微型电机范文
时间：2023-03-10 00:36:06
微型电机范文第1篇
【关键词】电机；转速；Multisim
1.引言
电机的转速是其运行时的一个重要参数，在很多控制系统中，都需要监测电机的转速。本设计采用红外光电传感器ST155作为光电检测门，显示部分运用74HC4511译码和驱动数码管显示，计数部分巧妙地运用了74LS290与逻辑门电路的连接分别实现了定时、计数和计数清零的功能，特别是定时和清零电路巧妙地运用了高低电平转换对芯片工作状态的影响，达到了自动计数和清零的功能。这一电路的运用，避免了使用锁存芯片清零的麻烦，减少了大量数字芯片的浪费，同时简化了电路，增强了自动性能。采用时钟晶振芯片通过CD4060分频产生标准的秒脉冲，大大减小了定时和计数误差，提高了整个设计的精确度[1]。
为了满足微型电机的测速要求，系统必须具备以下功能模块：光电门检测模块、频率发生模块、转速计数模块。本方案通过光电门检测模块检测电机在一秒内转动的次数，并向转速计数模块发正脉冲用以计数；由计时模块产生时间控制电路，用以控制计数及停止的时间，设计1：9的时间比例（计数1秒测转速，停留8秒用以读数）及自动清零功能，增强了系统的自动控制能力；转速计数模块由计数部分和显示部分组成，用以显示电机转速。方案设计框图如图1所示。
2.系统的组成与实现
2.1 光电门电路的设计实现
光电门电路的设计原理图如图2所示。
利用光电门电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一缺口，缺口上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈即光电管导通一次，利用此信号做为计数脉冲。
D2、D3为组成光电门，当光电门之间有物体阻挡时，D3与Q2不导通，输出低电平；当无物体阻挡时，D3与Q2导通，输出高电平。脉冲由J1的2脚输出。
2.2 计时模块的设计实现
2.2.1 秒脉冲发生器
秒脉冲发生器的设计原理图如图3所示。
Y1为时钟晶振，U1、U2为CD4060分频器，它内部含有14级的二进制串行计数器，可以进行214分频，32768Hz谐振频率经过内部14级计数器214=16372分频后可以得到2Hz的精确频率。现在所需要的1秒的时钟，因此2Hz的脉冲需在经过一个分频电路就可以输出准确1秒脉冲，故采用两级芯片级联，共同完成秒脉冲的分频[2]。
2.2.2 定时部分和清零部分
如图4所示，由分频计分出的1Hz脉冲由74LS290的10脚输入，控制74LS290每秒钟计一次数。根据其真值表可知，当MR1和MR2有一个为低电平时，电路处于计数状态。当MR1和MR2同时为高电平时，处于清零状态。
图中U6 MR及MS脚的接法满足计数要求，此时电路工作于计数状态，当计数到Q3Q2Q1Q0=1001时，通过U4和U5组成的与门将高电平信号输入到下一级电路，根据电路设计，此高电平信号与光电测试电路发出的高电平相与，当两者同为高电平时，才能使计数电路计数；当Q3Q2Q1Q0不等于1001时，此定时器输出低电平，无法驱动计数电路计数，此时数据将在显示模块保持，用于读数。
当Q3Q2Q1Q0再次等于1001时，再计数一秒。由此可知此定时器完成了1：9的定时，即计数1秒，停留8秒，此过程完全由设计电路的高低电平的转换自动完成。
同时，在8、9脚连接与非门电路，实现在第8秒清零的功能。实现如下：为了避免竞争冒险造成的提前清零现象，由三极管Q1组成的电平选择电路实现了非门的功能，即当Q3Q2Q1Q0=1000时，74LS290的9脚输出低电平，三极管不导通，接VCC输出高电平信号，与第8脚输出的高电平信号经过与门可输出高电平信号，将此信号接入计数电路中74LS290芯片的MR脚，使其处于清零状态，可将三个数码管读数全部同时清零，以便于下一次计数不受影响。
2.3 转速计数模块的设计实现
2.3.1 计数部分
本电路设计了三位十进制计数器，三个计数器工作原理完全相同，在此以其中一个为例分析。计数部分的原理实现如图5所示：
由J2的2脚接入光电检测部分输入的电平，与定时部分输入的电平信号同时决定技计数与否，当两者同时为高电平时，进行计数。计数时，数值通过Q3Q2Q1Q0输入译码器的ABCD脚，同时当Q3（即8脚）计数满时，即计数到1001时，将8脚的高电平输入到下一级计数器作为进位。
2.3.2 显示部分
显示部分的原理实现如图6所示[3]：
计数器将计数值输入ABCD，通过译码器译码可得8段数码管的输入信号。由4511的真值表可知，二进制数值可经译码器译码在数码管上显示成十进制数。
3.系统的仿真
3.1 电路仿真
由Multisim软件仿真本数字转速仪[4]，图中光电门检测模块所产生的脉冲由一脉冲发生计代替，设其频率为400Hz。由于仿真软件时间设置较慢，若用1Hz秒脉冲仿真，则每次要等待很长时间才能看到电路工作效果，故将其设为10Hz。这样设置可以正确反映电路工作原理，不影响电路正常工作。
仿真电路见图7。
3.2 波形仿真
由于原本设电机仿真频率为400Hz，而秒脉冲为1Hz，这样无法在逻辑分析仪中看到完整的波形，故为得到工作波形设秒脉冲发出100Hz的频率，其他部分的工作原理由此可清楚地由仿真波形中看出。
由图8可知，当定时信号为低时，计数信号也为低，即此时计数模块保持上一周期所计数据，当定时信号为高时，计数模块开始计数，此时计数频率与电机转动频率相同；同时可知，秒脉冲每发出9个高电平，计数器计数1秒，故每个测量周期为10秒；另外，清零信号在第8秒跳转，完成自动清零功能。
总之，由Multisim仿真可得到非常好的结果，并由此验证的本次设计原理的正确性，同时可得出硬件电路原理图，以实现实物的制作。
4.系统测试
4.1 测试方法及误差分析
（1）用示波器测试晶振通过两级CD4060分频后是否产生秒脉冲，测试结果显示可以产生稳定标准的秒脉冲；
（2）用示波器测量光电门检测模块所发出的频率，与计数部分显示的数据比较，可知每秒钟平均相差0.14转，由此可得平均误差为±（0.14*60）r/min，即±8.4r/min，达到了很好的精度。
4.2 测试结果
本转速仪可以较为准确地测试直流电机的转速，误差范围控制在-8.4r/min～+8.4r/min；并且实现了自动计数及自动清零的功能，控制灵活，定时、计数、清零的工作都由高低电平的转换自动实现。
5.总结
本设计完全达到了实际所要求的技术范围，并成功地实现于仿真软件及硬件电路，达到了设计课题所要求的技术指标，误差范围控制在-6r/min～+6r/min，远小于20r/min的题目要求。并且实现了自动计数及自动清零的功能，控制灵活，自动性能好。
总的来说，电路设计制作还是比较成功的，获得了很多的经验：
（1）设计思路是实际制作的扎实基石
一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间，因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。
（2）电子制作慢工出细活
在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计制作更应该如此。一步一步来，逐个调试，不可囫囵吞枣，不可贪图方便。
（3）活学活用
理论知识永远是基础，而基础正是你向高层次迈进的扎实阶梯，没有这个基础，就无法实现技术上的腾飞。在实践当中，灵活运用书本上所讲的知识，万变不离其宗，只有扎实掌握了核心的方法，才有可能做到活用巧用。
参考文献
[1]康华光，等.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[3]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社，1997.
[4]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：电子工业出版社，2007.
项目资助：南华大学船山学院教改课题（2012CY003），2011年南华大学网络教育资源项目。
微型电机范文第2篇
关键词：微型直流电机；空载电流；堵转电流；ATmeager48
一、引言
微型直流电机应用广泛，在电动玩具、电动工具、汽车电器等领域应用广泛。近年来，微电机行业取得了迅猛的发展，从原来的手工作坊升级到了几乎完全自动化的生产模式，产量大增。然而对于一个微电机生产厂来说，产品的质量是最为总要的，这就使得最后的质量检测环节成为重中之重。如果能合理地应用到生产实践中，解决生产的实际问题，那么非常具有研究价值。
（一）目前工厂中微电机检测存在的问题
电机厂每天生产的电机数量少则几万，多则几十万不等，微电机质量检测对于很多电机厂都是一件头疼的事情，传统的微电机检测是通过万用表或示波器的波形图来判断电机是否合格，测试麻烦，效率低。只有具有多年检测经验的专业人员才能从细微的波形变化中看出电机的问题，随着产量的增大就会带来检测工作量的增加，那么工人的成本也会随之增加。同时因节假日导致工人的短缺现象也不可忽视。由此可见，不便之处是显而易见的。
（二）课题的主要工作和要达到的目的
通过对微电机检测的了解，我们知道对于一个微电机厂而言，产品的合格率是一个工厂赖以生存的生命线。本文的目的就是既要调高微电机检测的效率，更要提高微电机检测的准确率，从而提高产品合格率。如果微电机检测实现智能化将会大大提高检测效率和准确率，降低人工成本，具有较高的实用性和可观的市场前景。
本论文的主要工作：
1.微型直流电机的工作原理
2.微型直流电机不良原因的分析
3.设计整机电路框图
4.模块化介绍电路，实现单片机ATmeage48对整个电路的控制
二、微型直流电机原理及不良原因
（一）微型直流电机的工作原理
微型直流电机是指输出或输入为直流电能的旋转电机。在电动玩具、电动工具、汽车电器等领域应用广泛。直流电机主要由定子和转子两大基本结构部件组成，定子用来固定磁极和作为电机的机械支撑。转子用来感应电动垫而实现能量转换，内置换向器和电刷结构实现交流电变成直流电的换向。直流电机的定子由主磁极、电刷装置、机座等组成；转子由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。电枢铁芯是主磁路的组成部分，为了减少电枢旋转时铁芯中磁通方向不断变化，而产生的涡流和磁滞损耗，电枢铁芯通常用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，叠片间有一层绝缘漆； 电枢绕组有绝缘导体绕成线圈嵌放在电枢铁芯槽内，每一线圈有两个端头，按一定规律连接相应的换向片上，全部线圈组成一个闭合的电枢绕组；换向器由许多彼此绝缘的换向片组合而成。它的作用是将电枢绕组中的交流电动势用机械换向的方法转变为电刷间的直流电动势。
（二）微型直流电机不良原因的分析
电机的不良原因很多，下面主要介绍以下几种情况：
1.断线：掉线头和内部断线
2.电流高：机壳轴承、端盖孔径偏小或不同心；铜线轻微沾锡；三极圈数不一样；机壳内有丝、小粒等异物；换向器插偏；间隙小；磁石高低
3.漏电：漆包线对铁芯漏电和换向器对铁芯漏电
4.卡死：机壳内有磁渣、卡簧、轴承垫片等异物；卡簧变形、磁铁未打到位、高低不一；铁轴受伤、变形等；磁石凸起；机壳轴承、反孔变形；磁石同性或没磁性
5.短路：电刷针插变形短路；换向器铜片短路油少；机芯外挂线；铜线沾锡；换向器焊锡处多头；风沙片错位；匝间短路；磁铁没磁性
根据前面介绍电机的不良原因，我们不难发现，无论电机是什么不良原因，都会使空载电流或堵转电流发生变化。如卡磁、机壳轴承与端盖不同心、机壳内小粒异物都会使电机电流偏高，磁铁没磁性、铜线沾锡、电刷针变形短路都会使电机短路，空载电流无穷大。至于为什么要测堵转电流，是因为电机转子在断线或虚焊时，电机空载电流和合格电机电流没有区别，但是其负载能力会大大降低，所以检测堵转电流相当于加了一个无穷大的负载。电机在虚焊或是断线时，其堵转电流会偏小。即当电机被堵住，内部转子，3个绕组首尾相接呈三角形，连接方式如图1。
当电机堵转时，电刷针接触换向器中任意两点（ab或ac或bc），电路等效如图2所示。
1.如果转子完好，电阻值为R//2R，等于2/3R，I=U/（2/3R）=1.5U/R；
2.如果R1断线，电阻为2R，I=U/（2R）=0.5U/R；
3.如果R2或R3断线，电阻值为R，I=U/R。
由此我们不难得出结论，电机转子有断线现象，会使其堵转电流偏小。
（三）方案的确定
由上述分析，确定测试系统的实现方法。选择一个大功率电源给电机供电，待空载电流稳定后，采集其空载电流，然后堵住电机，采集堵D电流，将两次采集的信号经运算放大后进行处理、比较、判断。
方案一：控制器选用AT89s51，信号的采集部分选用AD0809，显示部分由数码管显示。
方案二：控制器选用AT89s51，信号的采集部分选用AD0809，显示部分由LCD显示。
考虑到LED只能显示数字，不能显示文字单，无法实现智能检测后的全部测试信息。AT89S51单片机功能强大，但是片内没有AD转换，这就需要AD模块电路，选择AD0809为AD转换器，8位的AD转换精度有点偏低，若要求高精度的测试，不容易实现。
方案三：选择Atmeage48作为核心控制器，其自带AD性能，减少实际电路中AD转换部分电路的设计。显示部分选用LCD，可以实现文字和数字信息的显示，实现微处理器控制及人机交互。
三、系统原理及总体设计
（一）系统原理
本系统采用单片机Atmeage48为控制核心，充分利用单片机内部资源，减少外部组件达到简化电路，尤其体现在处理器自带AD性能，减少实际电路中AD转换部分电路的设计。整机电路包括电源模块、信号采样模块，信号保持模块，单片机处理模块，漏电模块，键盘模块和LCD显示模块，如图3所示。
（二）模块电路原理及设计
1.单片机ATmega48原理
ATmega48是基于AVR增强型RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集及单时钟周期指令执行时间，ATmega48的数据吞吐率高达1MIPS/MHz。
（1）先进的RISC结构
（2）非易失性的程序和数据存储器
（3）外设特点
两个具有独立预分频器和比较器功能的8 位定时器/ 计数器
一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器 /计数器
具有独立振荡器的实时计数器RTC
六通道PWM
6路 10 位ADC（ PDIP 封装）
可编程的串行USART 接口
可工作于主机/从机模式的 SPI串行接口
面向字的两线串行接口
具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器
片内模拟比较器
引脚电平变化可引发中断及唤醒MCU
（4）微控制器的特点
上电复位以及可编程的掉电检测
经过标定的片内振荡器
片内/外中断源
五种休眠模式：空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和 Standby模式
（5）I/O口与封装如图4所示
23 个可编程的I/O 口线
28 引脚PDIP， 32引脚TQFP与 32 引脚MLF封装
2.电源电路
整机电路采用的是5V直流电和正负12V直流电。直流稳压电源一般是由电源变压器，整流滤波电路和稳压电路构成。本电路的电压变压器是把较大的交流电变成较小的交流电。整流电路作用是把交流电变成直流电。最后经过滤波电路和稳压电路输出稳定的直流电。本设计中直流电电路主要采用变压，整流，滤波，稳压过程将220V的交流电转换为稳定的直流电。（如图5）
3.采样放大电路
采样放大电路如图六所示：P1为外接电源接口，用于给电机供电，一般选择30W可调电源， P5为测试针接口，第2脚接电机外壳，用于检测是否漏电，3、4脚接电机两个引脚，R4为采样电阻，阻值越小对测试影响越小，后面接同向放大电路， 电压的放大倍数由R17和R8决定。放大后的信号接入单片机.由于LM324具有四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，价格低廉等优点，因此本设计中运算放大器的核心器件选为LM324。（如图6）
4.漏电检测模块
如电机漏电，外壳为高电平，三极管导通，信号交由单片机处理。如图7所示：
5.LCD显示电路
考虑到实用性和通用型的结合，本系统设计选用汉字型液晶模块，它是一种用中文图形控制芯片，内置128×64汉字图形点阵的液晶显示控制模块，用于显示汉字及图形。该芯片共内置8192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符的ASCII字符库（8×16点阵）及64×256点阵显示RAM（GDRAM）。为了能够简单、有效地显示汉字和图形，该模块内部设计有2MB的中文字型CGROM和64×256点阵的GDRAM绘图区域；同时，该模块还提供有4组可编程控制的16×16点阵造字空间；除此之外，为了适应多种微处理器和单片机接口的需要，该模块还提供了4位并行、8位并行、2线串行以及3线串行等多种接口方式。（如图8所示）
四、程序设计
五、总结
经过大量的测试验证，该系统能高效准确的检测微型直流电机的好坏，提高了检测效率，而且操作简单易用，不用专业检测人员进行操作，普通工人就能完成，对于电机生产厂家，降低了劳动成本。但是，本设计只是重点说明了会影响电机电流变化的不良原因，对于电机的不良原因还会有其他一些情况，如：电刷针变形或油少会产生噪音；搭配不好 或磁石移位或绕线三槽不对称、打结会使电机振动量变大；这些因素在电机出厂前也是也是要检测的。可我们只要理解了前面对电机电流的检测方法，后面的问题也就迎刃而解了，我们只需要加装相应的传感器，再将传感器的信号传递给微处理器，优良产品和不良产品的参数就一目了然了。
参考文献
[1] 朱月秀.单片机原理及应用[M]. 电子工业出版社，2012，8-1.
微型电机范文第3篇
关键词：微型电动车；永磁同步电机；矢量控制
0 引言
电动汽车的发展目标是实现高效率、零污染、数字化、智能化和轻量化。目前电动汽车的关键技术主要有电池、电机、电机驱动系统、车身和底盘设计及能量管理技术等，其中前3项构成了电动汽车的电气控制系统，也是电动汽车的发展瓶颈[1]。
微型电动机车常以永磁同步电机驱动为主，因此对永磁同步电机矢量控制控制系统策略进行研究有非常重要的意义。
1 永磁同步电机数学模型
永磁同步电机由定子和转子组成，在正弦波永磁同步电机中，转子采用永磁体，定子由三相绕组以及铁芯构成，电枢绕组常以Y型连接，采用短距分布绕组，产生的气隙场为正弦波，从而产生正弦的反电动势，其数学模型可用下列方程表示：
定子电压方程：
（1）
（2）
定子磁链方程：
（3）
（4）
电磁转矩方程：
（5）
永磁同步电机的运动方程：
（6）
式中：R为定子电枢绕组；Ld、Lq为交直轴电感；ud、uq为定子绕组的d、q轴电压；id、iq为定子绕组的d、q轴电流；、为定子绕组的d、q轴的磁链；为转子磁链；Np为极对数；为转子角转速；Te为电磁转矩；TL为负载转矩；J为转子转动惯量。
2 按转子磁链定向的矢量控制
永磁同步电机的矢量控制本质上是对定子电流矢量实施控制，即控制磁链的幅值和方向，从而实现对电机转矩的动态控制，以达到高的运行性能。转矩线性化控制的基本思想是：在磁场定向坐标上，将定子电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量id和产生转矩的转矩电流分量iq，使两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节，实现转矩控制[2]。
矢量控制可以用图1表示，实现过程是：给定转速与转速反馈量的偏差经过速度PI调节器，输出转矩电流，同时给定电流、与电流反馈量id、iq的偏差经过PI输出；分别输出相电压和。和再经过Park逆变换和Clarke逆变换，最后输出三相静止坐标系下电压分量、、。就可以利用电压空间矢量SVPWM技术，产生PWM控制信号来控制逆变器，实现永磁同步电机的闭环控制。
3 矢量控制系统仿真
在MATLAB的Simulink仿真环境下，根据前述永磁同步电机矢量控制策略，首先构造了如下的id=0的电流、速度闭环的仿真系统框图，并建立了永磁同步电机磁场定向控制系统仿真模型[3]，如图2所示。在仿真中，将电机的参数设置如下：给定电机转速为1000r/min，负载转矩TL=3N・m，转子极对数p=3，定子电阻RS=0.2Ω，转子磁链值=0.56wb，交直轴电感Ld=Lq=15.3e-3H，转矩惯量J=2.1e-4 kg・m2。
4 仿真结果分析
通过前述永磁同步电机矢量控制策略，对仿真模型进行Clarke、Park坐标变换，并针对其进行仿真，得出图3三相电流波形图及图4电机转矩响应曲线图。
5 结语
本文围绕微型电动车的永磁同步电机控制系统展开，根据实际应用的需求，做了大量的理论分析和实验研究，并在此基础上，搭建了矢量控制系统，仿真结果表明微型电动车电机在矢量控制策略的控制下，电机具有优越的控制性能。最后给出了实验结果波形，分析了电机的控制性能，验证了控制系统的适用性，为下一步的整机匹配奠定了良好的基础。
参考文献：
[1]Ping X， Jing B. SMC with disturbance observer for high performance PMSM[C].Mechatronic Science， Electric Engineering and Computer （MEC），2011 International Conference on. IEEE， 2011：986-989.
[2]卢东斌，欧阳明高，谷靖.电动汽车永磁无刷轮毂电机磁场定向控制[J].电机与控制学报，2012，16（11）：76-83.
[3]肖金凤，张垒，盛义发.无刷直流电机磁场定向控制策略研究与实现[J].控制工程，2013，20（01）：158-162.
微型电机范文第4篇
关键词：风光互补发电 应用 探讨
中图分类号：TK8 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）001-036-02
在我们国家，风能资源巨大，但由于资源的不平衡性，纯粹的风力发电不能大范围普及已成事实。为满足市场不同需求，延伸出来的风光互补技术不仅推动了中小型风电技术的发展，还为中小型风电开辟了新的市场。这种系统采用了我国自主研制的新型小型风力发电机和太阳能发电根据地理条件不同进行合理地结合，形成了相对稳定的电力输出。这是在短期内加速改变我国能源结构最有效的办法。
1 风光互补应用市场机会
风光互补离网型供电系统，主要是以小型风机（100W-1KW）、太阳能电池组件、储能蓄电池、控制器（逆变器），LED光源为主组成离网供电系统，在路灯、景观、广告牌、高整公路、偏远地区无电户供电、哨所、基站等小功率离网供电用户广泛应用。其市场机会巨大，椐专相关资料统计：市政建设的新建路灯照系统：保守估计我国每年新增6万公里的市政路灯工程、按每公里80-100万计算，达600亿；无电户照明：我国目前有近800万山区户、渔民无电户按每户8000-10000元计算，800亿市场。但需要国家政策补贴；船用风力发电机（有预测报告全世界近60亿美元；其他的海岛基地、通信基站、城市景观建设，高档小区景观建设、新农村建设“镇镇亮”路灯工程用户现在已有应用实例，其潜在的市场规模不可估量。专家保守估计国内市场也在几千亿以上的份额，并将形成一个庞大的产业链。
2 风光互补供电系统的优势
(1)节能减排：风光互补新能源为“节能，减排”开辟了一片新天地，清洁能源，没有污染。
(2)方便使用：光互补受自然环境因素限制比大型风力发电小，可以像种树一样在全球各个应用角落遍地开花，受环境限制较小，资源可再生，没有后续能源费用。
(3)技术成熟：风光互补技术比大型风力发电技术成熟，可靠，风光互补新能源为新能源为分布式独立供电独辟蹊径。使用寿命长（太阳能电池和风力发电机均在15年以上的设计寿命），维护方便。
下面通过二个风光互补路灯项目的应用和传统路灯相比的性价比说明：
(1)海南省海口市滨江西路风光互补路灯与常规市电路灯工程总造价比较。
位于海口市南渡江西岸滨江西路，北起长堤路与白龙路的交叉口，向南沿南渡江经过国兴大桥、海瑞大桥，终点在府灵路（南渡江大桥），是海口市一条重要的规划城市主干道，全长12.5km，道路宽50m。通过计算，得出15年时间里，使用风光互补路灯与常规市电路灯所需费用，见表1。
(2)湖南浏阳3公里次干道风光互补路灯与常规市电路灯工程总造价比较。
通过专业技术人员的计算，得出10年时间里湖南省济阳市3公里次干道风光互补路灯与常规市电路灯所需费用，见表2。
由以上2个案例的对比分析可以得出：在综合成本上，风光互补路灯与常规市电路灯相比具备明显的综合价格优势，次干道达到了同等投资，零电费、零排放，且道路越长，价格优势越明显。
3 风光互补供电系统的市场风险
3.1 市场引导机制缺乏造形成销售风险
风光互补系统的最大及户就是市政建设和离网用电户。目前，通过风光互补路灯的试点应用，虽然能增强市民对高新技术新能源产品应用的意识，更能无形中提高市民对新能源利用的意识。其中直观的科普教育性为带动地区的经济发展提供了诸多无形的价值。为当地政府在提倡“节能、减徘、绿色照明、循环经济、生态文明、科普教育、宣传”等工作上直观的肯定。但大部份是政府投资或是获得财政资金补助项目。项目投资金额相对较大，投资后企业回款期长。一些没有资金实力的企业通过关系营销即使做成项目，资金压力非常大，甚至有的企业被无力继续发展。因此大面积推广使用风光互补供电系统，只能是通过政策机制引导建立政策营销。
3.2 政策引导不力 造成的小风机企业成本压力风险
按单位输出功率测算，风机价格是太阳能电池的价格的1/4左右。这是因长期以来，微小风力发电机的应用是以偏远贫困地区的农牧民为主要对象，因此价格定位很低，加上现在国家送电下乡工程，大量采用光伏电池补贴方式，忽略了小风机的成本。而近几年来，政府对大型风力发电的政策相继出台，但对“中小型风力发电机组及新出现的风光互补新能源发电系统还是一个“被政策遗忘的角落”。致使微小风机产品没有利润，行业恶性竞争加剧，技术研发投入不够，企业没有发展后劲，不利于风机生产企业的有利健康成长，从而影响风光互补市场的发展。
3.3 监督机制不全带来的行业产品质量风险
风光互补系统是一个产品集成体，目前市场对其单一产品虽然都有标准和检测手段，监管力度也不够，加上对风光互补系统还是没有整体完善的检测监管手段，以至于市场上的产品没有国家权威机构的检测和认证，导致劣质产品充斥市场，由于小风机是高位安装，风机掉落伤人事故时有发生。行业没有形成有效的监管机制，使有的企业不注重售后服务，致使小风机失去了用户信心，影响风光互补系统的全面推广。
4 行业发展趋势
风光互补系统是近8年才兴起的集成企业，技术门坎不高。技术含量是表现在系统集成+单项产品核心技术，目前小型风机的知识产权完全自主，各企业都已申请部件的发明专利和外观专利。
(1)噪声：我国的小型风机,通过制造工艺的改进,噪声技术已得到改善,基本满足用户需要。
(2)低风速：传统的小型风机起动风速都是在4米/秒左右。这样一来，很多地方看不到小风机的转动。所以应用推广受地域局限。中科恒源科技股份有限公司的全永磁悬风力发电机，以“全永磁悬浮技术”已获得国际PCT专利保护。其发电能效比普通风力发电机提高20%以上，启动风速更低至1.5米/秒。是目前600W以下小型风机领域低风速的一个重大突破，是内业最具优势的产品之一。
(3)控制技术：大部份风光互补供电系统的控制器，大多处于一种充放电保护和风机过风保护。而有些地方用户要求需要集中控制和远程监视，但成本随之上来。所以很多企业在控制器上创新，满足人性化需要，模块化设计在满足及户需求的同时又要保证新产品与传动产品相比较有合理性价比，如：用户可以根据自己的需要通过远程控制和设定光照时间和照明功率。
(4)成本：更为用户关注的是小风机的成本优势,目前,小风机的成本已经是同等功率大阳能成本的的1/4-1/5,但风力必须在4米以上的阔旷区才能获取,为保证安全，传统的立杆成本不可少。目前这种成本对于国内比较贫穷的无电户家庭用户也是过高。需要进一步采用新材料、新工艺不断改进。
(5)集成技术：风光互补更主要体现在集成技术，根据地理条件和用户要求，风光互补系统必须形成风能、光能、蓄电池容量的合理配置。系统组成合理，可以达到要求，系统达到最优性价比。否则，资源浪费，系统成本增加。这种技术更主要是应用经验的累积，因此，应用范围的扩大成了行业发展的关键。
5 结束语
(1)本产业市场及潜在市场巨大，在国家政策提倡，地方政府支持下，可形成巨大产业链。随着能源日益紧张，新能源利用方式不断拓展，新技术、新材料的不断出现，作为争布式供电方案的风光互补系统将是普及风能、光能随时随地应用的一种手段，前景广阔。
(2)风光互补系统的关键技术急须突破，涉及到高效低风速的小型风机技术、太阳能光电技术、储能蓄电池技术、LED淘汰技术等，国家应对小型风机甚至专门对风光互补供电系统的供应商进行政策支持，通过行业内的制造企业的不断推广引导，形成产业政策，同时需要鼓励企业通过技术创新和新材料的应用创新降低使用成本，风光互补技术的全面推广是完全可以实现的。
参考文献：
[1] 徐泽玮.关于我国发展太阳能发电技术产业的思考[J].电源技术应用,2006(12).
[2] 孟克其劳,贾大江,王利平.风光互补控制器智能化设计[J].太阳能学报,2005(02).
[3] 王志新.风光互补技术及其应用[J].新材料产业,2009(02).
微型电机范文第5篇
关键词：直流伺服电机；PID转速控制；电脑鼠走迷宫
一、ieee电脑鼠走迷宫背景知识
电脑鼠，英文名MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种智能行走装置（微型机器人）。电脑鼠需要在环境未知的迷宫中根据传感器探测的数据自行决定搜索法则，自动记忆迷宫墙壁资料，智能分析从起点到终点的最短路径，最终以最短的时间到达终点。这就要求电脑鼠必须具有快速启停，稳定行走，精确位移和高速冲刺等机械特性，因而硬件平台除对传感器检测的准确度要求极高外，对电机驱动系统的性能要求也极高。
目前国内电脑鼠的电机驱动系统主要是以步进电机构成的开环控制系统，步进电机价格便宜且控制简单，但与直流电机相比，在相同负载转矩下，直流电机具有响应速度快，体积小，效率高，扭力大等优点，特别是直流电机加上编码器以后可以构成一个闭环控制系统，有效的避免了步进电机的存在的失步问题。
经过众多比较，本设计最终选择使用冯哈伯1524B009SR空心杯直流电机，其自带512线正交编码器，可以方便的与微控制器组成伺服控制系统。空心杯直流电机在结构上突破了传统电机的铁芯转子结构形式，采用了无铁芯转子，因此得名空心杯转子。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了极大改善。
二、微控制器选型及电机驱动电路设计
电脑鼠在迷宫中需要执行多项任务，如：伺服电机的PID控制，红外传感器的驱动，岔路转向的决策等等，所以对主控芯片的处理能力要求较高。特别是本设计选用了冯哈伯1524009SR直流电机，其自带512线正交编码器，所以需要主控芯片具有正交编码器接口。
最终本设计选用了ST公司的高性能32位微控制器STM32F103VBT6。该微控制器基于ARM?誖CortexTM-M3 v7M架构，提供了强大的运算能力，同时内置4个可配置的通用定时器，多路中断线，多路DMA控制器，一个12位AD转换器，4个USART接口。其前两个通用定时器可以配置为正交编码器接口模式，方便与正交编码器的连接。
由于所选用的电机属于直流有刷电机，因此需要H桥电路作为电机驱动。可以采用分立元件搭建H桥或者使用传统的L298N集成H桥驱动芯片，但是考虑到分立元件的离散特性以及L298N高达2V的电压降，最终选择了另外一款BA6845FS集成H桥驱动芯片。该芯片内部集成两个H桥以及逻辑电平电路，性能出色，简单易用，可以驱动两个电机，完全满足本设计的需要。
三、数字式 PID算法原理概述
在电机的闭环伺服控制系统中，最为关键的部分就是控制程序的实现。本设计选择了经典的PID控制器算法，同时根据本电机的机械特性，设计了数字式分段PID控制算法。
将偏差的比例（Proportion）、积分（Integral）和微分（Differential）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称 PID控制器。在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制，典型的模拟PID控制系统原理如图4-1所示。
由于本设计中使用微控制器进行PID运算，需要将PID控制算式离散化，将模拟PID转换成数字式PID。
离散化方法：
其中：T为采样周期，k为采样序号。
这样可以得到数字式位置型PID控制算式：
由于电动机固有的负载特性，在高转速时，电机扭矩减小，响应变慢，为了优化高转速时电机的响应速度，因此本设计中对比例系数P进行了分段设置，根据不同的电机转速值使用不同的比例系数P。
PID控制器的参数整定是PID控制器设计中的核心内容。它需要根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数P，积分系数I，微分系数D的大小。PID控制器的参数整定方法概括起来有两大类：一是理论计算整定法，主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器的参数，常使用Matlab和Simulink进行计算和仿真。这种理论方法所得到的计算数据未必可以直接应用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的实验中进行整定，该方法简单，易于掌握，因而得到了广泛的应用。工程整定的一般步骤是：
1.选择一个足够短的采样时间让系统可以稳定工作。
2.将I和D系数设置为0，暂时不要积分和微分。
3.把P值从0开始逐渐增大，尽量减小系统的阶跃响应时间，直至系统出现震荡，再反过来，从此时的P值开始逐渐减小，直至系统震荡消失，取比例系数P为当前P值的70%-80%。
4.设定一个比较大的积分系数I，然后逐渐减小I，直至系统出现震荡，再反过来，从此时的I值开始逐渐增加，直至系统震荡消失，取I值为当前值得150%-180%。
5.与确定P值得方法大致相同，取不震荡时的30%。
在PID控制器参数整定的过程中，为了方便调试，专门编写了串口调试工具，以图形化界面反映了电机的实时阶跃响应曲线，方便了参数的在线整定。
四、实验结果及分析
根据反复的调试，最终确定了PID控制器的参数。三个不同阶段的P参数分别为5，8，10。I参数为0.005。D参数为1.5。采样时间为2ms。
微型电机范文第6篇
[关键词]微型燃气；发电技术；应用前景
中图分类号：TE43 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0276-01
1 微型燃气轮机的发展
20世纪60年代美国国家航空与宇航管理局在涡轮增压器的基础上发展了1种微型燃气轮机发电装置，随后在70年代开展了微型燃气轮机作为辅机电站在航天飞机上应用的研究。之后的50年间，微型燃气轮机发电技术得到了迅速的发展，除用于军用车辆的辅机电站外，带有回热器的高效微型燃气轮机被用于分散式发电、热电冷联供、车辆混合动力装置等领域。目前，燃气轮机和燃料电池联合循环系统是研究的热点，据最新报道，美国能源部和西屋电器公司成功建造了1个250kW固体氧化物燃料电池与燃气轮机联合循环示范电站，其中燃料电池发电200kW，燃气轮机发电50kW。
随着技术的发展，微型燃气轮机的结构发生了很大变化。高速永磁发电机的出现使发电机与压气机间的连接采用空气轴承代替滚动轴承，不再需要减速机构，这使整个机组的重量和尺寸大大减小，成本降低很多；为提高机组的热效率，普遍采用高效紧凑型回热器；为克服涡轮入口温度的提高受涡轮材料的限制这一矛盾，世界上一些著名的研究机构相继开展了采用陶瓷作为燃烧室、涡轮、回热器等热端部件的材料的研究。1995年在美国动力年会上，AlliedSignal、Capstone与Elliott公司率先展示了25～70kW微型燃气轮机样机，其后每年均有样机推出。2001年2月Capstone宣布该公司生产的用于混合动力汽车的微型燃气轮机刚刚获得CARB颁发的国际第1个证书。据报道，其30kW微型燃气轮机燃天然气时的排放仅为新一轮重型汽车最低排放标准的80%。美国专家预测微型燃气轮机的潜在市场将达每年80～100亿美元。
我国在微型燃气轮机发电方面虽做了大量的研究工作，但与国外相比还有很大差距。北京理工大学等单位研制了1种单轴微型燃气轮机发电机组。目前，国家对发展我国的微型燃气轮机给予了相当重视，科技部已多次研讨论证，并决定进行我国的微型燃气轮机研制攻关，迄今为止已经研制出基本达到国外先进水平的微型燃气轮机。
2 微型燃气轮机发电机组的技术特点
微型燃气轮机发电机组具有4项主要特征：①采用了简单的径向设计原理以及单级径向压缩机、低排放环型燃烧器、单级径向透平，压比为4：1，采用空气轴承。恒温运行排除了使用高成本的尖端材料，维修成本低，振动更小，排放更低，结构紧凑。②将高速交流发电机装进燃气轮机机械装置中，2机同轴，组成1个紧凑的高转速的透平交流发电机。装置不需要减速箱，交流发电机又可用作启动电动机，从而进一步减小了机组的体积。③由于采用效率可达90%的高效回流换热器先预热燃烧室所用空气，减少燃料消耗，故可使燃气轮机的效率由18%提高到30%。④由微型处理机控制的功率逆变控制器可进行输出频率转换，也可调解成其它输出频率，它把高速交流发电机输出的频率为1～3kHz的电力转换成50～60Hz的电力。功率逆变控制器可根据负荷的变化调节转速，也可根据外部电网负荷变化运行，还可作为独立系统运行，包括远程管理、控制和监测。
目前国际市场微型燃气轮机产品的主要性能指标有：带有回热、变频、高速电机等设施；微型燃气轮机的效率达25%～29%（研制目标为40%）；冷热电能量利用率达70%～90%；污染物NOx排放≤9×10-6；功率为25～100kW。
美国国家能源部制定的2000～2006年度财政计划项目“先进微型燃气轮机系统”，共投资1.63亿美元，研制功率为25～1000kW带有回热的微型燃气轮机，并提出更高的性能指标要求：效率：燃料―电力转换效率至少达到40%；环境：燃用天然气时，在实际工作范围内NOx排放
3 微型燃气轮机发电机组与其他发电机组的比较
微型燃气轮机发电机组可以用作常规机组或紧急备用机组，与柴油机发电机组比较的主要技术特点：①寿命特长。可达45000h，而同功率等级柴油机仅为4000h，不足燃气轮机的1/10。②移动性好。1台30kW微型燃气轮机发电机组的重量小于1台3kW的柴油发电机组。③高可靠性。仅有1个运动部件，故障率被降到最低；内置式保护与诊断监控系统，提供了预先排除故障的手段，在线维护简单；采用空气轴承和空气冷却，无需更换机油和冷却介质，发电机组的首次维修时间在8000 h以后，维修费用低。④噪声小，排气温度低，红外辐射小。⑤具有整体集成特征，能使2～10台机组组成系统运行。⑥燃料可变性。能够采用多种液体、气体燃料（如天然气、丙烷、生物质燃料、煤油、柴油等），可使用含硫比例高达7%的酸性气体。⑦遥控与通信。通过显示板或Modem连接进行控制操作，系统具有通信、控制作用。⑧保护。具有一系列的自动超限保护和停机保护，所以特别适用于移动电源、城市电站和汽车动力。⑨超低排放。远远低于柴油机，有利于环境保护。
与电站相比，微型燃气轮机具有以下优势：①没有或很低输配电损耗；②可避免或延缓增加输配电成本；③利用燃机产生的热烟气进行高效率的热电联产；④适合多种热电比的变化，使系统根据热或电的需求进行调节，从而增加年设备利用率；⑤用户可自行控制；⑥可进行遥控和监测区域电力质量和性能；⑦非常适合对乡村和发展中区域提供电力；⑧在成本增加很小的情况下可增加装机容量；⑨土建和安装成本低；⑩大大减轻环保压力。
4 我国微型燃气轮机的发展前景
微型燃气轮机及分布能源系统需求在生活质量和环保标准较高的发达国家首先表现出来，在建筑楼宇、医院、商住小区等相继应用，如美国Mary-land办公区能源系统，日本阳光计划的连锁店功能系统等。美国新建楼宇要求采用分布式冷热电供能系统（CHP）的达到50%。我国微型燃气轮机及分布能源系统需求的总走势与国外相似，因经济发展水平而有所滞后，但上海、北京、南方地区的需求已经出现，如广东番禹南沙科技园、上海浦东国际机场，北京天然气控制中心大楼、中国科技促进大楼已规划了微型燃气轮机能源系统。我国在冷热电分布能源必需的吸收式制冷机的研制、生产中达到较高水平，因此微型燃气轮机和吸收式制冷机组合的能源系统有可能打入国际市场。
微型电机范文第7篇
多大的飞行器才算微型飞行器呢?1996年,美国国防部预先研究计划局在开始执行微型飞行器计划时所下的定义是:飞行器外形的长、宽、高都小于15.24厘米,起飞重量低于100克的称为微型飞行器。现在,人们普遍采用这个定义。
微型飞行器的用途
微型飞行器由于体积小、隐蔽性好、性能稳定,因而在军事方面能执行多项任务,甚至可完成其他飞行器无法完成的任务。例如:
可用作侦察和监视。微型飞行器携带能全天候工作的图像传感器后,非常适宜于在50米左右的空中执行侦察任务。它可以贴近目标实施侦察,尤其是对侦察卫星和军用侦察机监视不到的死角,或人员无法到达的险要地区进行侦察,还可以部署到适当位置,充当固定的、不被注意的地面传感器,并能实时准确地把侦察到的信息传送回来。
可实施突袭。微型飞行器虽然尺寸小、有效载荷量有限,但如果装上一些高效能弹药或者一些其它武器,就能趁敌不备实施各种突袭和打击任务。
可用于通信中继。微型飞行器装上摄像机和传送机后,可执行一些危险的拍摄任务,并能实时传输给作战指挥中心,或前线士兵手中的微型计算机。它不必担心有人员伤亡,若被击落,损失也不大,可及时再发送新机继续执行任务。
可执行电子干扰任务。微型飞行器可以充分发挥隐身性能好的长处,携带微型电子干扰机,飞抵距敌雷达、通信设施工作区足够近的地方,实施有效的干扰。如果干扰效果不理想,可增加飞行器的数量,实行“集群干扰”的战术。
可用于生化探测。在遭敌核武器、生物武器和化学武器袭击后,携带特殊设备的微型飞行器可以飞入污染区的上空,进行仔细周密的探测,而不必考虑人员伤亡问题。
此外,微型飞行器还可以执行目标指示,为被击落的飞行员提供信息,或给搜索救援人员发射求救信号等多种任务。
在民用方面,微型飞行器可用于生物和化学物质检测、交通监视、城市情报搜集、大气探测和行星探测等。微型飞行器在行星探测中具有很大优势,因为把每一克重量送上行星的费用都很高,而它的重量却极轻。
微型直升机的优点
微型飞行器许多任务的一个共同要求是要能悬停和巡逻。对于执行这些任务,微型直升机与微型固定翼飞机相比有很多优点,特别是在很有限的空间环境下,需要飞行器保持静止不动的悬停或做机动飞行时更是这样。例如,在建筑物周围和内部搜集情报,就需要具有先进自主导航系统的能悬停的飞行器。因为微型直升机结构紧凑,悬停时保持位置的能力强,所以微型直升机用于执行这些任务是较理想的。在许多摄像任务中,不能使用速度较高的微型固定翼飞机,却能使用四旋翼微型直升机。
在微型尺寸条件下,直升机通常具有效率低的缺点并不明显,而固定翼飞机较高的升阻比和升力系数优势却有明显减小,所以使用微型直升机就更有利。
四旋翼微型直升机
微型直升机与普通直升机一样有各种构型,如单旋翼带尾桨式、双旋翼共轴式和多旋翼式等。下面介绍的是美国斯坦福大学研制的一种四旋翼微型直升机。
该机的4副旋翼成正方形布置,分别由4个直流电机直接驱动。全机的最大尺寸小于5厘米,总重小于15克。从题图可以看出该机的基本布局和结构:机体为四方形框架结构,中间对称装有8个微型电池,由它们为驱动直流电机提供能源;微型旋翼布置在机体的四角,每个旋翼下面则是直流电机。
在研制四旋翼微型直升机的过程中,斯坦福大学的研究者们主要遇到以下3个难题:
低雷诺数空气动力学问题 微型直升机旋翼的雷诺数在1000至6000范围内。在这个范围内,气流的粘性问题十分明显,以前用于螺旋桨和旋翼设计的一些简单工具已不适用了,甚至一些基本设计规则也不适用。
微型制造技术 为了达到要求的升阻比,必须制造小尺寸的光滑旋翼。传统的微型制造技术已不能满足要求,它一般不用于制造50微米的薄零件,必须重新考虑加工工艺和加工步骤。
动力与控制系统 虽然可以使用高能电池的种类越来越多但要找到具有高能量、大电流,适合于微型直升机使用的特小电池仍不容易。而且,这些小装置的控制也是一个问题。由于它们的尺寸小,所以持续稳定工作的时间也非常短。此外,电机、飞行控制传感器的加工工艺和质量也有些问题需要解决。
美国斯坦福大学的研制者们经过努力,基本上解决了上述问题,制造出了四旋翼直升机的原型机,并进行了系留飞行试验。
经优化设计的微型直升机旋翼桨叶,是一种非常薄的三维结构。考虑到桨毂的连接强度可能不够,同时也为了避免应力集中,又对桨毂部分进行了加强。由于旋翼的设计直径为1.5厘米,厚度不能超过50微米,超过50微米其空气动力性能就会大大下降,因此它的强度和刚度极小,选择材料和制造都十分困难。
斯坦福大学的研制者们考虑了用于制造旋翼的3种材料,即聚合物、金属和陶瓷,摸索了使用这3种材料的各种制造工艺,并最终选择了一种特殊的制造方法。这种制造方法由制造复杂形状石蜡模型工艺发展而来,适合用于对聚合物和陶瓷材料进行成形加工。
制造微型旋翼的步骤如下:
将旋翼设计参数输入计算机,通过计算机辅助设计给出旋翼桨叶各点的弦长、扭转角和翼型形状,最后设计出旋翼的计算机模型;
根据旋翼的计算机模型,编制计算机数字控制加工程序,并加工出旋翼铸造模具;
用聚合物填充模具铸造出旋翼;
脱模,对旋翼表面进行打磨加工,以保证表面光滑洁净。
四旋翼微型直升机最初的原型机,采用从市场上购买来的无刷直流电机。这些电机虽从市场购得,但效率却很高,可达到60%至67%。为控制电机的功率和转速,斯坦福大学的研制者们采用了总重量小于1克的电子控制设备,即电机控制器。由于需要4至9伏的电压才能驱动电机,所以微型直升机采用了8个小电池。
通过电机控制器对电机功率和转速的控制,不仅可以控制整个直升机升力的大小,而且还能调节操纵力矩,使直升机实现横滚、俯仰和偏航等飞行。虽然飞行的稳定性问题已得到解决,但控制这种飞行器的通信系统还在研制之中。
微型直升机试验计划,包括电机、电池和控制器的特性试验,确定旋翼升力和操纵力矩的试验,以及四旋翼微型直升机的系留飞行试验。通过对单个旋翼的旋转试验,以及由3毫米电机驱动的微型直升机原型机的系留飞行试验,表明旋翼的最大升力已达到预期值的80%左右。
微型电机范文第8篇
ASWP是什么装置？
ASWP是Aimlock Stabilized Weapon Platform的首字母缩写，意为“稳定的瞄准锁定武器平台。”该项目是美国陆军发展、研究及工程中心开展的军队远程勇士实验计划（Army Expeditionary Warrior Experiment）下的50个项目之一。该项目的目标是研制一个手持轻武器平台，其上集成有激光测距仪、弹道计算机、气压传感器、温度传感器、晃动传感器、微型电机、微型控制计算机等装置。枪械加装在ASWP平台上时，由微型电机控制，士兵的双手及肩部只是与ASWP平台接触，除手指与枪械的扳机接触外，身体其他部位并不与枪械直接接触。 ASWP第一代原型样机。可清楚看到在枪托部位有与步枪枪托相连接的微型电机，ASWP平台能将弹道计算机、晃动传感器得到的数据经处理计算后，经过电机将枪口保持在正确的位置
当士兵手持ASWP平台将枪械瞄准目标时，激光测距仪测得目标的距离，气压及温度传感器测得当前的气压及温度数据，弹道计算机便根据这些数据解算出弹道诸元，微型控制计算机根据解算出的弹道诸元驱动微型电机，微型电机带动枪身上下及左右偏转微小的角度，使安装在枪械上的光学瞄准镜的瞄准点精确对准目标。若射手心情紧张或长时间握持手臂晃动，ASWP平台上的晃动传感器会测出晃动数据，并传输给微型控制计算机，微型控制计算机便驱动微型电机，微型电机带动枪身偏转微小的角度，使瞄准点恢复至原来的位置。也就是说，射手握持ASWP平台将枪械对准目标后，枪械便完全由微型电机控制，无论射手的手臂如何轻微晃动，枪械瞄准镜的瞄准点都会精确瞄准目标，射手只需扣动扳机即可。
ASWP平台目前仍处于研制之中，并经过多次测试，其中比较大的测试有两次。
两次大型测试状况
第一次大型测试于2014年6月12日～19日进行，采用实弹测试方式，让射手在站姿、跪姿、卧姿对静止及移动目标射击，目的是测试微型电机、微型控制计算机的效能。结果显示，无论对静止目标还是移动目标，微型电机及微型控制计算机均能表现出较好的性能。
第二次大型测试于2015年8月～9月进行，这一次测试是ASWP平台重新改进之后进行的。改动之处包括：ASWP平台整体结构由类似FN公司P90单兵自卫武器的外框式改为更简单的骨架式，由左右两根平行的碳纤维支撑杆、聚合物枪托及握把组成，使枪械的安装方法更简单;同时，ASWP平台上的激光测距仪、弹道计算机、气压/温度/晃动传感器、微型电机、微型控制计算机等光学、电子器件的性能也进行了提升。此次测试中，除了在ASWP平台上搭载M4卡宾枪，也尝试在其上安装M110 7.62mm半自动狙击步枪及0.338英寸口径的狙击步枪。
此次实弹测试共进行了4种射击方式的测试：无依托射击100m的静止目标、有依托射击200～500m的静止目标、从移动车辆上射击静止目标、从直升机上射击静止目标。
不过，测试结果发现ASWP平台仍有大幅改进空间，在前3种射击方式测试中曾发生因控制计算机反应延迟而造成射击不够精准的情况。而在第3种射击方式测试中，随着车辆速度的增加也会导致弹着点越来越偏移目标，因为弹道计算机无法对车辆速度和弹头飞行时间做出立即反应。在第4种射击方式测试中，由于直升机的速度、晃动更大，弹着点变得极度分散。
让站姿射击跟卧姿一样精准
尽管ASWP平_目前的测试结果还无法让人完全满意，但美国陆军仍持续改进这套系统，且美国陆军为ASWP平台提出的一项要求就是“站姿射击时几乎和卧姿一样稳固”――这样的要求或许听起来很天方夜谭，但这样的科技却可能真的改变未来步兵作战的方式。
ASWP平台的目标在于消除射手在无依托射击（例如站姿）产生的1.5Hz频率的手部晃动，使晃动的影响降低至10%～25%，以提升步枪在600m处的命中率。美国陆军希望ASWP平台能减少达到同样射击效果的训练时间，不仅让士兵训练更有效率，同时也节省庞大的训练开销。
指向目标就好，
剩下交给电脑
在现代战场上，不论是战车或直升机都配备了能在行进间提高射击精准度的稳定系统，惟独步兵仍需要控制肉体的晃动来达到高精准度，但随着ASWP平台的出现，步兵不再需要这么辛苦了，因为ASWP平台本身能判断出手臂、环境晃动造成的误差，并时时将瞄准点修正在射手要打击的目标上。
而在未来发展上，军方甚至还希望ASWP平台具备连接指挥控制系统的能力，即能获取信息，实时得知所需射击的目标，例如前方士兵将目标信息传输给躲在墙后的友军，友军及时瞄准目标，只要目标探出头来就能命中。
不过，目前ASWP平台仍处于原型阶段，笨重、硕大的支架并不符合人体工程学，而美国陆军发展、研究及工程中心的最终目标就是将ASWP平台变成一种整合式的武器系统，与武器完美配合，便于携行、操作。
微型电机范文第9篇
【关键词】模糊PID；微型；轴流血泵；双闭环
1.引言
目前对轴流血泵的控制最常用的方法是双闭环PID控制策略，PID控制技术也因其结构简单，控制准确度高而得到广泛的应用，但是当电机在转动过程中性能参数发生变化时，PID控制参数不能随之做出实时修正，很难得到较好的控制效果。对于电机运行过程中PID控制器存在的缺陷问题，将模糊控制理论成熟经验和规则有机地融入到微型轴流泵-的控制策略中，不仅能够克服系统运行过程中的突况，而且还具有体积小、结构简单、自适应强、响应快、高效率、转速可调范围宽和鲁棒性强等特点，将模糊控制和PID控制两者结合起来，扬长避短，实现微型轴流血泵的优化控制。
2.数学模型及其动态结构
微型轴流血泵采用三相两极星形全控电路的无刷直流电动机，，转子采用内转子结构，气隙磁场为方波，假设电机的磁路不饱和，转子磁场对称分布，不计血泵运行过程中涡流和磁滞损耗，忽略换相过程和电枢反应和齿槽效应的影响，系统中，所有器件均为理想开关器件，微型轴流血泵在两两导通状态下的动态数学方程如下：
反电动势方程：
式中，Ud为通电状态下两相绕组上的电压；Kc为反电势系数；R为绕组旋转半径；Tc为电机合成电磁转矩；E为电机的反电动势；KT为转矩系数；L为绕组旋转半径；为电机绕组每相的匝数；B为磁场强度；J为转子的转动惯量；为负载转矩；Z为黏滞摩擦系数；为机械角速度。
对上述方程进行拉氏变换，假设系统的初始状态都为零，推导出系统动态过程中的传递函数
由上述传递函数推导出微型轴流血泵控制的动态结构图如图1。
反馈信号（反电动势）的引入构成了与电机转速成正比的闭环控制系统，克服了轴流血泵在运行过程中负载和磁场干扰等因素的干扰，增加了系统运行过程中的有效阻尼。
3.微型轴流血泵模糊PID调速器设计
模糊控制理论对时变、非线性的微型轴流泵控制系统有很好的控制效果。在无法获得轴流血泵准确数学模型的情况下，模糊控制理论的融入不但能够提高系统的响应速度，而且还具有简化结构、增强鲁棒性等特点，达到对微型轴流血泵的控制性能优化。
模糊PID控制器的设计：
对于轴流血泵控制过程中遇到的滞后性、控制参数的非线性和高阶陛等干扰情况均不能进行动态调整，很难建立精确的数学模型。模糊PID无需考虑被控系统的模型，根据其误差e和误差变化e实时调整Kp，Ki，Kd的值，最终使被控对象处于稳定工作态。在微型轴流血泵的双闭环控制系统中，转速负反馈可以保证系统稳态运行下实现转速无静差，抑制转速波动，提高系统静、动态特性，转速调节器采用二维模糊PID控制策略，通过比较速度反馈信号和给定转速信号获得系统的误差e、误差的变化e，经模糊化后，得到模糊量E和E，再经模糊推理、模糊决策和去模糊化处理输出精确的系统输出量。满足系统超调量小、抗干扰、快速响应的要求，在matlab6.5环境下命令空间输入fuzzy进入模糊工具箱，设置输入输出的隶属密函数，根据表一设置模糊规则，建立模糊PID控制系统模型如图2所示，同时建立常规PID控制模型，进行系统仿真。
4.仿真结果
将微型轴流血泵的模糊PID控制的输出结果和经典的双闭环PID控制理论的输出结果同时显示在以下窗口，仿真结果如下：
图3、4中，“一”为模糊PID控制曲线，“--”为经典双闭环PID控制曲线。
5.结论
从以上各图中可以看出模糊PID控制系统在响应速度、超调量、稳定性和鲁班性等方面都优于传统PID控制，同时还具有抑制运行过程中负载扰动的作用，解决了常规PID控制参数整定问题，达到了系统的精度要求，提高了控制质量。
参考文献
[1]刘兴艳，董洋洋.基于DSP的无刷直流电机P-模糊自适应PID控制系统[J].电机技术，2011（3）：23-26.
[2]申亮，谢伟东.永磁直流无刷电机改进的单神经元PID自适应控制仿真研究[J].机电工程，2011（3）：369-373.
[3]陈伟，周小波，王群京.基于模糊优化的PID直流无刷电机控制[J].电子设计工程，2010（6）：146-149.
[4]张立，李莉.基于MATLAB的无刷直流电机控制系统建模与仿真[J].机电工程技术，2010，39（4）：29-31.
微型电机范文第10篇
高中物理课程中，向心力是非常重要的知识点，同时也是教学难点。传统的“向心力实验演示仪”仅仅是半定量的，并且误差较大，从而只能定性地说明向心力大小与相关变量有关，而无法定量地测出向心力与半径、线速度和质量有关，即准确性难以控制。为了解决上述问题，笔者设计制作了探究向心力演示仪，目的在于克服上述技术的不足，其操作简便，原理直观，性能可靠，误差小，适合演示实验及学生分组实验。将向心力定性演示实验改进为定量操作实验，在学生对向心力公式的理解及应用方面具有重要作用。探究向心力演示仪与传统的“向心力实验演示仪”相比，实现了定量地研究与向心力大小有关的物理量，并且大大减小了实验误差。
2 结构与原理
如图1、图2所示，图中标号1为减速电机、2为联轴器、3为扁铁、4为轴承、5为铁棍、6为斜梁、7为铁槽、8为微型电子秤、9为无线摄像头、10为便携式测速仪、11为电位器、12为开关、13为蓄电池、14为重底座、15为螺丝、16为小垫片、17为直角铁片、18为大垫片、19为螺母。减速电机通过联轴器与扁铁固接，减速电机嵌套于轴承中，轴承内圈与减速电机固接，轴承外圈与扁铁、斜梁固接，斜梁与铁槽固接，铁槽外侧标有刻度，铁槽一端通过螺丝、垫片、直角铁片、螺母竖直固接微型电子秤，铁槽中部固接无线摄像头，电子秤示数通过无线摄像头显示于计算机，轴承外圈与三根铁棍固接，三根铁棍与重底座通过螺丝、螺母固定，重底座内置蓄电池，减速电机连接电位器，电位器连接开关，开关连接蓄电池（电路如图3所示），便携式测速仪置于微型电子秤下方。
本演示仪中用到的减速电机是DFGA25RP-344i，A401，DC12V，RPM10；轴承是6005；微型电子秤的量程是500 g，误差是0.01 g；电位器是1.5 KΩ。本演示仪采用微型电子秤间接测量向心力的大小，通过在电子表格中写入公式，将微型电子秤示数转换成力的大小，转化公式为：力的大小=（微型电子秤示数/1000）*9.8 N。通过电位器实现调速，利用便携式测速仪测量物体的线速度。借助电子表格，快速计算、作图，从而直观地呈现向心力与各相关物理量之间的关系。分别用不同质量的小球进行实验，可探究向心力与质量的关系；调节电位器，改变减速电机转速，可探究向心力与线速度的关系；改变小球所在的位置，可探究向心力与半径的关系。
3 操作与演示
使用时，把小球置于铁槽中的某一位置，并从铁槽的刻度上读出到轴心的距离，使微型电子秤竖直靠着小球，将微型电子秤竖直固定于铁槽中。将便携式测速仪置于小球的正下方。将无线摄像头与计算机连接。打开开关，调节电位器，微型电子秤对小球的弹力提供小球做圆周运动时所需的向心力，并通过微型电子秤测出示数，由无线摄像头获取读数，并显示于计算机。记录轴心到小球所在位置的距离、便携式测速仪的示数和微型电子秤的示数，绘制散点图。
3.1 实验过程
1）半径、线速度大小一定，探究向心力与质量的关系。①固定微型电子秤的位置，依次将不同质量的小球放入铁槽，打开微型电子秤；②按下电机的电源开关，保持电机转速不变，分别记下小球的质量以及微型电子秤示数；③将得到的数据输入电子表格，作出向心力与质量的关系图像（如图4），观察数据点的分布，得出向心力与质量呈线性关系，即当作圆周运动的物体的运动半径和线速度大小保持不变时，其所需的向心力与质量成正比。
2）质量、半径一定，探究向心力与线速度的关系。①固定微型电子秤的位置，放入小球，打开微型电子秤，打开便携式测速仪；②按下电机的电源开关，调节电位器控制电机转速，分别记下小球的线速度以及微型电子秤示数；③将得到的数据输入电子表格，作出向心力与线速度的关系图像（图5），观察数据点的分布，可见具有抛物线特征；④利用电子表格算出线速度的平方、线速度的平方根、线速度的立方（图6），再分别绘制向心力与线速度、线速度的平方、线速度的平方根、线速度的立方之间的关系图像（图7）。从图像上易得向心力与线速度的平方呈线性关系，即当作圆周运动的物体的质量和运动半径保持不变时，其所需的向心力与线速度的平方成正比。
附图说明：附图1是本演示仪的结构示意图；附图2是本演示仪中微型电子秤与铁槽之间的固接结构示意图；附图3是本演示仪中调速电路的原理图；附图4是实验中向心力与质量的关系图；附图5是实验中向心力与线速度的关系图；附图6是实验中对向心力与线速度的关系作出几种尝试的计算结果表；附图7是实验中对向心力与线速度的关系作出几种尝试的关系图。
4 结束语