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高转矩伺服电机用控制器

2008-04-10来源: 电子产品世界 关键字:伺服电机  脉冲  无功电流  保护器件  转矩  控制器  欠载  变速杆  产生器  脉宽

  有时用市场上现成的高转矩伺服电机比建造更方便。设计这种伺服电机用于无线电控制应用,如为了得到中心位置希望脉冲为1.5ms宽。除去已有电路并用一个简单的线性电压控制替代是可能的;然而,选择“不破坏它”而用一个外部脉冲产生器替代。此结果是比预期的更错综复杂。

  这些伺服电机的特性是它们要消耗大电流,除非处于“闲置”模式,即用输入脉冲选通低态。在本文特定应用中,是激励一个时序变速箱,1A的“非闲置”电流将不需要消耗12V电池。一个比较好的办法是只在需要变速时唤醒伺服电机。

  

  

  可惜,简单地选通关断脉冲这种方法不是工作地很好,伺服电机的内部电路在最后脉冲之间势必会使轴端偏离中心位置,也许低占空比脉冲对保持伺服电机半唤醒是必须的。虽然情况如此,存在的噪声危险会造成偶然的开关转换。由于变速箱在每次变速之后需要操纵杆来返回中心位置,所以可靠的点火方法是关键,而最好的方案是在每次变速和返回之后完全禁止伺服电机,通过P沟道MOSFET理Q1去除其电源(见图1)。这种方案的另一个好处是能保持静态电流小于10mA。方向盘上变速开关激励的一对微开关具有信号滤波,并借助R1、C1、R2、C2和NAND门N1去抖动,N1之后是单稳N2。它们每次产生一个625ms宽的脉冲,此脉冲至少对600欠载的伺服是足够的。下一个单稳(N3)产生一个较长的脉冲(大约1.25S宽)。伺服电机可惜,简单地选通关断脉冲这种方法不是工作地很好,伺服电机的内部电路在最后脉冲之间势必会使轴端偏离中心位置,也许低占空比脉冲对保持伺服电机半唤醒是必须的。虽然情况如此,存在的噪声危险会造成偶然的开关转换。由于变速箱在每次变速之后需要操纵杆来返回中心位置,所以可靠的点火方法是关键,而最好的方案是在每次变速和返回之后完全禁止伺服电机,通过P沟道MOSFET理Q1去除其电源(见图1)。这种方案的另一个好处是能保持静态电流小于10mA。方向盘上变速开关激励的一对微开关具有信号滤波,并借助R1、C1、R2、C2和NAND门N1去抖动,N1之后是单稳N2。它们每次产生一个625ms宽的脉冲,此脉冲至少对600欠载的伺服是足够的。下一个单稳(N3)产生一个较长的脉冲(大约1.25S宽)。伺服电机在整个周期处于激励,因此,有625ms时间使其返回到中心位置。注意,脉冲以及加到伺服电机的电源选通开和关。

  脉冲本身来自由双运放N5等构成的产生器—调制器。其中N5a是方波产生器(频率200Hz),能保证在首次上电时能启动。其输出由R17、R18、C14变换为良好的三角波。N5b做为比较器,其参考电平由R19、R20设置。电容器C15做为滤波器,用于防止伺服电机干扰电路所引起的噪声。对于变速杆中心位置,由R19、R20确定1.5ms脉宽,但对于变速杆“向下”脉宽2.2ms和“向上”脉宽0.8ms,电阻器R21、R20可使参考电平向上或向下移动,得到所希望的脉宽调制。

  由于伺服电机需要+6V电源,(能提供至少2A峰值冲击电流),所以需要相当大的稳压器,在此选用KA317T(N6),还包括低阻抗电容器C17。数字部分采用HCT器件,所以Vd轨由D5降到大约5.4V。保护器件F1Z1以及二极管D6、D7防止电池反向连接时的意外事故。

  此电路也可用于工业和按比例缩小的应用中。若采用更小的伺服电机和不关注无功电流,则可简化电路,甚至简化到只用产生器—调制器。简单的“down”和“up”命令可直接从微开关引到R21、R22,去掉逻辑和单稳电路。另外可能性是在0V/6V轨之间连接一个控制杆电位器,并通过限制电阻器(大于200K)连接电位器游标到C15。用R20可以微调脉宽。

 

关键字:伺服电机  脉冲  无功电流  保护器件  转矩  控制器  欠载  变速杆  产生器  脉宽

编辑:ssb 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/0410/article_758.html
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