基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，涉及小型風洞的風速控制領域，解決了現(xiàn)有采用交流電機控制小型風洞的風速存在的結構復雜、成本高及風場強度不穩(wěn)定的問題，包括主控制器、與主控制器相連的步進電機驅(qū)動器、與步進電機驅(qū)動器相連的步進電機和與步進電機相連的三葉風扇；主控制器按照需要輸出的風場強度的命令產(chǎn)生相應頻率的PWM調(diào)制波發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器根據(jù)相應頻率的PWM調(diào)制波產(chǎn)生相應頻率的電脈沖信號發(fā)送給步進電機，步進電機根據(jù)此電脈沖信號的頻率按照相應的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生相應強度的風場。本實用新型結構簡單可靠、體積小、成本低，獲得的風場強度較為穩(wěn)定。
【專利說明】基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及小型風洞的風速控制【技術領域】，具體涉及一種基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，小型風洞中的風速控制主要采用交流電機，使用交流電機調(diào)速時需要配合使用變頻器，每一臺交流電機和變頻器之間的參數(shù)不能完全一致，使得交流電機和變頻器之間的互換性較差，這將導致系統(tǒng)產(chǎn)生的風場強度極其不穩(wěn)定；在產(chǎn)生一定強度的風場時，還需要采用風速傳感器測量風場的強度并反饋給變頻器，再由變頻器控制交流電機，由于是對小型風洞的風速控制，體積較大的風速傳感器不能放置在小型風洞中，只能放置體積較小的風速傳感器，如熱線式風速傳感器，這就增加了安裝結構的復雜性以及整個系統(tǒng)的成本。
實用新型內(nèi)容
[0003]為了解決現(xiàn)有采用交流電機控制小型風洞的風速存在的結構復雜、成本高及風場強度不穩(wěn)定的問題，本實用新型提供一種基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)。
[0004]本實用新型為解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0005]基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，包括主控制器、與所述主控制器相連的步進電機驅(qū)動器、與所述步進電機驅(qū)動器相連的步進電機和與所述步進電機相連的三葉風扇；所述主控制器按照需要輸出的風場強度的命令產(chǎn)生相應頻率的PWM調(diào)制波發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器根據(jù)相應頻率的PWM調(diào)制波產(chǎn)生相應頻率的電脈沖信號發(fā)送給步進電機，步進電機根據(jù)此電脈沖信號的頻率按照相應的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使三葉風扇產(chǎn)生相應強度的風場。
[0006]當所述主控制器再次接收到需要輸出的風場強度的命令后，主控制器更新PWM調(diào)制波的頻率發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機按照步進電機驅(qū)動器給定的相應頻率的電脈沖信號改變旋轉(zhuǎn)速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生相應強度的風場；當所述主控制器沒有接收到需要輸出的風場強度的命令時，主控制器將保持前一次的PWM調(diào)制波的頻率發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機按照步進電機驅(qū)動器給定的相應頻率的電脈沖信號保持前一次的旋轉(zhuǎn)速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生與前一次相同強度的風場。
[0007]所述主控制器采用可編程的STM32F103RET6芯片，內(nèi)部帶有PWM控制器，可產(chǎn)生頻率可變的PWM調(diào)制波。
[0008]所述步進電機驅(qū)動器采用型號為2HD8080的步進電機驅(qū)動器，最大工作電流為
6.0A，最大工作電壓為32V。
[0009]所述步進電機采用型號為86BYG250-98的步進電機，步距角為1.8°，轉(zhuǎn)矩為
7.5N.m,電壓為24V,電流為4.0A0[0010]所述三葉風扇采用塑料材質(zhì)制成。
[0011]本實用新型的有益效果是:本實用新型利用主控制器產(chǎn)生頻率可變的PWM調(diào)制波，PWM調(diào)制波的頻率非常穩(wěn)定，使得步進電機驅(qū)動器輸出信號的頻率也非常穩(wěn)定，根據(jù)步進電機的工作特點，在給定的電脈沖信號下其旋轉(zhuǎn)速度非常穩(wěn)定，那么其帶動的三葉風扇產(chǎn)生的風場強度也就非常的穩(wěn)定。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有結構簡單可靠、體積較小、成本低的特點，并且同型號的每一臺步進電機和步進電機驅(qū)動器都可以互換，使獲得的風場強度較為穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0013]圖2為圖1所示的風速控制系統(tǒng)的控制流程示意圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0015]如圖1所示，本實用新型的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，由主控制器、步進電機驅(qū)動器、步進電機和三葉風扇組成，主控制器與步進電機驅(qū)動器通過電纜線相連，步進電機驅(qū)動器與步進電機通過電纜線相連，步進電機與三葉風扇通過電纜線相連。
[0016]本實施方式中，主控制器具體采用可編程的STM32F103RET6芯片，通過對STM32F103RET6芯片進行編程進而實現(xiàn)其所要實現(xiàn)的各種功能；主控制器內(nèi)部帶有PWM控制器，可以產(chǎn)生頻率可變的PWM調(diào)制波，控制步進電機驅(qū)動器產(chǎn)生電脈沖信號。
[0017]本實施方式中，步進電機驅(qū)動器具體采用型號為2HD8080的步進電機驅(qū)動器，最大工作電流為6.0A，最大工作電壓為32V，完全可以控制步進電機按照一定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，并接收主控制器產(chǎn)生的PWM調(diào)制波，步進電機驅(qū)動器自身帶有保護功能，防止過流燒毀步進電機。
[0018]本實施方式中，步進電機具體采用型號為86BYG250-98的步進電機，步距角為
1.8。，轉(zhuǎn)矩為7.5N.m,電壓為24V，電流為4.0A，用于帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生相應強度的風場。
[0019]本實施方式中，三葉風扇是根據(jù)流體力學相關的定律來設計的，其采用塑料材質(zhì)制成，并采用模具的方式加工，每個三葉風扇性能一致，并且具有重量輕、成本低、結構簡單的特點。
[0020]如圖2所示，風速控制系統(tǒng)上電初始化，主控制器按照需要輸出的風場強度的命令產(chǎn)生相應頻率的PWM調(diào)制波發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器根據(jù)相應的PWM調(diào)制波的頻率產(chǎn)生相應頻率的電脈沖信號，并將電脈沖信號發(fā)送給步進電機，步進電機根據(jù)此電脈沖信號的頻率按照相應的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)，同時，步進電機作為聯(lián)軸器帶動三葉風扇按照相應的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)并使三葉風扇產(chǎn)生相應強度的風場，由此獲得需要輸出的風場強度；當主控制器再次接收到需要輸出的風場強度的命令后，主控制器更新PWM調(diào)制波的頻率發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機按照步進電機驅(qū)動器給定的相應頻率的電脈沖信號改變旋轉(zhuǎn)速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使三葉風扇產(chǎn)生相應強度的風場；當主控制器沒有接收到需要輸出的風場強度的命令時，主控制器將保持前一次的PWM調(diào)制波的頻率發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機按照步進電機驅(qū)動器給定的相應頻率的電脈沖信號保持旋轉(zhuǎn)速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使三葉風扇產(chǎn)生與前一次相同強度的風場。
[0021 ] 本實施方式中，在風速控制系統(tǒng)上電初始化前，將需要輸出的風場強度(包括多個數(shù)值)編程到主控制器中，主控制器根據(jù)需要輸出的風場強度的命令進行調(diào)用并產(chǎn)生相應頻率的PWM調(diào)制波。
[0022]三葉風扇在不同的轉(zhuǎn)速下可以產(chǎn)生不同強度的風場，可以通過主控制器改變PWM調(diào)制波的頻率，進而改變?nèi)~風扇的轉(zhuǎn)速獲得不同強度的風場。
[0023]步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呔€位移的開環(huán)控制元件，在非超載的情況下，步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于電脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給步進電機加一個電脈沖信號，步進電機則轉(zhuǎn)過一個步距角，這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期的誤差而無積累誤差等特點，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變得非常容易。
[0024]顯然，上述【具體實施方式】僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型創(chuàng)造的保護范圍之中。
【權利要求】
1.基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，其特征在于，包括主控制器、與所述主控制器相連的步進電機驅(qū)動器、與所述步進電機驅(qū)動器相連的步進電機和與所述步進電機相連的三葉風扇；所述主控制器按照需要輸出的風場強度的命令產(chǎn)生相應頻率的PWM調(diào)制波發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機驅(qū)動器根據(jù)相應頻率的PWM調(diào)制波產(chǎn)生相應頻率的電脈沖信號發(fā)送給步進電機，步進電機根據(jù)此電脈沖信號的頻率按照相應的旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使三葉風扇產(chǎn)生相應強度的風場。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，其特征在于，當所述主控制器再次接收到需要輸出的風場強度的命令后，主控制器更新PWM調(diào)制波的頻率發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機按照步進電機驅(qū)動器給定的相應頻率的電脈沖信號改變旋轉(zhuǎn)速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生相應強度的風場；當所述主控制器沒有接收到需要輸出的風場強度的命令時，主控制器將保持前一次的PWM調(diào)制波的頻率發(fā)送給步進電機驅(qū)動器，步進電機按照步進電機驅(qū)動器給定的相應頻率的電脈沖信號保持前一次的旋轉(zhuǎn)速度繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時步進電機帶動三葉風扇旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生與前一次相同強度的風場。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器采用可編程的STM32F103RET6芯片，內(nèi)部帶有PWM控制器，可產(chǎn)生頻率可變的PWM調(diào)制波。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步進電機驅(qū)動器采用型號為2HD8080的步進電機驅(qū)動器，最大工作電流為6.0A，最大工作電壓為32V。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步進電機采用型號為86BYG250-98的步進電機，步距角為1.8°，轉(zhuǎn)矩為7.5N.m，電壓為24V,電流為4.0A0
6.根據(jù)權利要求1所述的基于步進電機的小型風洞的風速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三葉風扇采用塑料材質(zhì)制成。
【文檔編號】F04D27/00GK203476761SQ201320532866
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】王昆鵬, 宋君瑞, 王建強 申請人:長春氣象儀器研究所有限責任公司