武汉理工直流电机控制系统

3个月前

简介: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 工程中为电源模块与电机驱动模块

开源协议: GPL 3.0

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描述

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。

文档

辅助电源

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电机驱动模块

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PCB_2020-06-16_14-35-36

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PCB_2020-06-17_16-05-20

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BOM

ID Name Designator Footprint Quantity
1 100nF C6,C8 CAP-TH_L6.0-W6.0-P2.54-D1.0 2
2 1N5819 D1,D3,D2 DO-41_BD2.4-L4.7-P8.70-D0.9-FD 3
3 100u C11,C14,C13,C17,C16,C10 CAP-D4.0×F1.5 6
4 HDR-F-2.54_1x2 H8,H10,H9,H2,H1,H11 HDR-F-2.54_1X2 6
5 DC-182-25A DC2 DC-IN-SMD_DC-182-25A 1
6 BTS7960 U6,U7 TO-263-7 2
7 100n C4,C1 C0201 2
8 1u C3 C0201 1
9 470u C2 C0201 1
10 LM7805T U1 TO-220-3_L10.0-W4.5-P2.54-L 1
11 10mH L1 IND-TH_BD8.0-P3.00-D0.6 1
12 204-10SURD/S530-A3 LED2,LED3,LED4,LED1 LED-TH_BD3.0-P2.54-FD 4
13 100u L4,L2,L3 L_AXIAL-0.4 3
14 10uF C5,C7 CAP-TH_BD5.0-P2.00-D0.8-FD 2
15 PZ254V-11-02P H5,H6,H4,H3 HDR-TH_2P-P2.54-V-M 4
16 11k R19,R25,R21 R_AXIAL-0.3 3
17 1k R24,R20,R18 R_AXIAL-0.3 3
18 180 R17,R27,R23 R_AXIAL-0.3 3
19 0.22 R26,R16,R22 R_AXIAL-0.3 3
20 ZM4731A ZD1 AXIAL-0.5 1
21 LM2576T-5.0_C16254 U2 TO-263-5_L10.6-W9.6-P1.70-LS15.9-BR 1
22 CYTLP521-1(GB) U3,U5,U4 DIP-4_L6.4-W4.6-P2.54-LS7.6-BL 3
23 10K R8,R11,R3,R2,R12,R10,R14,R7,R1,R6,R15,R13,R5,R4,R9 R0805 15
24 100p C15,C12,C9 RAD-0.1 3
25 HDR-F-2.54_1x4 H7 HDR-F-2.54_1X4 1
26 MC34063AG-D08-T U9,U10,U8 DIP-8_L9.8-W6.6-P2.54-LS7.6-BL 3

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