基于A(yíng)VR單片機的直線(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機高精度位置控制

一、項目概述

1.1 引言

電機是工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的動(dòng)力設備，電機的品種很多，作用也相當廣泛。直線(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機時(shí)一種新型的牽引電機。其主要有以下優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單，制作成本不高。工作穩定且能夠在惡劣的環(huán)境下長(cháng)時(shí)間正常工作，比如高溫環(huán)境，開(kāi)關(guān)磁阻電機有較好的散熱性能，可以在高溫下正常工作。隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)磁阻電機控制將會(huì )變得更加容易并且控制效果更好。這種電機啟動(dòng)轉矩大，過(guò)載能力強，調速范圍廣。直線(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機除了具有以上優(yōu)點(diǎn)以外，在一些需要做直線(xiàn)運動(dòng)的場(chǎng)合，它顯示出了強大的優(yōu)越性：再也不需要像傳統的做直線(xiàn)運動(dòng)的裝置那樣，通過(guò)絲桿等傳動(dòng)裝置將旋轉的運動(dòng)轉化為直線(xiàn)運動(dòng)。這樣再一次的將中間環(huán)節給節省下來(lái)了，不僅降低了設備的成本，而且能量利用率也得到了提高。開(kāi)關(guān)磁阻電機控制精度高，在高精度加工領(lǐng)域和大功率傳輸方面有廣泛的應用前景。

1.2 項目背景/選題動(dòng)機

現在有很多高精度加工平臺需要直線(xiàn)運動(dòng)的牽引機構，而目前的加工平臺大部分都是利用旋轉電機做牽引，再通過(guò)機械傳動(dòng)裝置將運動(dòng)形式轉化為直線(xiàn)運動(dòng)加以利用。這樣不僅設備成本會(huì )很高，而且效率也不高。而直線(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機本身的運動(dòng)形式就是直線(xiàn)的，如果運用到這些設備上的話(huà)就會(huì )大大降低設備成本且效率也將會(huì )得到提高。

二、需求分析

本次設計大體分為四大部分：

（1）系統總體方案的設計，包括系統功能分析、系統架構的建立、系統硬件設計等過(guò)程。

（2）基于單片機A/D，D/A，PWM等資源的應用。

（3）電機模塊的設計。

2.1 功能要求

（1）電流傳感器

傳感器負責采集直線(xiàn)電機電流以反饋給控制器進(jìn)行處理。

（2）位置編碼器

位置編碼器將電機的運動(dòng)的位置反饋給控制器處理。

（3）微控制器

微控制器負責處理傳感器采集的電流、編碼器反饋回來(lái)的位置。當位置指令給出以后，電機準確且迅速運動(dòng)到指定位置。

（4）鍵盤(pán)模塊

鍵盤(pán)模塊負責給定輸入。

直線(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機位置控制系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

2.2 性能要求

（1）穩定性

該系統能夠穩定的工作，抗干擾能力好。

（2）快速性和實(shí)時(shí)性

電機能夠迅速的動(dòng)作達到指定位置，達到實(shí)時(shí)控制的目的。

（3）準確性

電機能夠準確的運動(dòng)到指定位置。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

系統主要分為5個(gè)部分，包括位置檢測部分、電流采集部分、MCU控制部分、電機模塊、按鍵輸入給定位置部分。系統通過(guò)MCU的并口I/O一直檢測各路傳感器狀態(tài)，按照給定輸入值進(jìn)行動(dòng)作。

3.2 硬件平臺選用及資源配置

MCU控制部分采用Atmel公司提供的一款基于A(yíng)VR32 AT32UC3A單片機控制器的EVK1100模塊。

3.3系統軟件架構

為了突出系統的實(shí)時(shí)性，軟件設計按鍵輸入的給定。值和編碼器輸入的位置都采用中斷的方式來(lái)處理。具體軟件流程圖2和圖3所示。

3.4 系統軟件流程

圖2 微控制器工作流程圖

圖3 中斷子程序流程

3.5 系統預計實(shí)現結果

在電機的位置控制精度在1um級的前提下，盡量提高其位置控制精度。嘗試各種高級算法（魯棒控制、自適應以及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )）在保證精度的前提下，達到實(shí)時(shí)控制。