技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動(dòng)網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 應(yīng)用方案 > 推動(dòng)電機(jī)控制發(fā)展的力量與不斷進(jìn)步的單片機(jī)技術(shù)

推動(dòng)電機(jī)控制發(fā)展的力量與不斷進(jìn)步的單片機(jī)技術(shù)

時(shí)間:2008-04-10 09:07:00來源:zhangting

導(dǎo)語:?全球溫度正呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),更加有效地利用能源成為當(dāng)務(wù)之急。降低能耗的主要對(duì)象之一是電機(jī)。
全球溫度正呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),更加有效地利用能源成為當(dāng)務(wù)之急。降低能耗的主要對(duì)象之一是電機(jī)。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),電機(jī)消耗了美國一半以上的能量。在家庭中使用的電機(jī)數(shù)量一般不下50臺(tái),一部汽車?yán)锿ǔS?0至80臺(tái)電機(jī),至于在工業(yè)領(lǐng)域,工廠自動(dòng)化中應(yīng)用的電機(jī)更加比比皆是。 當(dāng)前,單片機(jī)(MCU)技術(shù)取得的進(jìn)步能夠比以往任何時(shí)候都更加有效地控制電機(jī),而成本卻更低。這種進(jìn)步對(duì)市場(chǎng)的影響一方面加速了從機(jī)電控制到電子式控制的轉(zhuǎn)變,另一方面可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速控制,優(yōu)化電機(jī)的運(yùn)行。而且,對(duì)整個(gè)市場(chǎng)而言,降低了元器件的整體成本。 單片機(jī)控制的無刷直流電機(jī) 與電機(jī)控制中經(jīng)常使用的有刷電機(jī)不同,單片機(jī)控制的無刷直流(BLDC)電機(jī)不存在電刷磨損和電弧,因而電機(jī)的使用壽命實(shí)質(zhì)上只受到軸承壽命的影響。此外,單片機(jī)控制的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)越性還包括:   ·更高的效率   ·轉(zhuǎn)矩-慣性比高   ·能達(dá)到更高的速度   ·聽得見的噪聲更低   ·更高的熱效率   ·更低的電磁干擾 大量專門針對(duì)電機(jī)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的8位單片機(jī)在解決數(shù)字電機(jī)控制問題上是成本效益最高的方法之一。但在過去,集成的程度和可供選擇的產(chǎn)品一直有限。而現(xiàn)在,單片機(jī)性能高達(dá)10MIPS,具備的運(yùn)動(dòng)控制專用硬件包括中心對(duì)齊的14位脈寬調(diào)制器(PWM)、運(yùn)動(dòng)反饋模塊和高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),使以往需要較昂貴處理器的應(yīng)用可以采用成本較低的8位單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 某些單片機(jī),如PIC18F4431,在進(jìn)行三相PWM控制時(shí),可用硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)無刷直流電機(jī)所有三個(gè)相的驅(qū)動(dòng),從而最大限度地降低了軟件的開發(fā)和調(diào)試工作量。該單片機(jī)最多有8個(gè)PWM通道,而一般只需6個(gè)通道即可驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)。因此,可以用另外兩個(gè)通道來實(shí)現(xiàn)其它功能,無需再添加其它元器件。帶有正交編碼器接口的運(yùn)動(dòng)反饋模塊是單片機(jī)的一個(gè)組成部分,可減少元器件數(shù)目,降低系統(tǒng)成本。
不僅如此,帶有一個(gè)運(yùn)行速度高達(dá)200 ksps的高速ADC的單片機(jī),可以為閉環(huán)控制提供必要的速度。在兩個(gè)不同的通道上同時(shí)采樣,可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)電壓和電流進(jìn)行采樣。在閉環(huán)電機(jī)控制中,需要這種高速的轉(zhuǎn)換進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量。ADC可在上升沿或下降沿保持與PWM同步,使開關(guān)噪聲降至最低。綜上所述,有了這些模塊就不需要任何外部的電機(jī)控制器件,如高速ADC和位置編碼器了。 在很多電機(jī)控制應(yīng)用中,故障防護(hù)操作是關(guān)鍵。帶有故障防護(hù)時(shí)鐘監(jiān)控器(其中內(nèi)部RC振蕩器在晶振失效時(shí)可以充當(dāng)備份時(shí)鐘)的單片機(jī)使設(shè)計(jì)人員得以利用可提供高可靠性的數(shù)字控制。只需利用PWM上的可編程死區(qū)時(shí)間延遲,即可最大限度地減小開關(guān)噪聲,同時(shí)還可以按時(shí)完成設(shè)計(jì),將新產(chǎn)品投放市場(chǎng);否則就需要額外增加幾周的開發(fā)時(shí)間,由此帶來的差別顯而易見。在各種情況下,具有高可靠性閃存的單片機(jī),靈活性都很強(qiáng),不僅可以讓產(chǎn)品按時(shí)上市,而且在電機(jī)安裝前或已經(jīng)投入使用后,都可以根據(jù)變化的要求進(jìn)行調(diào)整。 不同的需求、推動(dòng)力和解決方案 家用電器、工業(yè)和汽車這三大市場(chǎng)中對(duì)于電子電機(jī)控制的需要,證明具有先進(jìn)的電機(jī)控制外設(shè)的單片機(jī)是大有市場(chǎng)的。 在家用電器市場(chǎng)領(lǐng)域,為了符合政府推行的計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn),如美國環(huán)保局旨在促進(jìn)使用高效率家電的能源之星計(jì)劃,需要改進(jìn)電機(jī)控制。洗衣機(jī)就是迫切需要改進(jìn)電機(jī)控制的一類產(chǎn)品。直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)可以不再需要電機(jī)軸與滾筒之間的連接皮帶,同時(shí)還可設(shè)置各種速度范圍和使用不同形狀的滾筒。 某洗衣機(jī)廠商對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì),結(jié)果比傳統(tǒng)的洗衣機(jī)的耗電量減少了38%, 用水量減少了17%。電機(jī)控制的單片機(jī)可根據(jù)衣物的數(shù)量和類別調(diào)整電機(jī)的功率。但是,洗衣機(jī)的購買者對(duì)于購買價(jià)格仍然十分在意,因此廠商必須不斷降低其開發(fā)和生產(chǎn)成本,才能為更廣大的消費(fèi)者群體提供更先進(jìn)而負(fù)擔(dān)得起的洗衣機(jī)。 在家用電器中,專門為低成本電機(jī)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的8位單片機(jī)集成了各種功能,大大減少了額外元器件的需求。最新單片機(jī)具備片上電機(jī)PWM、故障防護(hù)時(shí)鐘監(jiān)控器以及高度可靠的閃存,使家用電器中電機(jī)控制的設(shè)計(jì)得以簡化,并滿足降低成本的目標(biāo)。    在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,裝配線運(yùn)行的用電成本與故障停機(jī)都將使利潤減少。我們用工業(yè)用泵中基于單片機(jī)的變速驅(qū)動(dòng)(VSD)系統(tǒng)取代閥門為例,來說明改進(jìn)控制能力將如何直接影響效率和利潤。 對(duì)于泵和風(fēng)扇而言,其功耗與轉(zhuǎn)軸速度的立方根成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)軸速度降低10%時(shí),氣流也減小10%,但能耗減少27%!如果速度降低20%,能耗可降低49%。在工業(yè)應(yīng)用的離心泵、風(fēng)扇和鼓風(fēng)機(jī)中,通過使用單片機(jī)進(jìn)行變速電機(jī)控制,取代速度恒定的電機(jī)和利用閥門減小氣流的方法,可以節(jié)能25%至40%,這已得到了證明。 用單片機(jī)進(jìn)行電機(jī)控制在工業(yè)應(yīng)用中的收效十分明顯。因此,究竟是否采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)的變速電機(jī)控制只需由其它一些因素來決定,如靈活性和可靠性等可避免故障的因素。具有閃存和EEPROM存儲(chǔ)器的單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)VSD電機(jī)控制,對(duì)于需要進(jìn)行升級(jí)或改善控制程序等變化,其再編程能力可滿足工業(yè)用戶所需的靈活性。Microchip的PIC18F2431或PIC18F4431等單片機(jī)具有16KB閃存和256字節(jié)EEPROM,這些8位單片機(jī)的存儲(chǔ)器足以應(yīng)對(duì)工業(yè)環(huán)境中各種必要的變動(dòng)。與之同等重要的是Microchip的閃存采用PMOS電可擦除單元(PEEC)工藝技術(shù),其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的耐用性超過100萬次擦/寫周期(典型值),而數(shù)據(jù)保存期超過40年。 在汽車應(yīng)用中使用電機(jī)進(jìn)行通風(fēng)、開關(guān)門窗以及移動(dòng)座椅等已得到了廣泛應(yīng)用。這些不經(jīng)常使用的操作尚能容忍較低的效率,但是一些經(jīng)常使用的設(shè)備如乘客空調(diào)、發(fā)動(dòng)機(jī)箱內(nèi)風(fēng)扇等,則連續(xù)不斷地消耗著汽車中有限的能量。電機(jī)控制單片機(jī)可以使空調(diào)風(fēng)扇以恰當(dāng)?shù)乃俣冗\(yùn)轉(zhuǎn)來保持適宜的溫度,從而降低噪聲和功耗。 在很多情況下,用于電機(jī)控制的單片機(jī)必須利用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)或局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)協(xié)議連接到汽車網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)在的車身電子設(shè)備一般采用成本較低的LIN協(xié)議以降低總系統(tǒng)成本。有些單片機(jī)系列具備增強(qiáng)型USART模塊,它支持LIN 1.2,同時(shí)還提供起始位的自動(dòng)喚醒功能以及在很多情況下,用于電機(jī)控制的單片機(jī)必須利用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)或局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)協(xié)議連接到汽車網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)在的車身電子設(shè)備一般采用成本較低的LIN協(xié)議以降低總系統(tǒng)成本。有些單片機(jī)系列具備增強(qiáng)型USART模塊,它支持LIN 1.2,同時(shí)還提供起始位的自動(dòng)喚醒功能以及自動(dòng)波特率檢測(cè)。   更加高效的未來 隨著控制算法在各個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域中復(fù)雜程度的不斷提高,數(shù)字電機(jī)控制器的處理能力需要從單片機(jī)的性能水平提升到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的性能水平。數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)性能更高而價(jià)格適中,采用設(shè)計(jì)人員熟悉的單片機(jī)技術(shù),適用于更加復(fù)雜的電機(jī)控制設(shè)計(jì),包括矢量控制設(shè)計(jì)。DSC的運(yùn)行速度高達(dá)30MIPS,并具有高達(dá)144KB的閃存和電機(jī)控制專用的集成外設(shè),可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的新型電機(jī)控制應(yīng)用。有了基于單片機(jī)和DSC的電子電機(jī)控制,家用電器、工業(yè)控制及汽車不僅運(yùn)行效率更高、功能更豐富,而價(jià)格也適中。

標(biāo)簽:

點(diǎn)贊

分享到:

上一篇:Web Service在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的...

下一篇:微能WIN-V63矢量控制變頻器在...

中國傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請(qǐng)與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來源“中國傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡介|會(huì)員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動(dòng)網(wǎng)-工業(yè)自動(dòng)化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號(hào) | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報(bào)中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號(hào)