【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 7 管腳 也與脈沖 展寬器相連，用來(lái)設(shè)置脈沖展寬器的增益，檢測(cè)到的波形變化如圖 8： 圖 8 信號(hào)調(diào)制芯片 7 管腳變化結(jié)果 通過檢測(cè)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(gè)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(cè)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(cè)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(jì) 14 檢測(cè)后 11 管腳 的波形結(jié)果圖 9： 圖 9 信號(hào)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(gè)反饋環(huán)節(jié)的信號(hào)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(hào)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(cè)結(jié)果分別為五個(gè)幅值不同的電壓值 ， ， ， 和 ， 與 11 管腳實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的疊加。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 BALl6686 的管腳電壓 檢測(cè) 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片 BAL6686 進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過電路框圖可知 6 管腳連接電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， 分別接電機(jī)兩端， 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律必定跟 6 管腳的波形變化相關(guān)。 所以對(duì) 6 管腳同時(shí)檢測(cè)， 由于閉環(huán)時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)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(cè)開環(huán)時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片 6 管腳的變化情況。 檢測(cè)結(jié)果如 圖 10： 圖 10 開環(huán)時(shí)驅(qū)動(dòng)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(jì) 16 如檢測(cè)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(dòng)要求。但開環(huán)時(shí)的檢測(cè)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(dòng)帶上反饋裝置進(jìn)一步測(cè)量舵機(jī)閉環(huán)時(shí)的 6 管腳波形變化情況。 但電機(jī)一旦轉(zhuǎn)動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁干擾，波形的變化情況會(huì)不穩(wěn)定，而且閉 環(huán)結(jié)果會(huì)在很快的速度內(nèi)讓電機(jī)停轉(zhuǎn)，下一個(gè)脈沖來(lái)臨后電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此只能近似描繪出閉環(huán)時(shí) 6 管腳的波形變化。 閉環(huán)運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片 6 管腳的波形變化情況如 圖 11： 圖 11 閉環(huán)運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)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(jì) 17 以上的波形圖只是一個(gè)近似情況 ，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)管腳 波形的抓拍，電機(jī)轉(zhuǎn)到指定角度后會(huì)停止，停止后不會(huì)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?yàn)樗皇侵芷诓ㄐ危陔姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中它會(huì)變化，隨著電機(jī)將要停轉(zhuǎn)時(shí)， 6 管腳也就會(huì) 變成穩(wěn)定電壓值?？梢杂^察出在輸入 脈寬時(shí)，管腳波形已經(jīng)是兩個(gè)平穩(wěn)的電壓，因?yàn)榇藭r(shí)的舵機(jī)并沒有轉(zhuǎn)動(dòng)而是停在 90176。 當(dāng) 1ms 的脈寬到來(lái)時(shí)，舵機(jī)才開始轉(zhuǎn)動(dòng)。還有一點(diǎn)需要注意，在 時(shí)，波形跟前幾種脈沖有很大的區(qū)別，原因是在這時(shí)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(dòng)了，但電機(jī)還再轉(zhuǎn)動(dòng)，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(huì)避免這一現(xiàn)象，轉(zhuǎn)到90176。時(shí)舵機(jī)也會(huì)停止。 如果電機(jī)在此時(shí)不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，那就會(huì)大大的消耗電源功率。 直流電機(jī)參數(shù)測(cè)量 為了對(duì)舵機(jī)電路中的速度反饋 環(huán)節(jié) 進(jìn)行研究 ，需要檢測(cè)直流電機(jī)的內(nèi)阻和額定電路 。 檢測(cè)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(gè)電阻，電阻阻值要選的適當(dāng)（應(yīng)滿足電機(jī)要轉(zhuǎn)但無(wú)法轉(zhuǎn)時(shí)）因?yàn)榇藭r(shí)沒有電勢(shì)存在 。 試驗(yàn)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(cè)方法示意圖 用萬(wàn)用表測(cè)試 200 歐姆上的電壓為 ， Ra 上的壓降就 為 ，計(jì)算出電機(jī)內(nèi)阻為 ，測(cè)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(cè)量所得到的也只是近似值。 電機(jī)的額定電流的檢測(cè)很困難， 因?yàn)榱鬟^電機(jī)的電流總是在變化。 實(shí)驗(yàn)中采用間接測(cè)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(huì)更小。 檢測(cè)舵機(jī)電路總電流的方法同檢測(cè)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(gè)電阻一定要很小，否則舵機(jī)不會(huì)運(yùn)行 ，選 歐姆。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 如圖 13 所 示： 圖 13 檢測(cè)方法示意圖 用萬(wàn)用表檢測(cè)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(huì)比電路總電流小很多 ，此時(shí)可以近似忽略。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行舵機(jī)電路工作原理分析 通過對(duì)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?？刂破鞯拿}沖信號(hào)從 12 管腳進(jìn)入信號(hào)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(hào) 和方向誤差信號(hào) ，兩種誤差信號(hào) 進(jìn)入芯片的脈沖展寬器進(jìn)行信號(hào)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(dòng)芯片的 5 腳，驅(qū)動(dòng)芯片為 H 橋驅(qū)動(dòng)電路， 6腳連接直流電機(jī)。 信號(hào)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(dòng)電位器旋轉(zhuǎn) 。 信號(hào)調(diào)制芯片的 8 管腳接電位器的一端，檢測(cè)結(jié)果為固定電壓 。 通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)芯片 6 管腳的電壓的結(jié)果得知，電機(jī)停轉(zhuǎn)后兩個(gè)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(dòng)芯片 6 管腳的電壓與電位器電 壓相等時(shí)，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。下一個(gè) 脈 沖信號(hào)到來(lái)時(shí)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)到目標(biāo)角度的，這就是舵機(jī)電路中用電位器實(shí)現(xiàn)的位置反饋。 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以后會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，無(wú)論作為電動(dòng)機(jī)還是作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電樞都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一般稱為反電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)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(jì) 19 通過對(duì)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(shí)可有： deU E C n??? （式 3） 即認(rèn)為此時(shí)電壓近似等于電勢(shì)，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(duì)電機(jī)參數(shù)的檢測(cè)可知 RId 最大值為 1，通過對(duì)電路框圖的分析， dU 最大值為 5，如果 全部按最大值計(jì)算，那么此時(shí)的速度反饋存在20%的誤差精度。 兩個(gè)反饋環(huán)節(jié) 的反饋信號(hào) 疊加后 通過 10 管腳進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片 ，再次比較脈寬誤差信號(hào)和方向誤差信號(hào)，通過展寬送給驅(qū)動(dòng)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(gè)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(duì)電路的研究可知， 此舵 機(jī)電路存在一定的缺點(diǎn)，由于輸入電壓范圍較窄，不能準(zhǔn)確的控制速度。 在本次實(shí)驗(yàn)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(shí)增加了整個(gè)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(shí)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(shí)，電機(jī)速度就可以出現(xiàn)一個(gè)