基于单片机的大间隙磁力驱动系统控制电路的设计及仿真.doc

２００９芷  仪表技术与传感器  ２００９ 第７期 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｏ．７  基于单片机的大间隙磁力驱动系统控制电路设计及仿真 刘云龙，谭建平，李谭喜，许焰 （中南大学机电工程学院，湖南长沙４１００８３） 摘要：基于非接触磁齿轮驱动研究，提出一种主动磁极静止式大间隙磁力驱动方式。针对这种新型的磁力驱动方式， 设计了基于ＳＣＭ（单片机）的斩渡恒流功率放大磁场驱动系统控制电路，并进行了电路输出模拟仿真，实现了主动磁极静 止式磁力驱动，有效地减小了感性线圈对电流的阻碍作用，实现了驱动电路的恒流输出，提高了系统高频响应能力，使驱 动系统在大间隙、高转速情况下也具较强的驱动能力，同时具有良好的正反转和调速性能。 关键词：大间隙；磁场驱动；主磁极静止；ＳＣＭ；斩波恒流 中图分类号：ＴＭｌ５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２００９）０７—００８７—０３  Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｇａｐ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｄｒｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＣＭ  ＬＩＵ Ｙｕｎ－ｌｏｎｇ，ＴＡＮ  Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ，ＬＩ Ｔａｎ－ｘｉ，ＸＵ Ｙａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）  Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ  ｎｅｗ  ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌｅ ａｌｗａｙｓ ｋｅｅｐｓ ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ  ｗａｓ  ｐｕｔ  ｆｏｒｗａｒｄ，ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｎＯｌｌ—ｃｏｎｔａｃｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｇｅａｒ ｄｒｉｖｅ．Ｉｎ ａｌｌｕｓｉｏｎ ｔｏ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ａ ｆｉｒｅ—ｎｅｗ ｏｕｔｓｉｄｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｃｈｏｐｐｉｎｇ ｗ，ａｖｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗａｇ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴ８９Ｓ５２，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｅｒｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌ。 ｉｚｅｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌｅ，ａｎｄ ｗｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｕａｌｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｄｕｃｔ－ ａｌｉｃｅ ｌｏｏｐ ｗｈｉｃｈ ｅｍｂａｒｒａｓｓｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’ｓ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ．Ｅｖｅｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｇａｐ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｒｏｔａｔｅ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｄｒｉｖｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｒｏｔａｔｅ ａｎｄ ｔｉｍｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ ｇａｐ；ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｒｉｖｅ；ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｐｏｌｅ ｋｅｅｐｓ ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ；ＳＣＭ；ｃｈｏｐｐｉｎｇ ｗａｖｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ  ０引言  时，所能传递的力矩只有不到０．１  Ｎ 非接触磁齿轮传动方式首先由日本学者Ｋｏｊｉ Ｉｋｕｔａ于１９９１ 年提出…，这种新型的驱动方式在诸多方面都展现出优点口１。 目前，这种磁耦合驱动技术已经有了较为广泛的应用与研 究¨。Ｊ。徐先懂”１等根据动力性主动瓣膜的构想，设计了基于 外磁场驱动的轴流式血泵，可以有效避免采用导线（或植入电 池）供电的血泵Ｍ１由于经皮导线所引起的感染并发症¨１。杨新 清旧１等采用非接触的磁力驱动技术实现了对关键管路内壁的 高效螺旋清洗。陈建伟一１等采用励磁线圈驱动法，利用电机的 工作原理，将径向充磁的永磁转子作为电机转子，通过可变频 脉冲电路分时驱动不同绕组，达到驱动永