Введение 3
1 Бесколлекторные двигатели 5
1.1 Типы бесколлекторных двигателей 6
1.2 Структура и компоненты бесколлекторных двигателей 8
1.3 Системы управления бесколлекторными двигателями 9
2 Техническая реализация 14
2.1 Выбранная структурная схема 14
2.2 Выбор микроконтроллера 16
2.3 Выбор двигателя 18
2.4 Выбор силовых элементов 19
2.5 Bootstrap-питание в драйверах затворов MOSFET транзисторов 24
2.6 Компоненты схемы драйвера управления транзисторами 27
2.7 Датчики холла 29
2.8 Система питания платы управления двигателем 30
3 Программная часть 31
3.1 Конфигурация портов для работы с трехфазным двигателем 33
3.2 Конфигурация портов для работы с датчиками холла 37
3.3 Протокол обмена данными 38
4 Проектирование мобильной робоплатформы 40
Заключение 44
Литература
В последние десятилетия наблюдается стремительное развитие технологий подвижных робоплатформ, что обусловлено ростом интереса к автоматизации и роботизации различных процессов. Подвижные робоплатформы находят применение в самых разнообразных сферах, включая промышленность, сельское хозяйство, логистику, медицину и даже в быту. Их актуальность в современных условиях трудно переоценить, так как они способны значительно повысить эффективность выполнения задач, снизить трудозатраты и минимизировать человеческий фактор.
Современные подвижные робоплатформы активно используются в промышленности для автоматизации производственных процессов. Например, в складских комплексах они помогают в транспортировке товаров, а на конвейерах — в сборке и упаковке продукции. Использование роботов в этих сферах позволяет не только ускорить процессы, но и сократить количество ошибок, связанных с человеческим фактором.
В аграрной отрасли подвижные платформы также находят широкое применение. С их помощью осуществляется автоматизированный мониторинг состояния посевов, борьба с вредителями и даже сбор урожая. Это особенно актуально в условиях роста населения и необходимости увеличения объемов производства продуктов питания. Использование роботов в сельском хозяйстве позволяет повысить урожайность и оптимизировать затраты на трудовые ресурсы.
Кроме того, подвижные робоплатформы находят применение в логистике, где они могут выполнять функции доставки товаров, а также в медицине для транспортировки оборудования и медикаментов внутри больниц. В быту такие устройства становятся всё более популярными, обеспечивая удобство и комфорт в повседневной жизни.
Одним из наиболее перспективных направлений в разработке подвижных платформ является использование бесколлекторных моторколес. Эти устройства обеспечивают высокую эффективность, надежность и компактность, что делает их идеальными для создания мобильных роботов. В данной работе будет рассмотрен принцип работы бесколлекторных моторколес, их преимущества и применение в подвижных платформах, а также разработка платы управления бесколлекторными моторколесами и разработка подвижной робоплатформы.
В ходе выполнения работы была спроектирована и реализована плата управления бесщеточным двигателем постоянного тока (BLDC) для легкого электротранспорта. Исследование различных конструкций и принципов работы мотор-колес позволило разработать оптимальный алгоритм управления, обеспечивающий стабильную и эффективную работу системы. В процессе работы были тщательно подобраны ключевые параметры, такие как частота широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и задержка Dead Time, необходимые для предотвращения короткого замыкания транзисторов моста и обеспечения надежности работы двигателя. Особое внимание было уделено реализации Dead Time, так как этот параметр критически важен для предотвращения одновременного включения верхнего и нижнего транзисторов, что могло бы привести к отказу системы. Все компоненты схемы были выбраны с учетом их надежности и эффективности, что позволило достичь высокого уровня стабильности и производительности системы. В результате проведенных исследований и разработок была создана эффективная и надежная система управления мотор-колесами, что подтверждает правильность выбранного подхода и достигнутые результаты. Спроектированная мобильная робоплатформа, основанная на использовании алюминиевого профильного конструкционного материала представляет собой высокоэффективное решение для выполнения разнообразных задач в различных условиях эксплуатации. Легкость и прочность конструкции обеспечивают надежность и маневренность, что критично для мобильных приложений. Модульность платформы позволяет легко адаптировать ее под специфические требования, что делает ее универсальным инструментом для исследований, логистики и образовательных проектов. Проделанная работа не только доказала жизнеспособность предложенных решений, но и предоставила базу для дальнейших улучшений и возможной коммерциализации разработанной технологии.
1. Аракелян А. К. Вентильные электрические машины в системах регулируемых электроприводов: Учебное пособие для вузов: В 2 т. Т.1 / А.К.Аракелян, А.А.Афанасьев. — М.: Высш. шк., 2006. — 546 с.: ил.
2. Самохвалов, Д.В. Электропривод с синхронным двигателем. - Lambert Academic Publishing 2012 - 200с
3. Сысоева, С.А. Автомобильные датчики положения. Современные технологии и новые перспективы. Часть 5. Новые перспективы бесконтактных угловых измерений в диапазоне угла 360, снова датчики Холла - угловые магнитные энкодеры //Компоненты и технологии. - 2015.
- №. 50
4. Мелешин, В. И. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии / В. И. Мелешин, Д. А. Овчинников - Москва: «Техносфера», 2015. - 576 с
5. Анучин, А.С. Системы управления электроприводов. Учебник. - МЭИ 2015.
6. Бут Д.А. Бесколлекторные электрические машины: учебное пособие для электромеханических и электроэнергетических специальностей вузов. - М.: Высш. Шк., 1990. - 416 с.
7. Электропривод. Автоматизированные электроприводы типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / под ред. Г.Б. Онищенко. - М.: ИЦ “Академия”, 2007. - 576 с.
8. Копылов И.П. Электрические машины. Общий курс: учебник для вузов / И.П. Копылов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2006. - 607 с.
9. Рашид М. Силовая электроника: схемы, устройства и приложения / М. Рашид; пер. с англ. - М.: Техносфера, 2008. - 864 с.
10. Юревич Е.И. Робототехника / Е.И. Юревич. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005.
- 416 с.