智能小車(chē)設(shè)計(jì)2電機(jī)控制技術(shù)課件

二、電機(jī)控制技術(shù)E-mail：1、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)L2982、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)L297+L298,TA84353、電池相關(guān)知識(shí)錄目L電機(jī)驅(qū)動(dòng)1、【演示】舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)只需單片機(jī)直接給出脈沖信號(hào)；2、【講解】直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298;3、【講解】+【演示】常用的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有L297+L298；4、【講解】步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)TA8435；管腳說(shuō)明參數(shù)（讀數(shù)據(jù)手冊(cè)）1、驅(qū)動(dòng)電壓供電電壓范圍Vs：+5V~50V2、驅(qū)動(dòng)部分峰值電流Io：2A3、邏輯部分供電范圍Vss:+5V~+7V4、邏輯部分工作電流范圍0~36mA5、控制信號(hào)、使能信號(hào)輸入電壓范圍 低電平：-0.3≤Vin≤1.5V

高電平：2.3V≤Vin≤Vss6、最大功耗：25W7、工作溫度：-25℃~130℃內(nèi)部模塊框圖直流電機(jī)的控制原理

L298內(nèi)部的晶體管是工作在開(kāi)關(guān)方式下：在飽和導(dǎo)通與截止兩個(gè)狀態(tài)下切換。但是，由導(dǎo)通向截止切換時(shí)，電感性負(fù)載上的電流是不能“突變”（“變化率”無(wú)限大）的，因?yàn)殡姼猩系碾娏魍蛔儗a(chǎn)生無(wú)限高的感生電動(dòng)勢(shì)，必使本該截止的晶體管擊穿。有了這些續(xù)流用的二極管以后，負(fù)載上的電流就可以不突變，而是沿著二極管提供的新通路續(xù)流。一般的電路連接方法，可以是續(xù)流工作中的能量用來(lái)給電源充電，節(jié)省了電能。續(xù)流二極管的作用：給電感性負(fù)載（如電機(jī)線圈）提供續(xù)流通路。光耦隔離電路選用的光耦隔離芯片：TLP521-1TLP521光耦隔離電路參數(shù)計(jì)算光發(fā)射端限流電阻：光接收端上拉電阻：所選阻值可適當(dāng)調(diào)整。13驅(qū)動(dòng)電路中電源問(wèn)題：1、光耦左邊的電源該電源和單片機(jī)電源5V系統(tǒng)共用。采用7.2V電池，LM7805電壓轉(zhuǎn)換得到5V。2、光耦右邊的電源

光耦接收部分5V、L298N邏輯電平5V、L298N功率輸出級(jí)電源12V。

12V電池電壓輸入，LM7805電壓轉(zhuǎn)換得到5V。--采用LM2596等開(kāi)關(guān)電源。電源隔離14TopLayer模塊介紹TLP521限流電阻輸入端光接收端上拉電阻L298N續(xù)流二極管輸出端散熱片0.1uF去耦電容有導(dǎo)熱硅脂/硅膠或絕緣導(dǎo)熱墊片最好電源輸入+12V驅(qū)動(dòng)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)電機(jī)178M05電源跳線帽10uF/16V電解電容47uF/25V電解電容L293214個(gè)MOS管構(gòu)成H全橋驅(qū)動(dòng)電路IR2103+IRF530組成的全橋驅(qū)動(dòng)22H全橋驅(qū)動(dòng)電路一般有MOS管驅(qū)動(dòng)電路和MOS管組成的H橋組成。

常用的MOS管驅(qū)動(dòng)芯片有IR2110、IR2103、IR2104等。

常用的MOS管IRF530、IRF540、IRF3205等。MOS管在開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用非常廣泛，主要考慮的因素有工作電壓、最大工作電流、柵源極導(dǎo)通電阻、動(dòng)態(tài)功耗等因素。23步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路L297產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用以控制雙極性?xún)上嗖竭M(jìn)電機(jī)或四相單極性步進(jìn)電機(jī)，可以采用半步、兩相勵(lì)磁、單相勵(lì)磁三種工作方式控制步進(jìn)電機(jī)，并且控制電機(jī)的片內(nèi)PWM斬波電路允許三種工作方式的切換。L297引腳定義接口電路三種工作方式——半步模式三種工作方式——兩相勵(lì)磁三種工作方式——單相勵(lì)磁恒流斬波技術(shù)L297另一重要組成是PWM斬波器控制相繞組電流，實(shí)現(xiàn)恒流斬波控制，以獲得良好的轉(zhuǎn)矩-頻率特性。每個(gè)斬波器由一個(gè)比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器以及外接采樣電阻組成內(nèi)部設(shè)有一公共振蕩器，向兩個(gè)斬波器提供觸發(fā)脈沖信號(hào)，脈沖頻率是由外接的RC網(wǎng)絡(luò)決定，當(dāng)時(shí)振蕩器脈沖使觸發(fā)器置“1”，電機(jī)繞組相電流上升，采樣電阻RS的電壓上升到基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，使觸發(fā)器復(fù)位，功率晶體管關(guān)斷，電流下降，等待下一個(gè)振蕩器脈沖的到來(lái)。這樣，觸發(fā)器輸出是恒頻的PWM信號(hào)，調(diào)制L297的輸出信號(hào)，繞組相電流峰值由Vref決定。CONTROL信號(hào)用以選擇斬波信號(hào)控制。當(dāng)它為低電平時(shí)，斬波信號(hào)作用于兩個(gè)禁止信號(hào)，高電平時(shí)，斬波信號(hào)作用于A、B、C、D信號(hào)。前者適用于單極性工作方式，而對(duì)于雙極性工作方式的電機(jī)，這兩種控制方式都可以采用。恒流斬波技術(shù)多個(gè)L297同步工作利用L297的SYNC引腳可實(shí)現(xiàn)多個(gè)L297同步工作，其連接方式如圖3所示，只將RC網(wǎng)絡(luò)接于一芯片上，而其余芯片的OSC引腳均接地，這樣可避免接地雜波的引入問(wèn)題。

步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制,從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中電流的控制,使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理磁場(chǎng)矢量合成，電流方向間接表示磁場(chǎng)方向。步進(jìn)電機(jī)整步驅(qū)動(dòng)通電順序電流矢量?jī)上嚯娏鞑竭M(jìn)電機(jī)半步驅(qū)動(dòng)通電順序步進(jìn)電機(jī)半步驅(qū)動(dòng)電流矢量?jī)上嚯娏鞑竭M(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電流矢量?jī)上嚯娏鞑竭M(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路TA8435TA8435是東芝公司生產(chǎn)的單片正弦細(xì)分二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用芯片，該芯片具有以下特點(diǎn)：1）工作電壓范圍寬（10－40V）；2）輸出電流可達(dá)1.5A（平均）和2.5A（峰值）；3）具有整步、半步、1/4細(xì)分、1/8細(xì)分運(yùn)行方式可供選擇；4）采用脈寬調(diào)試式斬波驅(qū)動(dòng)方式；5）具有正/反轉(zhuǎn)控制功能；6）帶有復(fù)位和使能引腳；7）可選擇使用單時(shí)鐘輸入或雙時(shí)鐘輸入。TA8435主要由1個(gè)解碼器，2個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路、2個(gè)輸出電流控制電路、2個(gè)最大電流限制電路、1個(gè)斬波器等功能模塊組成。

PIN4（OSC）：該腳外接電容，可決定芯片內(nèi)部驅(qū)動(dòng)的斬波頻率（15KHZ～80KHZ），計(jì)算公式為：Fosc＝1/(5.15×Cosc)，其中Cosc的單位為μF,Fosc的單位為KHZ。PIN8,9（M1,M2）：選擇運(yùn)作方式，00表示工作在整步方式，10為半步方式，01為1/4細(xì)分方式，11為1/8細(xì)分方式PIN10（REFIN）：VNF輸入控制，接高電位時(shí)VNF為0.8V，接低電位時(shí)VNF為0.5V；其他細(xì)分驅(qū)動(dòng):TB6560,16細(xì)分THB7128,128細(xì)分H電池小車(chē)制作使用的電池類(lèi)型有： 一般干電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛酸電池、鋰電池、磷酸鐵鋰電池等。鎳鎘電池----(記憶效應(yīng)) SC型的單節(jié)的直徑是22.5MM,高43MM 2/3A型單節(jié)的直徑是17MM，高28MM

F型、D型、C型、18670、A、AA、AAA、及一部份非標(biāo)型號(hào)（2/3AA，4/5AA，2/3AAA，4/5AAA等等）

電池相關(guān)參數(shù)容量:電池的能量?jī)?chǔ)存有限，電池所能輸出的總電荷量叫做它的容量，通常用安培小時(shí)（Ah）作單位,以符號(hào)C表示。容量與放電率的關(guān)系較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)明放電率，如C20=50，表明在20時(shí)率下的容量為50安·小時(shí)。50充放電速率

有時(shí)率和倍率兩種表示法。

時(shí)率是以充放電時(shí)間表示的充放電速率，數(shù)值上等于電池的額定容量(安·小時(shí))除以規(guī)定的充放電電流（安）所得的小時(shí)數(shù)。

倍率是充放電速率的另一種表示法，其數(shù)值為時(shí)率的倒數(shù)。原電池的放電速率是以經(jīng)某一固定電阻放電到終止電壓的時(shí)間來(lái)表示。放電速率對(duì)電池性能的影響較大。51鋰電池，2200mAH3S

25C11.1V鎳氫電池組，AA2300mAH，7.2V52

充電方法

對(duì)于單節(jié)電池的充電主要有以下5種方法：1)恒壓限流充電2)恒流限壓充電3)恒流－恒壓充電4)脈沖電流充電5)正負(fù)脈沖電流充電531)恒壓限流充電充電電流充電電壓t542)恒流限壓充電充電電壓充電電流t553)恒流－恒壓充電恒流充電電流恒壓充電電壓t564)脈沖電流充電

脈沖電流Ipt減小電池在充電過(guò)程中的極化現(xiàn)象。

575)正負(fù)脈沖電流充電

脈沖電流Ipt對(duì)電池的脈沖放電能夠起到去極化、吸收熱能等作用，從而使電池一直保持較高的可接受充電電流，加快充電速度。5