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（独家原创）汽油机电控系统模拟教学演示台设计（全套CAD图纸）

接到端子的导线单独连接到起，并且增设了故障开关，方便学生进行故障模拟和故障的检测，加深对发动机电控系统的认识和学习。结合上述本实验台的电路的特点，最后绘制出本实验台的电路图。如图.所示图.汽油机电控系统实验台电路图.电动机的选择与转速控制原理电动机在实验台中的主要作用是代替实际发动机的工作，并用于驱动曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮，同时也时刻反映实际发动机转速的变化。电动机的选择实验台所用电源为汽车用蓄电池，额定电压为。所以选用汽车空调系统送风机用永磁式直流电动机作为本实验台用电动机。其电动机的参数如下表.所示。表.电动机参数生产公司型号机壳外径机壳长度转轴长度额定电压最大空载转速转矩.•时转矩.•时输出功率电流转速电流转速实验台电动机的转速控制原理电动机的基本特性如图.所示为直流电动机的简化等效电路。电动机部分用框中的电枢电阻和电动势的串联电路来等效，电源电压通过，给电路供电。图.直流电动机的简化电路根据上图可列写出如下电压方程.式中，为电源电压为电动机反电动势为电枢电阻为电枢电流。电动机在负载状态下运行时，由式.得电动机流过的电流为.由式.可知，由于电动机在运转时出现了反电动势，因此，电动机转速越高，反电动势越大，电枢电流也就越小。电动机转速调节原理由上述的电动机的基本特性可知，改变电源电压的大小可以改变电动机的转速，因此调节电动机转速的最简单的方法就是电枢回路串联电阻调整。图.为在电动机电枢回路中使用串联电阻实现调速的方法。图中的电阻值依次增大。当依次切换开关的时，转速即可发生变化。图.串联电阻调速的方法采用电枢回路串联电阻调速的方法是种最简单的电动机调速方法，虽然也能达到电动机变速的目的，但是不能精确控制电动机的转速，下面介绍种比较精确的电动机调速方法，脉宽调制控制方式。控制方式是利用功率晶体管的开关特性来调制电压恒定的直流电源，通过改变占空比占空比是指在个周期里，晶体管导通的时间与周期的比值来改变电枢的平均电压，以此控制电机的转速，这是目前直流电动机的主要控制方式。其控制原理图如图.所示。原理图输入输出电压波形电流波形图.直流电机脉宽调制控制原理和电压波形图在调速时，占空比是个重要参数。主要使用的改变占空比的方法是定频调宽法，即使周期保持不变，而同时改变和。直流电动机的不可逆系统直流电动机控制系统有可逆和不可逆系统之分。可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转不可逆系统是指电动机只能单向旋转。本实验台所应用的电动机为单向旋转，所以采用不可逆系统,。.调速控制的优点简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积变小，重量减轻，造价下降，所用功率元件少，且工作于开关状态，因此电路的导通损耗小，工作效率比较高。采用功率较小的低惯量奠基石，具有高的定位速度和精度。低速性能好，稳速精度高，调速范围宽。改善了系统的动态性能和电机的运行性能，提高了调节速度，使调节过程中电压与频率配合较好动态响应好抗干扰能力好可靠性能高.本章小结本章主要介绍了实验台电路优化电动机的选择与转速调节等内容，这些内容对于电控系统能否正常准确工作起着关键的作用。实验台电路主要是在丰田卡罗拉实车电路的基础上加以改进。去掉实验台中不需要的排放控制怠速控制等内容，加入故障诊断电动机控制等内容。由于电动机控制采用单片机和控制，改善了系统的动态性能和电机的运行性能，提高了调节速度，使调节过程中电压与频率配合较好。第章电动机控制系统设计.概述为了精确的反应发动机的转速实验台用电动机替代与传感器信号变化的关系，在本实验台设计中，用节气门位置传感器的变化信号与冷却液温度传感器信号变化来控制电动机的转速，下面将具体介绍这个控制系统的搭建。节气门位置传感器与电机转速控制节气门位置传感器输出的信号为开度与转速的线性变化关系，通过对丰田卡罗拉的实车实验，可以测得节气门开度与发动机转速的对应关系，将节气门开度信号送入单片机，再通过单片机控制即可达到目的。水温传感器与电机转速控制水温传感器是由负温度系数的热敏电阻组成的。发动机水温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化，通过控制电路将其转变成电压信号输送给。单片机，通过.口读取节气门位置信号，通过.口读取水温信号。在程序设计上，通过读取.口和.引脚的输入状态来控制电机的运行。当.口有输入，即节气门打开时，当节气门信号电压值不大于.由水温传感器来控制转速。当节气门信号电压值大于.时，由节气门位置传感器来控制电动机转速。如图.所示，对于冷却液温度传感器可以用个可变电阻器替代，两者并联，用个双刀单掷开关来控制可变电阻器的工作。图.冷却液温度传感器电路.硬件装置的选择单片机的选择必须带有转换，用于采集温度信号和节气门信号，由于温度信号和节气门信号的最大电压是.，所以应该能采集大于.的信号，为了使电路简单，所选的单片机应该使用电源,为了更精确读取控制信号，选择位数高点的比较好。必须带有调制，用于控制电动机的转速。因为需要使用的端口比较少，单片机需要完成的功能比较简单，所以选择单片机是应选择端口少些，程序存储器和数据存储器满足使用要求即可，以降低成本。有定时计数器，用于采集转速信号跟据以上要求最终选定。其技术参数为工作电压程序存储器，字节，位，位四通道。电机驱动器的选择电动机带载电流最大需要，目前市场上现有的放大器件或放大设备几乎找不到对口的，所以需要自做