以調整,調好以后加以固定。
轉子
(1)電樞鐵心
電樞鐵心是主磁路的主要部分,同時用以嵌放電樞繞組。
一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成,以降低電機運行時電樞鐵心中產生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉軸或轉子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽,槽內嵌放電樞繞組。
(2)電樞繞組
電樞繞組的作用是產生電磁轉矩和感應電動勢,是直流電機進行能量變換的關鍵部件,所以叫電樞。它是由許多線圈(以下稱元件)按一定規律連接而成,線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成,不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中,線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外,槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。
(3)換向器
在直流電動機中,換向器配以電刷,能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流,
使電磁轉矩的方向恒定不變;在直流發電機中,換向器配以電刷,能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體,換向片之間用云母片絕緣。
(4)轉軸
轉軸起轉子旋轉的支撐作用,需有一定的機械強度和剛度,一般用圓鋼加工而成。
直流電機里邊固定有環狀永磁體,電流通過轉子上的線圈產生安培力,當轉子上的線圈與磁場平行時,再繼續轉受到的磁場方向將改變,因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸,從而線圈上的電流方向也改變,產生的洛倫茲力方向不變,所以電機能保持一個方向轉動。
直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢,
靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。
感應電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心,大拇指指向導體運動方向,其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向)。
導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩,這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩,轉矩的方向是逆時針方向,企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩(例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩),電樞就能按逆時針方向旋轉起來。

Arduino Uno控制直流電機

其實,三年前的東西都已經記不清楚了。研究生沒有做硬件,相關的都快看不懂了!為了讓大家看得懂程序,將總的系統設計思路貼出來,如下:

整個系統是實現“太陽能智能控制環保路燈控制器設計”,主要是用直流電機控制太陽能電池板轉動,確保其在每個時間段能夠實現最高的發電效率,仿向日葵實現東西轉動。

Arduino Uno手冊上有其關于控制直流電機的詳細介紹,如果仔細閱讀,實現起來很簡單的。可以結合本文的系統,對其進一步理解,則可以編寫響應的代碼。

主程序

//#include

int pinI1=8;

int pinI2=9;

int pinI3=2;

//int pinI4=3;

int pinI5=4;

//int pinI6=5;

//int pinI7=6;

int speedin=11;

volatile int state=LOW;

void setup()

{

pinMode(pinI1,OUTPUT);

pinMode(pinI2,OUTPUT);

pinMode(pinI3,INPUT);

// pinMode(pinI4,OUTPUT);

pinMode(pinI5,OUTPUT);

// pinMode(pinI6,OUTPUT);

// pinMode(pinI7,OUTPUT);

pinMode(speedin,OUTPUT);

// myPID.SetMode(AUTOMATIC);

// attachInterrupt(0,light,HIGH);

}

void loop()

{

while(1)

{

int m=analogRead(A0);

int n=analogRead(A1);

int err,err1,err2;

int pidspeed1;

float kp=0.1 ,ki=0,kd=0;

err=m-n;

pidspeed1=(int)(err*kp-err1*ki+err2*kd);

err1=err;

err2=err1;

state=digitalRead(pinI3);

digitalWrite(pinI5,state);

if (m》n)

{

// while(1)

// {

digitalWrite(pinI1,LOW);

digitalWrite(pinI2,HIGH);

analogWrite(speedin,100+pidspeed1);

// }

// delay(2000);

}

else if(m

{

// while(1)

// {

digitalWrite(pinI1,HIGH);

digitalWrite(pinI2,LOW);

analogWrite(speedin,100-pidspeed1);

// delay(2000);

// }

}

1

else

{

// while(1)

// {

digitalWrite(pinI1,HIGH);

digitalWrite(pinI2,HIGH);

//delay(2000);

// }

}

}

}

這是我本科畢業設計的部分內容,之前回答別人相關問題時留下了QQ號,這幾年總有人加我問相關的問題。今天也有一個本科生咨詢,趁這個機會,就把相關資料貼出來吧。

其實,三年前的東西都已經記不清楚了。研究生沒有做硬件,相關的都快看不懂了!為了讓大家看得懂程序,將總的系統設計思路貼出來,如下:

12

PID算法控制程序

該部分系統原理圖如下,有助于理解代碼,可根據應用環境不同修改代碼:

int m=analogRead(A0);

int n=analogRead(A1);

int err,err1,err2;

int pidspeed1;

float kp=0.1 ,ki=0,kd=0;

err=m-n;

pidspeed1=(int)(err*kp-err1*ki+err2*kd);

err1=err;

err2=err1;

void light();

SetMotor(Output);

void SetMotor()

{

if (m》n)

{

digitalWrite(pinI1,LOW);

digitalWrite(pinI2,HIGH);

12345

analogWrite(speedin,100+pidspeed1);}

else if(m

{ digitalWrite(pinI1,HIGH);

digitalWrite(pinI2,LOW);

analogWrite(speedin,100-pidspeed1);}

12345

else

{digitalWrite(pinI1,HIGH);

digitalWrite(pinI2,HIGH);}

}


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