武汉理工直流电机控制系统 - 嘉立创EDA开源硬件平台

WHUT-13th电工电子创新设计大赛三等奖 队伍名称 滑动变组 队伍成员 王卓尔 刘子健 郭捷 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） 作品 编码器速度反馈方式/电流反馈型直流电机控制系统及测试系统 12V-15V DC-DC电源采用三个MC34063升压模块并联以增大输出电流。 5V辅助电源采用LM7805芯片，并联电容滤波。 驱动板基于BTS7960 本作品采用了软硬件相结合的方法，既达到了控制的灵活性要求又满足了响应速度快的特性，从仿真与实物测试的结果来看，该控制系统是有效的，能够反映实际系统的输入输出特性和速度调制的要求。综上，本设计 1、电机控制灵敏度高，PID算法稳定。 2、电源输出能力强，辅助电源供电稳定，满足题目要求。 3、两个电机驱动电路在普通空载下，均有5A以上输出，挂载极高负载的情况下，可以达到12A/60A输出。 4、测距测速电路根据仿真同样准确，符合要求。