基于ARM的空心杯直流电机伺服驱动器设计.pdf

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1、基于ARM的空心杯直流电机伺服驱动器设计吴方勇，田伟程(1．哈尔滨工业大学机器人研究所，黑龙江哈尔滨150001；2．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191)DesignofHollowCupDCMotorServoDriverBasedonARMWUFang—yong，TIANWei—cheng2(1．StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2．Sch

2、oolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：应用ARM微处理器，设计了空心杯直流有不可替代的地位，广泛应用于各种机电产品中。电机的伺服驱动器，探讨了积分分离PID控制算法近年来，空心杯直流电机的结构和控制方式都发生在ARM处理器上的实现，同时研究了CAN总线技很大的变化，电机控制的策略也随之发生了变化。术在本伺服驱动器上的应用

3、，提高了伺服控制的实完全由硬件电路实现的电机测控系统，电路复杂，调时性、可靠性和信号传输距离。整困难且可靠性不高，缺乏控制的灵活性。电机驱关键词：伺服驱动器；ARM；PID控制；CAN总动器向数字化转变是发展的潮流。ARM是近年来线发展非常迅速的处理器，有很好的应用前景，将其应用于空心杯直流电机控制，有极大的使用价值。中图分类号：TM921．51因此，设计了MAXONRE25—118752型空心文献标识码：A杯直流电机伺服驱动器，其电机速度误差不超过3文章编号：1001—2257(2012)08—

4、0044一O4Pulse／ms，速度超调不超过10，最终位置误差不Abstract：Thestructureandcontro1ofhollow超过5个脉冲，能通过RS232和CAN总线接口对cupDCmotorhaveundergonegreatchangesinre—伺服驱动器进行速度和位置控制，并能实时监控电centyears，thereforeDCmotorcontrolsystemen-机的运行状态，驱动器能实现长距离数据传送，并且tirelyaccomplishedbyhardware

5、circuitwascom—具有很强的实时性和抗干扰能力。plex，difficulttOadjust，lowreliableandlackofflexibility，thereforewedesigntheservodriverof1空心杯直流电机动态特性分析hollowcupDCmotorbasedonARMMCU．The空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子papergivesthedigitalPIDcontrolalgorithmand结构形式，采用的是无铁芯转子。这种新颖的转子the

6、realizationofseparationpointsofPIDcontrol结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损algorithm，theCANbustechnologyisusedinthe耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转servodriveapplications．子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电Keywords：servodriver；ARM；PIDcontrol；动机的运转特性得到了极大改善，不但具有突出的CANbuS节能特点，更为重要的是具备了铁芯

7、电动机所无法达到的控制和拖动特性。0引言直流空心杯电动机采用电枢电压控制，根据电磁学原理和物理学原理，可列出直流电机的转矩平空心杯电动机具有突出的节能特性、灵敏方便衡方程、电磁转矩方程、感应电动势方程和电压平衡的控制特性和稳定的运行特性，在很多应用场合拥方程，经过拉普拉斯变换后，整理绘制成直流电机动收稿日期：2012—03—15态框图[1]，如图1所示。-·44·《机械与审．子32012(8)ARM的空心由表中数据可知，电机的电感量为0．24mH，数值较小。将以上数据代人式(2)，得RE25—11

8、8752型空心杯直流电机电机的传递函数为：27r1图1直流电机动态框图U(一Ts1一1一0044s1㈤s)in+rs+．+可求得电机传递函数为：干扰转矩对转速的传递函数为：127亡皇一尘一K6OKKMU(s)TmrS+s+1rrS+5+1一0044(5)．s+1⋯当很小，l／r,远远超过控制系统的通频带宽(截止频率或剪切频率)时，电机的传递函数可简化2伺服控制系统硬件电路设计为：且电机伺服控制系统主要由ARM微处理器、电U(s)一rs+1一rS+1、机电力驱动模块、光电隔离、电源模