多功能电机控制实验仪的制作方法

本实用新型涉及一种多功能电机控制实验仪，属于电子技术应用和实验应用的领域。

背景技术：

随着对电机控制技术要求的不断提高，普通的实验手段越来越不能满足控制要求，数字信号处理器(DSP)技术的发展正好为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持。由于数字信号处理器具有灵活、抗干扰能力强、运行速度快、易于升级、扩展性强、外设丰富等优点，随着处理器的不断发展和性价比的不断提高，DSP已广泛应用于通信、工业测量、工业控制等许多领域。

现有的电机实验大多都是传统的控制方式，且以验证性实验为主，实验内容和手段较单一，同时也有不少学校采用传统工业用大电机机组，虽然能贴近实际工业应用，但也不可避免带来了很多弊端，设备庞大，移动不便，噪音、耗电量大，以及在实验过程中安全性差，操作不方便等。而掌握各类电机的工作和控制原理，以及必要的DSP知识是现代电机、电气工程专业人才培养的需要。

为满足对学生的实验和教学需求，本实用新型是设计了一种基于新型DSP技术的多功能电机控制实验仪器，结构小，噪声低。可完成小型直流电机、无刷直流电机的控制和调速实验。适用于电工学，电机与拖动，电气装备等课程的实验与实践应用，可更好的让学生将理论知识运用到实践中。

技术实现要素：

针对现有的测量和实验仪器的不足，本实用新型设计的多功能电机控制实验仪，采用数字信号处理器来高效方便的完成对不同类型的电机的控制，本实用新型采用模块化设计，内部有供电电源、DSP电机控制电路、检测电路和有关控制对象等组成。

本实用新型的实验仪包括电机控制实验仪主机、直流电机机组和无刷电机机组，实验仪主机上设置有液晶屏、直流电机控制接口、无刷电机控制接口、制动器接口、传感信号接口、示波器输出接口、菜单和显示按键、启动按键、停止按键、方向按键、信号通信端口和功能选择旋钮，实验仪主机内具有数字信号处理器DSP主芯片，PWM信号电路、电机驱动电路、电流检测与调理电路、传感信号电路、驱动电路、信号放大电路和DAC电路。

实验仪主机内的数字信号处理器DSP主芯片，PWM信号电路、电机驱动电路、电机、电流检测与调理电路依次相连；其电流检测与调理电路与DSP主芯片相连；其DSP主芯片、驱动电路、液晶显示电路依次相连；其电机与传感电路、DSP主芯片依次相连；其DSP主芯片、信号放大电路、DAC电路、制动器、电机依次相连。

本多功能电机控制实验仪的直流电机机组采用额定电压5V的小型直流电机，具有直流电机、光电编码传感、制动器、弹性联轴器和直流电机底座；其无刷电机机组采用额定电压为24V的具有霍尔传感的小型无刷电机，具有无刷电机、制动器、弹性联轴器和无刷电机底座。

为了能够更好地实现对电机的控制，同时利于拓展，本实验仪的电机控制的主控制的主芯片采用TMS320F28X系列芯片。TMS320F28X芯片是TI公司新推出的数字信处理器，是功能强大的32位控制专用的，运算速度高达150MIPS的数字信号处理器，集成了丰富的电机外设和外围接口，它既有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理和控制功能，有12位的ADC和六路PWM控制信号，特别适用于工业自动化控制、电机伺服控制等有大量数据处理的场合。

为方便显示，引入了液晶屏，方便显示速度和电流等信息，液晶驱动及显示电路采用低电压、低功耗带中文字库、采用ST7920控制器的128×64液晶显示屏。它具有4/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，其模块接口方式灵活，操作指令简单、方便，可以完成图形显示，并可显示8×4行16×16点阵的汉字，可构成全完整的人机交互图形界面。

同时实验仪设置了示波器输出接口和与PC机相连的信号通信端口，以方便信号的更好地显示和分析。实验仪主机上的直流电机控制接口、无刷电机控制接口、制动器接口、传感信号接口都采用多芯航空插座；通过多芯电缆分别与直流电机、无刷电机、制动器和光电编码传感相连接，可方便的更换和控制。

附图说明

图1是电机控制实验仪主机外观图，其中的1是液晶屏，2是直流电机控制接口，3是无刷电机控制接口，4是制动器接口，5是传感信号接口，6是示波器输出接口，7是菜单和显示按键，8是启动按键，9是停止按键，10是方向按键，11是信号通信端口，12是功能选择旋钮。

图2是直流电机机组结构图，其中的13是直流电机底座，14是光电编码传感，15是弹性联轴器，16是直流电机，17是制动器，18是传感信号线，19是直流电机电缆，20是制动器电缆。

图3是无刷电机机组结构图，其中的21是无刷电机底座，22是制动器，23是弹性联轴器，24是无刷电机，25是制动器电缆，26是无刷电机电缆。

图4是系统电路原理图。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明多功能电机控制实验仪的工作和电路情况。

本实用新型的实验仪主机内的主芯片TMS320F28X芯片，集成了PWM控制信号发生模块，在使用中通过调整事件管理器的定时器来控制寄存器设定PWM工作方式和频率，可方便的调整比较值及调节PWM的占空比，输出占空比可调的PWM控制信号，驱动并完成对电机的控制。

在实验时，结合功能旋钮和各电机控制接口，可完成对不同电机的控制实验，可完成对直流电机和无刷电机的大范围的平滑调速、启动、制动和正反转等实验和测试，本实用新型的直流电机采用额定电压为5V、额定转速最高为5000r/min的小型直流电机。

本实用新型的无刷电机采用含霍尔传感的无刷直流电机，采用额定电压为24V、额定转速最高为6000r/min的无刷直流电机，是一种新型无电刷和换向器的电机，具有很低的噪音和长寿命。

本实用新型的电机控制实验仪在设计中，电机与制动器及光电编码传感之间的连接采用弹性联轴器，可以更好的传递扭矩，而其直流电机机组和无刷电机机组里的制动器都采用TJ-POD-C型小型磁粉制动器，它扭力稳定，运转安静，在两个电机机组的实验中，分别都通过电缆与主机上的制动器接口相连。

本电机控制实验仪采用了高性能DSP芯片，能实现对电机进行准确的控制、测量和显示等功能，同时能对各测量信息进行信号通信，适合于电工学、电机与拖动等课程的实践与教学实验。