伺服电机系统电路

伺服电机是一种传统的电机。它是自动装置的执行元件。伺服电机的最大特点是可控。在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小。去掉控制电压后，伺服电机就立即停止转动。伺服电机的应用甚广，几乎所有的自动控制系统都需要用到。在家电产品中，例如录相机、激光唱机等都是不可缺少的重要组成部分。 　　1．简单伺服电机的工作原理 　　图22示出了伺服电机的最简单的应用。电位器RV1由伺服电机带动。电机可选用电流不超过700mA，电压为12～24V的任一种伺服电机。图中RV1和RV2是接成惠斯登(Wheatstone)电桥。集成电路LM378是双路4瓦功率放大器，也以桥接方式构成电机驱动差分放大器。 当RV2的任意变化，都将破坏电桥的平衡，使RV1—RV2之间产生一差分电压，并且加以放大后送至电机。电机将转动，拖动电位器RV1到新的位置，使电桥重新达到新的平衡。所以说，RV1是跟踪了RV2的运动。 　　图23是用方块图形式，画出了测速传感器伺服电机系统，能用作唱机转盘精密速度控制的原理图。电机用传统的皮带机构驱动转盘。转盘的边缘，用等间隔反射条文图形结构。用光电测速计进行监视和检测。光电测速计的输出信号正比于转盘的转速。把光电测速计输出信号的相位和频率，与标准振荡器的相位和频率进行比较，用它的误差信号控制电机驱动电路。因此，转盘的转速就精确地保持在额定转速上。额定转速的换档，可由操作开关控制。这些控制电路，已有厂家做成专用的集成电路。　　2．数字比例伺服电机 　　伺服电机的最好类型之一，是用数字比例遥控系统。实际上这些装置是由三部份组成：采用集成电路、伺服电机、减速齿轮盒电位器机构。图24是这种系统的方块图。电路的驱动输入，是用周期为15ms而脉冲宽度为1～2ms的脉冲信号驱动。输入脉冲的宽度，控制伺服机械输出的位置。例如：1ms脉宽，位置在最左边；1.5ms在中是位置，2ms在最右边的位置。 　　每一个输入脉冲分三路同时传送。一路触发1.5ms脉宽的固定脉冲发生器。一路输入触发脉冲发生器，第三路送入脉宽比较电路。用齿轮盒输出至RV1，控制可变宽度的脉冲发生器。这三种脉冲同时送到脉宽比较器后，一路确定电机驱动电路的方向。另一路送给脉宽扩展器，以控制伺服电机的速度，使得RV1迅速驱动机械位置输出跟随输入脉宽的任何变化。 　　上述伺服电机型常用于多路遥控系统。图25示出了四路数字比例控制系统的波形图。 　　从图中可以看出是串行数据输入，经过译码器分出各路的控制信号。每一帧包含4ms的同步脉冲，紧接在后面的是四路可变宽度(1～2ms)顺序的“路”脉冲。译码器将四路脉冲变换为并行形式，就能用于控制伺服电机。　　3．数字伺服电机电路 　　数字伺服电机控制单元，可以买到现成的集成电路。例如ZN409CE或NE544N型伺服电机放大器集成电路。图26和图27示出了这两种集成电路的典型应用。 　　图中元件值适用于输入脉冲宽度为1～2ms，帧脉冲宽度大约为18ms的情况。 　　图28是适用上述伺服电机型的通用测试电路。伺服电源电池通常为5V。输入脉冲经标准的伺服插座送到伺服电路。帧脉冲的宽度为13—28ms；用RV1调节控制。RV2调节控制脉冲宽度在1—2ms之间。用RV4微调中间值为1.5ms．输出电平由RV3进行调节。 　　两个集成电路为时基电路CMOS7555型，电源电压可以低到3V仍然工作。IC1为无稳多谐振荡器，产生帧时间脉冲，它的输出触发IC2。而IC2是一个单稳电路，产生输出测试脉冲。