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1、舵机工作原理http:/ 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制: 1) 发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力); 2) 副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横滚运动; 3) 水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角; 4) 垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角; 不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。由此可见,凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。2、结构和控制 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成, 舵盘、减速齿轮组、位
2、置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号,控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和慢速之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件
3、下是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V对应的要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间,需要辨认。但记住红色为电源,黑色为地线,一般不会搞错。 舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5ms-2.5
4、ms,相对应舵盘的位置为0180度,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路,产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信号,有一个比较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而产生电机的转动信号。由此可见,舵机是一种位置伺服的驱动器,转动范围不能超过180度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。 舵机具有以下一些特点: 1) 体积紧凑,便于安装; 2) 输出力矩大,稳定性好; 3)
5、 控制简单,便于和数字系统接口。 正是因为舵机有很多优点,所以,现在不仅仅应用在航模运动中,已经扩展到各种机电产品中来,在机器人控制中应用也越来越广泛。3、用单片机来控制 舵机的控制信号是一个脉宽调制信号,很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机,比方PLC、单片机等。 因为在脉冲信号的输出可以用定时器的溢出中断函数来处理,时间很短,因此在精度要求不高的场合可以忽略。通过编程就可以让舵机从0度变化到180度。另外要记住一点,舵机的转动需要时间的,因此,程序中时间的变化不能太快,不然舵机跟不上程序。根据需要,选择合适的延时,返复调试,可以让舵机很流畅的转动,
6、而不会产生像步进电机一样的脉动。这些还需要实践中具体体会。 舵机的速度决定于你给它的信号脉宽的变化速度。如果你要求的速度比较快的话,舵机就反应不过来了;将脉宽变化值线性到你要求的时间内,一点一点的增加脉宽值,就可以控制舵机的速度了。当然,具体这一点一点到底是多少,就需要做试验了,不合适的话,舵机就会向步进电机一样一跳一跳的转动了,尝试改变这“一点”,使你的舵机运动更平滑。还有一点很重要,就是舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程,这就是舵机会产生像步进电机一样运动的原因。LM92 是美国国家半导体公司近年推出的单片高精度数字温度传感器,它具有成本低、功耗低、可靠性高
7、、接口简单、传输距离远等特点。LM92 的温度测量范围为- 55 150 ,内部的13 位温度模数转换器(12 位模数转换+ 1 位符号) 使其温度分辨率可达到0. 0625 ,常温下测量精度可高达0. 33 。LM92 还具有高/ 低温度窗口门限及临界温度告警门限设定功能,通过I2C 总线可对其内部寄存器进行读/ 写操作。舵机的工作原理详解http:/ 舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制:(1)发动机进气量,来控制发动机的拉力(或 . . .1、概述 舵机最早出现在航模运动中。在
8、航空模型中,飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。举个简单的四通飞机来说,飞机上有以下几个地方需要控制: (1)发动机进气量,来控制发动机的拉力(或推力); (2)副翼舵面(安装在飞机机翼后缘),用来控制飞机的横滚运动; (3)水平尾舵面,用来控制飞机的俯仰角; (4)垂直尾舵面,用来控制飞机的偏航角; 遥控器有四个通道,分别对应四个舵机,而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动,从而改变飞机的运动状态。舵机因此得名:控制舵面的伺服电机。 不仅在航模飞机中,在其他的模型运动中都可以看到它的应用:船模上用来控制尾舵,车模中用来转向等等。由此可见,凡是需要操作性动作时都可以用舵机
9、来实现。 2、结构和控制 一般来讲,舵机主要由以下几个部分组成, 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。 工作原理:控制电路板接受来自信号线的控制信号(具体信号待会再讲),控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。 舵机的基本结构是这样,但实现起来有很多种。例如电机就有有刷和无刷之分,齿轮有塑料和金属之分,输出轴有滑动和滚动之分,壳体有塑料和铝合金之分,速度有快速和
10、慢速之分,体积有大中小三种之分等等,组合不同,价格也千差万别。例如,其中小舵机一般称作微舵,同种材料的条件下是中型的一倍多,金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。需要根据需要选用不同类型。 舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。电源有两种规格,一是4.8V,一是6.0V,分别对应不同的转矩标准,即输出力矩不同,6.0V对应的要大一些,具体看应用条件;另外一根线是控制信号线,Futaba的一般为白色,JR的一般为桔黄色。另外要注意一点,SANWA的某些型号的舵机引线电源线在边上而不是中间,需要辨认。但记住红色为电源,黑色为地线
11、,一般不会搞错。 舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms,相对应舵盘的位置为0180度,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路,产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信号,有一个比较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而产生电机的转动信号。由此可见,舵机是一种位置伺服的驱动器,转动范围不能超过180度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关
12、节、飞机的舵面等。 常见的舵机厂家有:日本的Futaba、JR、SANWA等,国产的有北京的新幻想、吉林的振华等。现举Futaba S3003来介绍相关参数,以供大家设计时选用。之所以用3003是因为这个型号是市场上最常见的,也是价格相对较便宜的一种(以下数据摘自Futaba产品手册)。 尺 寸(Dimensions): 40.419.836.0 mm 重 量(Weight): 37.2 g 工作速度(Operating speed):0.23 sec/60(4.8V) ,0.19 sec/60(6.0V) 输出力矩(Output torque): 3.2 kg.cm (4.8V) ,4.1
13、kg.cm (6.0V) 由此可见,舵机具有以下一些特点: 体积紧凑,便于安装; 输出力矩大,稳定性好; 控制简单,便于和数字系统接口; 正是因为舵机有很多优点,所以,现在不仅仅应用在航模运动中,已经扩展到各种机电产品中来,在机器人控制中应用也越来越广泛。3、用单片机来控制 正是舵机的控制信号是一个脉宽调制信号,所以很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机,比方PLC、单片机等。这里介绍利用51系列单片机产生舵机的控制信号来进行控制的方法,编程语言为C51。之所以介绍这种方法只是因为笔者用2051实现过,本着负责的态度,所以敢在这里写出来。程序用的是我的四
14、足步行机器人,有删改。单片机并不是控制舵机的最好的方法,希望在此能起到抛砖引玉的作用。 2051有两个16位的内部计数器,我们就用它来产生周期20 ms的脉冲信号,根据需要,改变输出脉宽。基本思路如下(请对照下面的程序): 这里用的晶振频率为12M,2051一个时钟周期为12个晶振周期,正好是1/1000 ms,计数器每隔1/1000 ms计一次数。以计数器1为例,先设定脉宽的初始值,程序中初始为1.5ms,在for循环中可以随时通过改变a值来改变,然后设定计数器计数初始值为a,并置输出p12为高位。当计数结束时,触发计数器溢出中断函数,就是void timer0(void) interrup
15、t 1 using1 ,在子函数中,改变输出p12为反相(此时跳为低位),在用20000(代表20ms周期)减去高位用的时间a,就是本周期中低位的时间,c=20000-a,并设定此时的计数器初值为c,直到定时器再次产生溢出中断,重复上一过程。# include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intuint a,b,c,d; /*a为舵机1的脉冲宽度,b为舵机2的脉冲宽度,单位1/1000 ms */ /*c、d为中间变量*/*以下定义输出管脚*/ sbit p12=P12; sbit p13=p13; sbit p37=P3
16、7;/*以下两个函数为定时器中断函数*/*定时器1,控制舵机1,输出引脚为P12,可自定义*/ void timer0(void) interrupt 1 using 1 p12=!p12; /*输出取反*/ c=20000-c; /*20000代表20 ms,为一个周期的时间*/ TH0=-(c/256); TL0=-(c%256); /*重新定义计数初值*/ if(c=500&c=500&d=2500)d=b; else d=20000-b; /*主程序*/ void main(void) TMOD=0x11; /*设初值*/ p12=1; p13=1; a=1500; b=1500; /
17、*数值1500即对应1.5ms,为舵机的中间90度的位置*/ c=a;d=b; TH0=-(a/256); TL0=-(a%256); TH1=-(b/256); TL1=-(b%256); /*设定定时器初始计数值*/ EA=1; ET0=1; TR0=1;EX0=1;EX1=1; ET1=1; TR1=1; PX0=0;PX1=0;PT1=1;PT0=1;/*设定中断优先级*/ for(;) /*在这个for循环中,可以根据程序需要在任何时间改变a、b值来改变脉宽的输出时间,从而控制舵机*/ 因为在脉冲信号的输出是靠定时器的溢出中断函数来处理,时间很短,因此在精度要求不高的场合可以忽略。因
18、此如果忽略中断时间,从另一个角度来讲就是主程序和脉冲输出是并行的,因此,只需要在主程序中按你的要求改变a值,例如让a从500变化到2500,就可以让舵机从0度变化到180度。另外要记住一点,舵机的转动需要时间的,因此,程序中a值的变化不能太快,不然舵机跟不上程序。根据需要,选择合适的延时,用一个a递增循环,可以让舵机很流畅的转动,而不会产生像步进电机一样的脉动。这些还需要实践中具体体会。 舵机的速度决定于你给它的信号脉宽的变化速度。举个例子,t0试,脉宽为0.5ms,t1s时,脉宽为1.0ms,那么,舵机就会从0.5ms对应的位置转到1.0ms对应的位置,那么转动速度如何呢?一般来讲,3003
19、的最大转动速度在4.8V时为0.23s/60度,也就是说,如果你要求的速度比这个快的话,舵机就反应不过来了;如果要求速度比这个慢,可以将脉宽变化值线性到你要求的时间内,做一个循环,一点一点的增加脉宽值,就可以控制舵机的速度了。当然,具体这一点一点到底是多少,就需要做试验了,不然的话,不合适的话,舵机就会向步进电机一样一跳一跳的转动了,尝试改变这“一点”,使你的舵机运动更平滑。还有一点很重要,就是舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程,这就是舵机会产生像步进电机一样运动的原因。舵机的控制方式和工作原理介绍http:/ 在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影
20、响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器, . . 在机器人机电控制系统中,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构,其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。 舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在高档遥控玩具,如航模,包括飞机模型,潜艇模型;遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称,其实是一种伺服马达。其工作原理是: 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片,获得直流偏置电压。它内
21、部有一个基准电路,产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号,将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较,获得电压差输出。最后,电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时,通过级联减速齿轮带动电位器旋转,使得电压差为0,电机停止转动。当然我们可以不用去了解它的具体工作原理,知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体管一样,知道可以拿它来做开关管或放大管就行了,至于管内的电子具体怎么流动是可以完全不用去考虑的。舵机的控制: 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5ms2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例,那么对应的控制
22、关系是这样的: 0.5ms-0度; 1.0ms-45度; 1.5ms-90度; 2.0ms-135度; 2.5ms-180度; 这只是一种参考数值,具体的参数,请参见舵机的技术参数。小型舵机的工作电压一般为4.8V或6V,转速也不是很快,一般为0.22/60度或0.18/60度,所以假如你更改角度控制脉冲的宽度太快时,舵机可能反应不过来。如果需要更快速的反应,就需要更高的转速了。 要精确的控制舵机,其实没有那么容易,很多舵机的位置等级有1024个,那么,如果舵机的有效角度范围为180度的话,其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0.18度了,从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/
23、1024us约2us。如果你拿了个舵机,连控制精度为1度都达不到的话,而且还看到舵机在发抖。在这种情况下,只要舵机的电压没有抖动,那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢?当然和你选用的脉冲发生器有关了。一些前辈喜欢用555来调舵机的驱动脉冲,如果只是控制几个点位置伺服好像是可以这么做的,可以多用几个开关引些电阻出来调占空比,这么做简单吗,应该不会啦,调试应该是非常麻烦而且运行也不一定可靠的。其实主要还是他那个年代,单片机这东西不流行呀,哪里会哟! 使用传统单片机控制舵机的方案也有很多,多是利用定时器和中断的方式来完成控制的,这样的方式控制1个舵机还是相当有效的,但是随着舵机数量的
24、增加,也许控制起来就没有那么方便而且可以达到约2微秒的脉宽控制精度了。听说AVR也有控制32个舵机的试验板,不过精度能不能达到2微秒可能还是要泰克才知道了。其实测试起来很简单,你只需要将其控制信号与示波器连接,然后让试验板输出的舵机控制信号以2微秒的宽度递增。 为什么FPPA就可以很方便地将脉宽的精度精确地控制在2微秒甚至2微秒一下呢。主要还是 delay memory这样的具有创造性的指令发挥了功效。该指令的延时时间为数据单元中的立即数的值加1个指令周期(数据0出外,详情请参见delay指令使用注意事项)因为是8位的数据存储单元,所以memory中的数据为(0255),记得前面有提过,舵机的
25、角度级数一般为1024级,所以只用一个存储空间来存储延时参数好像还不够用的,所以我们可以采用2个内存单元来存放舵机的角度伺服参数了。舵机驱动的应用场合: 1. 高档遥控仿真车,至少得包括左转和右转功能,高精度的角度控制,必然给你最真实的驾车体验。 2. 多自由度机器人设计,为什么日本人设计的机器人可以上万RMB的出售,而国内设计的一些两三千块也卖不出去呢,还是一个品质的问题。 3. 多路伺服航模控制,电动遥控飞机,油动遥控飞机,航海模型等。舵机的性能特点及安装方式介绍http:/ 舵机是遥控模型无线电操纵系统中很重要的部件。如果不了解它的性能,不讲究正确的安装方法,轻则影响模型的飞行姿态,重则
26、如果卡住模型则无法操纵,造成事故的发生。所以,在使用舵机前,了解它的性能和安装方法是必 . 舵机是遥控模型无线电操纵系统中很重要的部件。如果不了解它的性能,不讲究正确的安装方法,轻则影响模型的飞行姿态,重则如果卡住模型则无法操纵,造成事故的发生。所以,在使用舵机前,了解它的性能和安装方法是必要的。 目前市场上出售的模型舵机,主要是比例式的,类型有普通型、超小型,强力型和特殊用途型等几种。下面分别介绍一下它们各自的性能。 普通型: 45克,02秒60度,力矩3千克厘米。这种舵机各方面性能都比较适中,一般用在尺寸不是很大的P3A-1、2和P2B-1、2等模型上。超小型: 20克,015秒60度,力
27、矩2千克厘米。它的体积小、重量轻,输出力矩小,通常用于小尺寸、舵面阻力相对小的模型上,如P5A、小型电动类模型等。强力型: 100克,02秒60度,力矩9千克厘米。这种舵机输出力矩大,可以克服高速、大舵面带来的阻力大的缺点。主要用于尺寸和飞行重量大,速度快,舵面阻力大的模型,如F3A、大型仿真飞机模型、现代特技飞机模型、喷射模型飞机和F4级模型等。特殊用途型: 多数特殊用途的舵机,其性能与强力型相似。通常用于专项任务,如收索机(帆船)、起落架蛇机等。另外,还有些耐高温和可防水的舵机,主要用于科学研究和工业方面,一般模型很少采用,但近年来这种舵机随着模型产品的发展在民用模型领域发展迅速。 般的舵
28、机内部的电路和齿轮等零什都是很精细的,自己较难制作,多采用成品舵机。日产成品舵机品质较好,剩余功率大,不易打齿、比较耐用。国产舵机质量有的也不错。安装舵机也很重要,安装方法主要有三种: (1)用胶直接把舵机粘在模型上。要求帖接技术较高,不能更换, 通常用于一些简单模型。(2)对好舵机两边的安装孔,用螺钉固定。这种方法的好处是容易更换。(3)利用配套的固定片及减震片固定。对丁装大容积内燃机的模型,为了减少振动对舵机的损害,多采用这种方法。 舵机的安装位置应尽量靠近模型的重心。有条件时,舵机和接收机应尽量分别使用电源。电源电压不足时,应立即更换,以免舵机操纵失灵导致空中停机。舵机输出盘(摇臂)不同
29、的角度和力臂孔,应尽量选择力臂大的,这样可以减小舵机负荷。输出盘与舵面,可以专用联杆或钢丝连接,前者效果较好。 最后说明一下,对于些电动模型的动力电机控制,原来用一个舵机作开关,但作用不大,后来有些人用直接粘一个电位器的办法来对电机进行无级操纵。 现在,有些厂家已生产出成品的无级变速器(专业术语叫电调), 直接插在一个通道中,对电机进行加、减速等无级控制,既轻巧,又经济。不过,为了考虑车、船模使用,变速器有顺、逆转功能,而在航模上只允许用顺转功能。因此,用在航模上时,最好请专人对它的电路进行一下改装,防止操纵失误。变速器最好单用一组动力电源,如果同时使用接枚机电源,将会影响接收机的工作和舵机的
30、效果。 步进电机的工作原理http:/ 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过 . .一、前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但
31、步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进电机的厂家的确不少,但具有专业技术人员,能够自行开发,研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人,连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、感应子式步进电机工作原理 (一)反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原
32、理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3,C与齿3向右错开2/3,A与齿5相对齐,(A就是A,齿5就是齿1) 2、旋转: 如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3,此时齿3与C偏移为1/3,齿4与A偏移(-1/3)=2/3。如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又
33、向右移过1/3,此时齿4与A偏移为1/3对齐。如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A通电,电机就每步(每脉冲)1/3,向右旋转。如按A,C,B,A通电,电机就反转。 由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3变为1/12,1/24,
34、这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩: 电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量)当转子与定子错开一定角度产生力F与(d/d)成正比 S 其磁通量=Br*S Br为磁密,S为导磁面积 F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度,D为转子直径 Br=NI/R NI为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻。 力矩=力*半径
35、力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态)因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。 (二)感应子式步进电机 1、特点: 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比,结构上转子加有永磁体,以提供软磁材料的工作点,而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能,因此该电机效率高,电流小,发热低。因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行,也可以作二相运行。(必须采用双极电压驱动),而反应式电
36、机则不能如此。例如:四相,八相运行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致,小功率电机一般直接接为二相,而功率大一点的电机,为了方便使用,灵活改变电机的动态特点,往往将其外部接线为八根引线(四相),这样使用时,既可以作四相电机使用,可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 感应子式步进电机以相数可分为:二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号(电机外径)可分为:42BYG(BYG为感应子式步进电机代号)、57BYG、86BYG、110BYG、(国际标准),而像70BYG、90
37、BYG、130BYG等均为国内 三、驱动控制系统组成 使用、控制步进电机必须由环形脉冲,功率放大等组成的控制系统,其方框图如下: 1、脉冲信号的产生。 脉冲信号一般由单片机或CPU产生,一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右,电机转速越高,占空比则越大。 2、信号分配 我厂生产的感应子式步进电机以二、四相电机为主,二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种,具体分配如下:二相四拍为,步距角为1.8度;二相八拍为,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种,四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度;四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度)。 3、功率放大
38、 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流(而样本上的电流均为静态电流)。平均电流越大电机力矩越大,要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式,到目前为止,驱动方式一般有以下几种:恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 为尽量提高电机的动态性能,将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。我厂生产的SH系列二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如下: 说明: CP 接CPU脉冲信号(负信号,低电平有效) OPTO 接CPU+5V FREE 脱机,与CPU地线相接,驱动电源不工作 DIR
39、 方向控制,与CPU地线相接,电机反转 VCC 直流电源正端 GND 直流电源负端 A 接电机引出线红线 接电机引出线绿线 B 接电机引出线黄线 接电机引出线蓝线步进电机一经定型,其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高,力距越大则要求电机的电流越大,驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如下: 4、细分驱动器 在步进电机步距角不能满足使用的条件下,可采用细分驱动器来驱动步进电机,细分驱动器的原理是通过改变相邻(A,B)电流的大小,以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。 四、步进电机的应用 (一)步进电机的选择 步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定,
40、步进电机的型号便确定下来了。 1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度(三相电机)等。 2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运
41、行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸) 3、电流的选择 静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性差别很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压) 4、力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下: P= M =2n/60 P=2nM/60 其P为功率单位为瓦,为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩单位为牛顿米 P=2fM/400(半步工作) 其中f为每秒脉冲数(简称PPS) (二)、应用中的注意点 1、步进
42、电机应用于低速场合-每分钟转速不超过1000转,(0.9度时6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)间使用,可通过减速装置使其在此间工作,此时电机工作效率高,噪音低。 2、步进电机最好不使用整步状态,整步状态时振动大。 3、由于历史原因,只有标称为12V电压的电机使用12V外,其他电机的电压值不是驱动电压伏值,可根据驱动器选择驱动电压(建议:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源,不过要考虑温升。 4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。 5、电机在较高速或大惯量
43、负载时,一般不在工作速度起动,而采用逐渐升频提速,一电机不失步,二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。 6、高精度时,应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决,也可以采用5相电机,不过其整个系统的价格较贵,生产厂家少,其被淘汰的说法是外行话。 7、电机不应在振动区内工作,如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。 8、电机在600PPS(0.9度)以下工作,应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 电位器的工作原理如果控制舵机?时间:2010-09-22 05:15来源:未知 作者:admin 点击: 116次电位器的工作原理如果控制舵机?,操纵单片机pwm信号进行舵机控制日期:2005-10-15来流:今日电女做者:北京交通大学时玮字体:大外小基于单片机的舵机控制方式具无简略、精度高、本钱低、体积小的特点,并可依照分歧的舵机数量加以灵使用。正在机器人机电控制体系外,舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机能够正在微机电体系和航模外做为基本的输出执行机构,其简
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