直流电机的测速装置设计

㈡ 求实验：《直流电机测速》的电路图。

电动机是主要的驱动设备,目前在电力拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ-D拖动系统,取代了笨重的发电动一电动机的F-D系统,又伴随着微电子技术的不断发展,中小功率直流电机采用单片机控制,调速系统具有频率高,响应快

㈢ 求《直流电机测速》实验电路图。

直流电机控制电路

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。
http://www.autooo.net/classid48-id13154.html
http://www.elecfans.com/article/88/131/190/2009/2009021624847.html
供参考

㈣ 直流电机调速的设计

一.电机调速模块.

我们的设计思路是先产生占空比可调的方波(方法有多种,一是用555构成多谐振荡器.二可以利用单片机产生PWM方波)+4功率器件构成的H桥电路,用以驱动直流电机转动.当然还许多驱动方案,比如三极管-电阻作栅极驱动\低压驱动电路的简易栅极驱动,还有可以直接用个MCU产生PWM外加一个MOS管驱动也可以.

1.1直流电机驱动电路的设计目标

在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点：

1． 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。

2. 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。

1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。

2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。

3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。

4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。

5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。

考虑到以上的因素我们采用555多谐振荡器产生占空比可调的方波+4功率器件构成的H桥来驱动直流电机.电路图如下:

1.2、电机调速模块的电路图功能分析

555通过可调电阻可以实现占空比可调的方波，即组成占空比可调的多谐振荡器。

多谐振荡器实现占空比可调的方波的功能分析：

电源接通瞬间，电容C2上的初始电压为0，施密特触发器输出电压为U为高电平，与此同时由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，电源通过R5、R7开始对电容C充电，电路进入暂稳态I状态。此后电路按下列四个阶段周而复始地循环，产生周期性的输出脉冲。

（1） 暂稳态I阶段，VCC通过R5。R7向电容C充电，电容C的电压Uc按指数上升，在UC高于2/3VCC之前，定时器暂时维持‘1’的状态，输出为高电位。

（2） 翻转I阶段，电容C继续充电，当Uc高于2/3VCC后，定时器翻转为‘0’的状态，输出为低电位。此时，集电极开路输出端（7脚）由对地断开变为导通。

（3） 暂稳态II阶段，电容C开始经历R7、R6对地（7脚）放电，Uc按照指数下降，在Uc低于1/3VCC之前，定时器依然维持‘0’的状态。输出为低电位。

（4） 翻转II阶段，电容C继续放电，当Uc低于1/3VCC后，定时器翻转为‘1’状态，输出为高电位。此时，集电极开路输出端（7脚）由对地导通变为对地断开。此后，振荡器又回复到暂稳态I状态。

（5） 可以通过调节R6的大小来调节定时器输出方波的占空比。

Uln2003芯片是16脚七路电机驱动芯片，这块芯片在这里可以看作是七非门芯片，作用是保证10脚和14脚的输出SINGLE1和SINGLE2的输出为一高一低。芯片中的二极管起到分流的作用。电路图的右部分的作用是通过调节电机的正转与反转来调节电机的转速，当SINGLE1为高 SINGLE2为低时，三极管Q2,Q3,Q5导通，Q1,Q4,Q6截止，电机1端通过Q5接地，Vcc通过Q2直接押在电机2端，此时电机2端电位高于1端，电机反转；当SINGLE1为低SINGLE2为高时，电机正转。当某一时刻占空比大于50％时，电机呈现正转加速或是反转减速状态；某一时刻占空比小于50％时，电机呈现正转减速或是反转加速状态。电机就是通过矩形波占空比的不同来调节转速的，电机呈现出来的转速是平均速度。

二.电机测速模块电路以及功能分析

我们的设计思路是利用光电隔离器件以及BCD计数器实现直流电机测速模块电路.利用电机转动时带动纸片遮挡光耦,使其发光二极管发出的红外光被其中的光敏三极管所接收,通过BCD计数器最后将在单位时间内转动的转数给显示出来.
电路图如下:

1.3、电机测速模块整个电路以及其他功能分析

1.3.1芯片功能分析

CD40192:

可预置BCD加/减计数器(双时钟) NSC\TI///J1J2J3J4是可以预设数字的输入，Q1Q2Q3Q4是加减计数的输出。C0是进位端接高位的UP（加计数器）。BO是借位端图上不接，为空脚。ENABLE是使能端。VSS接地，VCC接电源。DOWN是减计数器。

CD4511 BCD锁存、7段译码,驱动器：

//A、B、C、D分别接BCD加减计数器的输出端，锁存数字。再7段译码将其输出到数码管。

CD40106 六施密特触发器：

NSC\TI //输入信号为A，输出信号为A反，对输入的脉冲进行整形并取反，使高位计数器的加计数能够计数。

1.4、接受板子整个电路图功能分析

光电耦合器OPTOISO1，当其接受到光信号，LED放光，三极管饱和导通，晶体管Q1导通，因为电阻R3 为47K，大部分的电压分压在电阻上了，A为低电平。若没有接受到光的话，A为一高点平，这样在A端形成了一个负脉冲，再经过CD40106 六施密特触发器对脉冲进行整形并且取反，得到A的非为一正脉冲（指的是没有光的时候为低电平，有光信号的时候为高电平）。

经过六施密特触发器的脉冲信号再接到CD40192的UP端使BCD计数器件1为加计数器。又两个CD40192ENABLE是使能端一起接在enable信号上。

REST信号也相连一起通过按键S1接VCC高电平/通过R9 10K接地。这样只要按S1就可以实现REST重置清零。不按S1的就照常计数。

Enable使能信号的产生:是通过按键S1和555芯片以及相应的RC电路,实现一定时间的延时,也就是意味着一按S1,在定时T(由RC值确定)的时间内,计数器在计数,将光电耦合器接受到的恒定脉冲个人给计数,定时时间到的话就停止.这样的话可以将电机的速度给测出来.定时时间为0.5S~1.0S.

驱动CD40192工作,我们对照图2来分析这个定时器的功能。 当一上电的时候, 3 (OUT)脚输出一个高电平,

㈤ 电机测速的几种方法及分析

1、有刷直流测速方法：

永磁直流测速发电机有其灵敏度高，线性误差小，受温度变化的影响较小，结构简单，耐振动冲击，极性可逆等优点，但由于电刷和换向器的存在带来一些弊病：如可靠性差，使用环境受到限制，电刷与换向器的摩擦，增加了被测电机的粘滞转矩；电刷的接触压降造成了输出低速时的不灵敏区。

2、无刷直流测速方法：

刷直流测速发电机从根本上取消了电刷与换向器这种接触装置,改善了测速发电机的性能,提高了运行的可靠性。是直流测速机的一个发展方向。

产品的无刷化已成为一种明显的发展趋势。特别是电子技术的发展，使其测速电路的集成化程度有了迅速提高，赋予新型机电一体化方波无刷直流测速发电机更强的生命力。

无刷直流测速发电机还有诸如霍尔无刷直流测速发电机，环形转子无刷直流测速发电机及二极管整流型无刷直流测速发电机等。主要有霍尔无刷直流测速发电机和新型机电一体化方波无刷直流测速发电机两种类。

3、MT法测速

该方法属于数字式测速，通常由光电脉冲编码器，直线光栅尺，感应同步器，旋转变压器，直线磁栅尺等传感器来完成。其基本原理是：电机每转一圈，传感器输出的脉冲数一定，随着电动机转速和输出脉冲频率的不同，频率与转速成正比，能测量其频率，通过软件计算就能得到速度，鉴相电路还能同时反映实际转速的方向。

该类转子位置传感器发出的脉冲信号，可在可编程计数器8253的配合下，基于微机系统采用MT法对电机转速实现高精度的数字测量，这类传感器一般都输出两组相位相差90°的脉冲序列A，B,根据A，B的相位关系可以鉴别电机转向，同时还可以进行四倍频处理，以减少通过MT法获取速度反馈信号的纹波。

(5)直流电机的测速装置设计扩展阅读

电机测速的分类

1、空心杯转子异步电机测速发电机：

转子不转时，励磁后由杯形转子电流产生的磁场与输出绕组轴线垂直，输出绕组不感应电动势；转子转动时，由杯形转子产生的磁场与输出绕组轴线重合，在输出绕组中感应的电动势大小正比于杯形转子的转速，而频率和励磁电压频率相同，与转速无关。

2、笼式转子异步电机测速发电机：

与交流伺服电动机相似，因输出的线性度较差，仅用于要求不高的场合。

3、同步电机测速发电机：

以永久磁铁作为转子的交流发电机。由于输出电压和频率随转速同时变化，又不能判别旋转方向,使用不便，在自动控制系统中用得很少,主要供转速的直接测量用。