《运动控制实训报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运动控制实训报告（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实训成绩批阅教师日 期实 训 报 告课程名称 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 实训地点 2013 年 12 月 4 日目录项目一11.1项目名称11.2项目内容及要求11.3题目分析及设计思路11.4方案设计说明11.5单元设计说明21.5.1 NE555占空比可调电路21.5.2带保护的H桥驱动电路31.6完整电路原理分析41.7制作、调试情况51.8实训成果5项目二62.1项目名称62.2项目内容及要求62.3题目分析及设计思路62.4方案设计说明62.5完整电路原理分析72.5.1整体电路图72.5.2程序流程图82.5.3程序82.6制作、调试情况112.7实训成果11项目三12
2、3.1项目名称123.2项目内容及要求123.3题目分析及设计思路123.4方案设计说明133.5完整电路原理分析133.5.1红外管安装示意图133.5.2总体电路图143.5.3程序流程图143.5.4程序143.6制作、调试情况163.7实训成果16心得体会16项目一1.1项目名称直流电机调速控制1.2项目内容及要求内容：根据给定的直流电机，试设计、制作一个PWM调速可逆驱动控制电路，能在0V、5V的方向控制电压和05V的转速控制电压的作用下，使电机正转、反转、加速、减速。电路形式不限。要求：1. 画出电路的系统框图，说明电路方案设计的思路、理由或依据；2. 分单元画出各单元具体的电路图
3、，阐述电路的工作原理，介绍电路中主要元器件的作用及其参数的确定原则或依据；3. 画出完整的电气原理图，介绍整体电路的工作原理；4. 如果采用了单片机，给出单片机程序的流程图和清单，说明程序的工作原理。5. 制作实物电路，验证设计、制作是否正确。1.3题目分析及设计思路本项目的设计要点是调速和换向。应当注意的是：如果采用H桥式驱动，同一边的两个晶体管不能同时导通；电机启动时，瞬间电流会稍大一些，设计时应当考虑。电动机要实现换向，可以调换电源正负极和励磁电源正负极，对于永磁直流电动机，只能调换电源正负极。单片机能给某个IO高电平或低电平，但驱动电机，没有足够的驱动能力（驱动电流小，带负载能力弱），
4、利用三极管组成H桥式电路可以解决驱动及换向的问题。H桥式电路可以是集成的H桥芯片，也可以根据原理，采用分立元件构建H桥。电动机要实现调速，一般采用调压调速，常用的方法为PWM调速。PWM实现的方法常用的有集成PWM模块（如单片机片上PWM）和NE555占空比可调。1.4方案设计说明电动机调速采用NE555占空比可调电路实现。NE555能产生占空比可调的方波，实现简单，价格便宜，能基本完成相应功能，而集成PWM模块价格昂贵，用于这里有点大材小用了。电动机换向采用分立元件构建H桥的方式。市场上有集成的H桥芯片，如L9110H、LM298N等专用电机驱动芯片，基于实验室没有H桥芯片，实际的设计当中采
5、用分立元件构建H桥，这样，在设计上就要充分考虑到H桥驱动的注意事项（同一边的两个晶体管不能同时导通）。最终采用NE555占空比可调PWM电路和分立H桥电路的方案，系统框图如下图1.1所示。NE555占空比可调电路带保护的H桥驱动电路MDIRPulse图1.1、电动机调速系统框图1.5单元设计说明1.5.1 NE555占空比可调电路如图1.2所示，为NE555占空比可调电路原理图。图1.2、NE555占空比可调电路原理图NE555占空比可调电路是由一般的555多谐振荡器演变而来，根据二极管的单向导电特性，将充放电回路隔开，实现频率不变，占空比可调。理论上，该电路占空比可调范围为：R1/(R1+R
6、V1+R2) R1+R2/(R1+RV1+R2)即8.3%91.7%。增大滑动变阻器的阻值或减小R1和R2的阻值，可以增大调速范围，但不能达到100%。虽说电机无法达到全速，但实际控制中，占空比为91.7%，已经很接近全速了。1.5.2带保护的H桥驱动电路如图1.3所示，为H桥驱动电路。 图1.3、H桥驱动电路H桥驱动电路的形式为上半臂为PNP型三极管，下半臂为NPN型三极管，形状酷似H，故名H桥。如上图所示，当Q1和Q4导通时，电机正转；当Q2和Q3导通时，电机反转。实际设计中大体有两种控制方法：1、A控制Q1和Q4的导通和截止，B控制Q2和Q3的导通和截止；2、A控制Q1的导通（截止），控
7、制Q4的截止（导通），B控制Q2的导通（截止），控制Q3的截止（导通）。前一种控制方式有一个弊端：若A、B同时输入高电平，会导致四个晶体管都导通，电源会短路，在设计中还需要逻辑分析和设计。后一种设计方法就克服了电源短路问题，不管A、B是什么电平，同一桥臂的上下晶体管不可能同时导通。如果A、B同时为0，因为Q1和Q3没有导通，Q2和Q4仅仅作为二极管；如果A、B同时为1，因为Q2和Q4没有导通，Q1和Q3仅仅作为二极管；此次的设计就是采用了方式2的控制方法。1.6完整电路原理分析电路分为两部分：NE555占空比可调电路和H桥驱动电路，如下图1.4所示。图1.4、完整电路原理图电路原理说明：NE5
8、55占空比可调电路产生PWM可调的脉冲，当滑动变阻器RV1向上滑动时，充电时间减小，占空比减小（方波频率不变），当滑动变阻器RV1向下滑动时，充电时间增大，占空比增大。H桥驱动电路有三个控制端：A、B和EN。当A=1,B=0时，电机正转；当A=0,B=1时，电机反转；当A=0,B=0（或A=1,B=1）时，电机不转。现就A=1,B=0,的情况作分析：A=1，控制信号经过R9和74LS04，信号反向为0，Q2截止；A和EN经过74LS08与门控制Q1和Q5的导通截止，EN=1，Q1和Q5就导通，EN=0，Q1和Q5就截止；B=0，Q3和Q6截止；控制信号经过R10和74LS04，信号反向为1，该
9、信号和EN经过74LS08与门控制Q4的导通截止，EN=1，Q4就导通，EN=0，Q4就截止；因此，A=1,B=0时，实质是EN控制Q1和Q4的导通截止。EN端占空比越大，给电机的平均电压就越大，电机转速也高，两者结合，起到方向和速度的控制。1.7制作、调试情况NE555占空比可调电路在课本上有基本原理图，根据实际情况选定频率，计算电阻、电容的值，只要元器件是好的，焊接没有错误，就能实现占空比可调。制作过程中遇到问题的是H桥驱动电路的制作。在最初的设计中，并没有Q5和Q6，电路图如图1.5所示。图1.5、最初H桥设计在A=1，B=0，EN=1的情况下，电机不转，理论上a点电位为5V，b点电位为
10、0.7V，测试a点点位为2.3V，Q1还有点烫手。于是断开a、b、c、d四点，分别测控制电压a=5V，b=0V，c=0V，d=5V，完全正确。可以确定控制信号接上H桥驱动部分后，信号出错了，还可以肯定错误在上半桥臂。查阅课本，发现PNP型三极管与NPN型三极管的不同，H桥的Q1基极电流是流出的，74LS08控制Q1的电流也是流出的，电流同时流向同一节点a，没有流出，这与基尔霍夫电流定律KCL相悖，最后在a、b亮点分别加了Q5和Q6，解决了电流的问题，电机运行正常，三极管也没有发烫的现象了。1.8实训成果电机在A=5V、B=0V的方向控制电压下，能够正转，在A=0V、B=5V的方向控制电压下，能
11、够反转；在占空比可调的脉冲控制下，能够加速、减速。电机的调速范围比较宽，调节滑动电阻器，使电机加速，启动过程中，不需要人为的拨动电机，就可以转起来，并且三极管没有发烫的现象，运行良好。项目二2.1项目名称步进电机驱动2.2项目内容及要求内容：用三个发光管指示灯代替步进电机的三相绕组，试设计、制作一个“单三拍”驱动控制电路，使步进电机能在0V、5V的方向控制电压和5V的控制脉冲的作用下“正转”或“反转”。电路形式不限。要求：1. 画出电路的系统框图，说明电路方案设计的思路、理由或依据；2. 分单元画出各单元具体的电路图，阐述电路的工作原理，介绍电路中主要元器件的作用及其参数的确定原则或依据；3.
12、 画出完整的电气原理图，介绍整体电路的工作原理、性能或特点；4. 如果采用了单片机，给出单片机程序的流程图、清单并说明程序的工作原理。5. 制作实物电路，验证设计、制作是否正确。2.3题目分析及设计思路本项目的设计要点是步进电机的换向。步进电机的正反转由励磁脉冲产生的顺序来控制。基于有实物步进电机，在设计时，采用“单四拍”的驱动控制方式。四相步进电机的励磁信号引线有四根，分别为A、B、 ，当电机要正转时，给四条信号线通电的顺序为ABA;当电机要反转时，给四条信号线通电的顺序为ABA。由上述的驱动顺序来看，有点像流水等的驱动。其实就是相同的驱动方式，只不过驱动所需的电流不同而已。因此步进电机的驱
13、动大体有三种：1、基于数字计数芯片的纯硬件电路，2、基于门电路和触发器的环形分配器3、基于单片机的编程。利用单片机编程驱动的话，要考虑到单片机的IO驱动电流小，带负载的能力较弱，利用达林顿管ULN2003A可以解决驱动。2.4方案设计说明基于数字计数芯片的纯硬件电路，能很好的实现步进电机的正反转，但需制作一个脉冲发生器，电路相对复杂；基于门电路和触发器的环形分配器，电路简单，但逻辑关系复杂，需要的门电路芯片较多，焊接繁琐；基于单片机的步进电机驱动，不仅结构简单，而且利用单片机实现流水灯是一件非常容易的事情，步进电机脉冲频率可以通过延时的大小来设置，程序很简单。最终采用基于单片机的步进电机驱动的
14、方案，系统框图如下图2.1所示。单片机步进 电机按键ULN2003A电机驱动图2.1、步进电机驱动系统框图2.5完整电路原理分析2.5.1整体电路图如下图2.2所示，为步进电机驱动整体电路图。图2.2 步进电机驱动整体电路图2.5.2程序流程图开始INT0、INT1、T0初始化state_flag= =1direc_flagNOdirec_flag=1direc_flag=0正转反转结束INT0中断入口INT1中断入口T0中断入口关中断使能EA运行标志复位方向标志复位退出中断开中断使能EA关中断使能EA运行标志置1方向标志置0退出中断开中断使能EA关中断使能EA运行标志置1方向标志置1退出中断开中断使能EA2.5.3程序#include sfr AUXR = 0x8e;
