【文章內(nèi)容簡介】 畢業(yè)設(shè)計 13 7 管腳 也與脈沖 展寬器相連，用來設(shè)置脈沖展寬器的增益，檢測到的波形變化如圖 8： 圖 8 信號調(diào)制芯片 7 管腳變化結(jié)果 通過檢測得到固定的三角波，因此推斷出芯片的脈沖展寬器增益不變。 8 管腳與芯片中的參考電壓調(diào)節(jié)器相連，管腳外接電位器的一端。通過電路框圖得知參考電壓調(diào)節(jié)器這個模塊在芯片中屬于獨(dú)立模塊與其它模塊并未相連，通過檢測結(jié)果得知，其管腳電壓固定為 ，屬于參考基準(zhǔn)電壓。 11 管腳與芯片內(nèi)部的線性脈沖產(chǎn)生器相連 。 檢測后 9 管腳為固定的電壓值 。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 14 檢測后 11 管腳 的波形結(jié)果圖 9： 圖 9 信號調(diào)制芯片 11 管腳波形變化結(jié)果 得到周期近似不變，但電壓幅值根據(jù)輸入脈沖變化的三角波 。 10 管腳為兩個反饋環(huán)節(jié)的信號疊加，取自電機(jī)的速度反饋和和取自電位器的位置反饋 ， 通過疊加后由 10 管腳進(jìn)入信號調(diào)制芯片的線性脈沖產(chǎn)生器。 給定正脈寬為 ， 1ms ， ， 2ms ， 的五種脈沖， 10 管腳的檢測結(jié)果分別為五個幅值不同的電壓值 ， ， ， 和 ， 與 11 管腳實現(xiàn)電壓信號的疊加。 電機(jī)驅(qū)動芯片 BALl6686 的管腳電壓 檢測 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 15 對電機(jī)的驅(qū)動芯片 BAL6686 進(jìn)行檢測時，通過電路框圖可知 6 管腳連接電機(jī)轉(zhuǎn)動， 分別接電機(jī)兩端， 電機(jī)的轉(zhuǎn)動規(guī)律必定跟 6 管腳的波形變化相關(guān)。 所以對 6 管腳同時檢測， 由于閉環(huán)時 電機(jī)轉(zhuǎn)動到一個角度后很快停止，示波器不能很快跟蹤到波形變化情況。 所以先斷開電機(jī)，檢測開環(huán)時驅(qū)動芯片 6 管腳的變化情況。 檢測結(jié)果如 圖 10： 圖 10 開環(huán)時驅(qū)動芯片 6 管腳的變化結(jié)果 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 16 如檢測結(jié)果所示， 6 管腳電平正好相反， 因此滿足直流電機(jī)轉(zhuǎn)動要求。但開環(huán)時的檢測結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映電路的運(yùn)行情況，需要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動帶上反饋裝置進(jìn)一步測量舵機(jī)閉環(huán)時的 6 管腳波形變化情況。 但電機(jī)一旦轉(zhuǎn)動，就會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁干擾，波形的變化情況會不穩(wěn)定，而且閉 環(huán)結(jié)果會在很快的速度內(nèi)讓電機(jī)停轉(zhuǎn)，下一個脈沖來臨后電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 因此只能近似描繪出閉環(huán)時 6 管腳的波形變化。 閉環(huán)運(yùn)行時驅(qū)動芯片 6 管腳的波形變化情況如 圖 11： 圖 11 閉環(huán)運(yùn)行時驅(qū)動芯片 6 管腳的波形變化結(jié)果 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 17 以上的波形圖只是一個近似情況 ，在電機(jī)轉(zhuǎn)動時對管腳 波形的抓拍，電機(jī)轉(zhuǎn)到指定角度后會停止，停止后不會再有波形的變化。 6 管腳都恒定為固定的電壓值 和 。 以上的波形圖并沒有標(biāo)注波形周期或正負(fù)脈沖寬度，因為它不是周期波形，在電機(jī)轉(zhuǎn)動中它會變化，隨著電機(jī)將要停轉(zhuǎn)時， 6 管腳也就會 變成穩(wěn)定電壓值?？梢杂^察出在輸入 脈寬時，管腳波形已經(jīng)是兩個平穩(wěn)的電壓，因為此時的舵機(jī)并沒有轉(zhuǎn)動而是停在 90176。 當(dāng) 1ms 的脈寬到來時，舵機(jī)才開始轉(zhuǎn)動。還有一點需要注意，在 時，波形跟前幾種脈沖有很大的區(qū)別，原因是在這時候舵機(jī)已經(jīng) 停在了舵盤上 90176。的位 置，舵盤不能再繼續(xù)轉(zhuǎn)動了，但電機(jī)還再轉(zhuǎn)動，這就形成了舵機(jī)的堵轉(zhuǎn)。這并不影響舵機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用。 一般高精度的舵機(jī)，就會避免這一現(xiàn)象，轉(zhuǎn)到90176。時舵機(jī)也會停止。 如果電機(jī)在此時不停的轉(zhuǎn)動，那就會大大的消耗電源功率。 直流電機(jī)參數(shù)測量 為了對舵機(jī)電路中的速度反饋 環(huán)節(jié) 進(jìn)行研究 ，需要檢測直流電機(jī)的內(nèi)阻和額定電路 。 檢測電機(jī)內(nèi)阻方法是拆下舵機(jī)中的電機(jī)，給電機(jī)串聯(lián)一個電阻，電阻阻值要選的適當(dāng)（應(yīng)滿足電機(jī)要轉(zhuǎn)但無法轉(zhuǎn)時）因為此時沒有電勢存在 。 試驗中 選擇 200 歐姆 的電阻，并給電路加 5V 穩(wěn)壓源。 如圖 12 所示 ： 圖 12 檢測方法示意圖 用萬用表測試 200 歐姆上的電壓為 ， Ra 上的壓降就 為 ，計算出電機(jī)內(nèi)阻為 ，測量電機(jī)內(nèi)阻只為了知道其是否小到可以忽略，這種方法的測量所得到的也只是近似值。 電機(jī)的額定電流的檢測很困難， 因為流過電機(jī)的電流總是在變化。 實驗中采用間接測量舵機(jī)電路總 電流 的方式 ，如果總電流很小，那么流過電機(jī)的電流就會更小。 檢測舵機(jī)電路總電流的方法同檢測電機(jī)內(nèi)阻的方法一樣，在 舵機(jī) 總電路中串聯(lián)電阻，這個電阻一定要很小，否則舵機(jī)不會運(yùn)行 ，選 歐姆。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 18 如圖 13 所 示： 圖 13 檢測方法示意圖 用萬用表檢測到 ，算得舵機(jī)總電路流過的電流為。 因此可知流過舵機(jī)內(nèi)部直流電機(jī)的最大值為 ，但流過舵機(jī)內(nèi)直流電機(jī)的電流，應(yīng)該會比電路總電流小很多 ，此時可以近似忽略。 根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行舵機(jī)電路工作原理分析 通過對舵機(jī)內(nèi)部電路的檢查結(jié)果進(jìn)行分析， 可以基本了解舵機(jī)電路的工作原理。控制器的脈沖信號從 12 管腳進(jìn)入信號調(diào)制芯片 ，與芯片內(nèi)部的線性脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的三角波通過脈寬比較器進(jìn)行比較。 比較出脈寬誤差 信號 和方向誤差信號 ，兩種誤差信號 進(jìn)入芯片的脈沖展寬器進(jìn)行信號放大。 得到直流的偏置電壓，從 3 管腳輸出，通過濾波電容濾波后進(jìn)入電機(jī)驅(qū)動芯片的 5 腳，驅(qū)動芯片為 H 橋驅(qū)動電路， 6腳連接直流電機(jī)。 信號調(diào)制芯片得到脈沖后，電機(jī)就開始旋轉(zhuǎn)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)通過齒輪組帶動電位器旋轉(zhuǎn) 。 信號調(diào)制芯片的 8 管腳接電位器的一端，檢測結(jié)果為固定電壓 。 通過檢測驅(qū)動芯片 6 管腳的電壓的結(jié)果得知，電機(jī)停轉(zhuǎn)后兩個管腳的電壓為 和 ，和 電位器的電壓近似相等 ，因此得知當(dāng)驅(qū)動芯片 6 管腳的電壓與電位器電 壓相等時，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。下一個 脈 沖信號到來時電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到 6 管腳的電壓和電位器電壓相 等后，電機(jī)再次停轉(zhuǎn)。 舵機(jī)就是用這樣的方法讓舵盤轉(zhuǎn)動到目標(biāo)角度的，這就是舵機(jī)電路中用電位器實現(xiàn)的位置反饋。 電機(jī)轉(zhuǎn)動以后會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，無論作為電動機(jī)還是作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電樞都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 電動機(jī)的感應(yīng)電動勢一般稱為反電動勢。電動機(jī)的感應(yīng)電動勢會與 轉(zhuǎn)速成比例變化 即： eE C n?? （式 1） 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 19 通過對舵機(jī)電路框圖的觀察可知， futaba s3003 模擬舵機(jī)電路中，速度反饋環(huán)取自電機(jī)的端電壓，依據(jù)的原理公式 ： RIEU dd ?? （式 2） 可知，當(dāng)忽略 RId 時可有： deU E C n??? （式 3） 即認(rèn)為此時電壓近似等于電勢，也就是說電壓反饋近似速度反饋。 如此方法構(gòu)成了舵機(jī)電路中的速度反饋環(huán)。 通過對電機(jī)參數(shù)的檢測可知 RId 最大值為 1，通過對電路框圖的分析， dU 最大值為 5，如果 全部按最大值計算，那么此時的速度反饋存在20%的誤差精度。 兩個反饋環(huán)節(jié) 的反饋信號 疊加后 通過 10 管腳進(jìn)入信號調(diào)制芯片 ，再次比較脈寬誤差信號和方向誤差信號，通過展寬送給驅(qū)動芯片。這里需要指出， Futaba 之外的其它廠家使用的不是 BA6688 這款 IC， 一般選擇 M51660、 AA518 YT5166，這些芯片一般沒有速度反饋環(huán)，只有一個電位器的位置反饋環(huán)，可見兩者反饋的疊加可以更好的保證最高速度穩(wěn)定。 對電路的研究可知， 此舵 機(jī)電路存在一定的缺點，由于輸入電壓范圍較窄，不能準(zhǔn)確的控制速度。 在本次實驗中，嘗試了修改電路參數(shù)的方法， 提高舵機(jī)的速度控制。 最后得出結(jié)論，可以通過增大速度控制環(huán)的增益改變舵機(jī)的速度，方法就是把舵機(jī)電路中速度控制環(huán)的增益電阻減小，用 320KΩ的電阻，代替速度控制環(huán)的 910K 電阻。 但這樣做的同時增加了整個伺服環(huán)的增 益，結(jié)果導(dǎo)致了舵機(jī)的不穩(wěn)定，運(yùn)行時舵機(jī)的輸出軸不能到達(dá)指定的位置。通過減少脈沖展寬器增益的數(shù)值就解決了上述舵機(jī)不穩(wěn)定的問題，方法是用 F 的陶瓷電容代替 7 管腳 F 的電容 。 經(jīng)過這樣的參數(shù)改變后，當(dāng)改變舵機(jī)的控制脈沖時，電機(jī)速度就可以出現(xiàn)一個