【武汉理工大学电子设计竞赛】直流电机控制系统 - 嘉立创EDA开源硬件平台

武汉理工大学第十三届电子设计竞赛一等奖 队伍名称：艺嘉敬 队伍成员：张嘉明、李郜敬、刘艺 指导老师：张家亮 参赛题目： 直流电机控制系统 一、任务 制作一个电流反馈型直流电机控制系统并完成相应的测试装置。（画出系 统框图） 二、要求 （1）系统使用+12V 供电，制作升压电路为电机提供+15V 动力电源。该升 压电路要求在阻性负载条件下输出电压最大误差为±3%，最大输出电流≥3A。 满载情况下，效率≥90%，纹波低于 200mVpp；在感性负载（直流电机空载运 动）下，输出电压最大误差为±6%，纹波低于 500mVpp。（15 分） 提高部分：在全部满足以上指标的情况下，能实现至少 3 个指标的明显优 化（精度、带载能力等提高一倍，纹波降低一半，效率提升 5%），可获得额外 加分。（5 分） （2）制作满足系统正常工作要求的辅助电源，为单片机、测量系统等供 电。要求系统静态电流小于 5mA。（即：系统在没有测试任务时需尽量降低功 耗，系统测试时，会在输入端串接电流表监测系统工作电流）。（5 分） （3）制作电机驱动电路，可实现电机极性切换（正反转切换），可输出瞬 时最大电流≥10A，额定电流≥5A，工作电压 12-24V。（10 分） （4）制作电机电流检测电路，要求系统单电源供电，电流监测精度优于 1%，且在电流动态变化时，监测带宽＞1KHz，检测结果通过无线传输模块传输 至电脑显示。（20 分） （5）使用编码器速度反馈方式控制电机运动，垂直拉动 1KG 的物体实现如 下运动过程：静止-加速-匀速（匀速运动的速度大小根据实际情况自行确 定）。在匀速上升运动过程中，通过增加物体重量，当恢复匀速时电机电流达 到或超过垂直拉动 1KG 的物体上升时电流的 150%时，控制蜂鸣器实现超载报 警。在匀速下降运动过程中，通过增加物体重量，当电机电流达到垂直拉动 1KG 的物体下降时电流的 50%时，控制蜂鸣器实现失速报警。（15 分） 注：物体总重量不超过 2kg，增加的物体无初速度。 （6）使用电流反馈方式控制电机运动，垂直拉动 1KG 的物体实现如下运动 过程：静止-加速-匀速。在静止时，通过按键启动，实现静止-加速过程，加速 运动距离为 0.3 米（严格保证），最终速度为 0.3 米/秒，匀速运动距离为 1 米，超过 1 米后立即减速停止（不做要求），上升和下降独立测试。（15 分） 注：在实际评分时，需要使（5）中的编码器处于非工作状态；通过使用编 码器反馈方式控制电机运动达到本题目要求的，不得分。 （7）需要电机具备转速检测功能（绝对值编码器等方式），并自制速度、 距离测量显示系统，并将瞬时测量结果通过无线模块传输至 PC 机进行核对。要 求本部分电路系统独立供电、独立工作，与上述控制系统、驱动系统等无电气 连接（即不得与运动控制系统共用电源或共地），评测环节会通过标准仪器设 备进行对比。（15 分） 三、补充事项 （1）本系统涉及基础电源制作，运动控制以及信号检测等方面的系统设 计，各子功能均独立评测评分，同学们可根据自身知识储备，综合考虑选择， 得分优先！ （2）系统中除了控制器核心板（单片机、FPGA、DSP 等）以及无线模块可 以使用成品模块以外，其他如辅助电源，电机驱动模块、信号检测模块等，要 求全部自制（绘制电路板）。 （3）无线模块推荐使用 WIFI、BLE 等转串口模块。 本项目只展示了部分电路设计。 本项目用到了ACS712电流检测模块和TB6612电机驱动模块，通过STM32主控板采集AD读取的电压信息，输出相应的参数到电机驱动模块来控制电机的转速等。