微電機(jī)傳動(dòng)doc.doc

微型電機(jī)傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 直流電動(dòng)機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí)： 學(xué)生姓名：學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師： 高純斌 分院院長(zhǎng)： 許建平 教研室主任： 高純斌 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.設(shè)計(jì)內(nèi)容1簡(jiǎn)單原理圖設(shè)計(jì)學(xué)生掌握微型電機(jī)使用原理、模擬電路、數(shù)字電路設(shè)計(jì)概念，熟悉數(shù)字元件基本使用方法，熟悉電路原理圖的設(shè)計(jì)過程。2基本電路的制作按照要求完成基于NE555、LM358、74HC40103、74HC4046、ULN2003、對(duì)管等元器件的基本電路制作，調(diào)試。3總體電路設(shè)計(jì)、制作。按要求完成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的搭接，并調(diào)試成功。2.設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1認(rèn)真完成電路圖的設(shè)計(jì)。2要求完成基本電路的制作，并調(diào)試成功；完成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一定功能，并充分發(fā)揮元器件的功能。3報(bào)告打印，3千字左右，報(bào)告按照設(shè)計(jì)過程來進(jìn)行書寫，并完成電路板一套。3.參考資料1.數(shù)字電路設(shè)計(jì)2.模擬電路3.NE555手冊(cè)4.LM358手冊(cè)5.74HC4046手冊(cè)6.74HC40103手冊(cè)7.ULN2003手冊(cè)4.設(shè)計(jì)進(jìn)度（2011年8月15日至8月26日） 時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容15、16日布置設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱資料27、18日學(xué)習(xí)數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)19日搭接電路22日24日組裝、調(diào)試電路25日整理論文26日設(shè)計(jì)答辯5.答疑時(shí)間及地點(diǎn)新實(shí)驗(yàn)樓321，全天答疑目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2第1章 緒 論4第二章52.1微電機(jī)結(jié)52.2微電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域62.2.1、運(yùn)動(dòng)機(jī)械62.2.2、音像設(shè)備62.2.3、自動(dòng)化設(shè)備6第三章73.1步進(jìn)電機(jī)73.1.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理73.1.2感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)73.2模擬電路和數(shù)字電路8第四章 模擬電路和數(shù)字電路104.1概念104.2數(shù)字元件基本使用方法10第五章課程設(shè)計(jì)總結(jié)11參考資料：12評(píng)語及成績(jī)13第1章 緒 論 微型電動(dòng)機(jī)(small and special electrical machine)體積、容量較小，輸 出功率一般在數(shù)百瓦以下的電機(jī)和用途、性能及環(huán)境條件要求特殊的電 機(jī)。全稱微型特種電機(jī)，簡(jiǎn)稱微電機(jī)。常用于控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)電信號(hào)或能量的檢測(cè)、解算、放大、執(zhí)行或轉(zhuǎn)換等功能，或用于傳動(dòng)機(jī)械負(fù)載，也可作為設(shè)備的交、直流電源。這次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是完成步進(jìn) 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的搭接并調(diào)試成功。微電機(jī)門類繁多，大體可分為直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、自態(tài)角電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、軸角編碼器、交直流兩用電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、感應(yīng)同步器、直線電機(jī)、壓電電動(dòng)機(jī)、電機(jī)機(jī)組、其他特種電機(jī)等13大類。第二章 2.1微電機(jī)結(jié)微電機(jī)在結(jié)構(gòu)上大體上可分為三類：（1）電磁式?；窘M成與普通電機(jī)相似，包括定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組、電刷等部件，但結(jié)構(gòu)格外緊湊。 （2）組合式。常見的有兩種：上述各種微電機(jī)的組合；微電機(jī)于電子線路的組合。例如直流電動(dòng)機(jī)與傳感器的組合，X 方向與Y 方向直線電動(dòng) 機(jī)的組合等。 （3）非電磁式。外形結(jié)構(gòu)與電磁式一樣，如旋轉(zhuǎn)類產(chǎn)品作成圓柱形，直線類產(chǎn)品作成方形，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)因其工作原理不同而差別很大。各類微型電動(dòng)機(jī)的性能差別很大，其性能參數(shù)難以統(tǒng)一闡明。一般說來，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械的側(cè)重于運(yùn)行及起動(dòng)時(shí)的力能指標(biāo)；作電源用的要考慮輸出功率、波形和穩(wěn)定性；控制用微電機(jī)則偏重于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的特性參數(shù)。前兩類電機(jī)的特性參數(shù)與普通電機(jī)相似。唯控制用微電機(jī)有其獨(dú)特的特性參數(shù)。（1）工作特性。常用輸出量與輸入量，或一個(gè)輸出量與另一個(gè)輸出量之間的關(guān)系來表示。從控制要求來說，靜態(tài)特性曲線應(yīng)連續(xù)、光滑，沒有突變；動(dòng)態(tài)特性常用頻率曲線或響應(yīng)曲線來表示。頻率曲線應(yīng)平穩(wěn)，無突跳振蕩點(diǎn)；響應(yīng)曲線應(yīng)快速收斂。（2）靈敏度。對(duì)應(yīng)于單位輸入信號(hào)的輸出量的大小。一般常用比力矩、比電動(dòng)勢(shì)、放大系數(shù)等表示。（3）精度。一定輸入條件下，輸出信號(hào)的實(shí)際值與理論值的差值代表微電機(jī)的精度，常用誤差大小表示。（4）阻抗或電阻。在系統(tǒng)中，微電機(jī)的輸入、輸出阻抗應(yīng)分別與相應(yīng)電路匹配，保證系統(tǒng)的運(yùn)行性能及精度。（5）可靠性。不僅是控制用微電機(jī)的特殊要求，驅(qū)動(dòng)微電機(jī)和電源微電機(jī)也有此要求。常用使用壽命、失效率、可靠度和平均無故障時(shí)間等參數(shù)表征微電機(jī)的運(yùn)行。2.2微電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域微電機(jī)主要應(yīng)用于三個(gè)領(lǐng)域：2.2.1、運(yùn)動(dòng)機(jī)械無特殊控制要求的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合作為運(yùn)動(dòng)機(jī)械負(fù)載的動(dòng)力源；2.2.2、音像設(shè)備例如，在盒式錄像機(jī)中，微特電機(jī)既是磁鼓組件的關(guān)鍵元件，又是其主導(dǎo)軸驅(qū)動(dòng)、收供帶和磁帶盒的自動(dòng)裝載以及磁帶張力控制的重要元件。2.2.3、自動(dòng)化設(shè)備辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備和工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。如磁盤驅(qū)動(dòng)器、復(fù)印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等都應(yīng)用了微電機(jī)。第三章3.1步進(jìn)電機(jī)3.1.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為 “步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包 括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī) （HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。3.1.2感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)： 1結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。0、1/3 、2/3 ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A 與齒1 相對(duì)齊，B 與齒2 向右錯(cuò)開1/3 ，C 與齒3 向右錯(cuò)開2/3 ，A 與齒5 相對(duì)齊，（A就是A，齒5 就是齒1） 2旋轉(zhuǎn)：如 A 相通電，B，C 相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒 1 與 A 對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如B 相通電，A，C 相不通電時(shí)， 齒 2 應(yīng)與 B 對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過 1/3 ，此時(shí)齒3 與 C 偏移為 1/3 ，齒4 與A 偏移（-1/3 ）=2/3 。如C 相通電，A，B 相不通電， 齒3 應(yīng)與C 對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 ，此時(shí)齒4 與A 偏移為1/3 對(duì)齊。如A 相通電，B,C 相不通電，齒4 與A 對(duì)齊，轉(zhuǎn)自又向右已過 1/3 這樣經(jīng)過A、B、C、A 分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1 前一齒）移到 A 相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，如果不斷地按 A，B，C，A通 電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3 ,向右旋轉(zhuǎn)。如按 A，C，B，A通 電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。不過，出于對(duì)力矩、 平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用 A-AB-B-BCC-CA-A 這 種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3 改變?yōu)?/6 。甚至于通過二相電流3力矩：電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量 ）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開 一定角度產(chǎn)生力F與（d/d）成正比，力矩=力*半徑，力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)）。因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必 提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其 在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。3.2模擬電路和數(shù)字電路模擬電路：處理模擬信號(hào)的電路。 數(shù)字電路：處理數(shù)字信號(hào)的電路。 數(shù)字電路特點(diǎn)： (1) 電路中工作的半導(dǎo)體管多數(shù)工作在開關(guān)狀態(tài)。(2) 研究對(duì)象是電路的輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系，分析工具是邏輯代數(shù)，表達(dá)電路的功能主要用真值表，邏輯函數(shù)表達(dá)式及波形圖等。數(shù)字電路的發(fā)展：與器件的改進(jìn)密切相關(guān)，集成電路的出現(xiàn)促進(jìn)了數(shù)字電路的發(fā)展。數(shù)字電路的應(yīng)用：范圍廣泛，國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多部門中都將大量應(yīng)用數(shù)字電路。3.3數(shù)字元件基本使用方法NE555 為8 腳時(shí)基集成電路，各腳主要功能1 地 GND 2 觸發(fā)3 輸出 4 復(fù)位 5 控制電壓 6 門限(閾值） 7 放電 8 電 源電壓Vcc 應(yīng)用十分廣泛，可裝如下幾種電路：1.單穩(wěn)類電路 作用：定延時(shí)，消抖動(dòng)，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測(cè)等2.雙穩(wěn)類電路 作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。3.無穩(wěn)類電路 作用：方波輸出 ，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測(cè)量，定時(shí)等。 LM358的特點(diǎn): .內(nèi)部頻率補(bǔ)償 . 低輸入偏流 . 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 . 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 . 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 . 直流電壓增益高(約100dB) . 單位增益頻帶寬(約1MHz) . 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)； . 雙電源(1.5 一15V) . 低功耗電流，適合于電池供電 . 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V) 74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內(nèi)部含有6個(gè)coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0 第四章 模擬電路和數(shù)字電路4.1概念模擬電路：處理模擬信號(hào)的電路。數(shù)字電路：處理數(shù)字信號(hào)的電路。數(shù)字電路特點(diǎn)： (1) 電路中工作的半導(dǎo)體管多數(shù)工作在開關(guān)狀態(tài)。(2) 研究對(duì)象是電路的輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系，分析工具是邏輯代數(shù)，表達(dá)電路的功能主要用真值表，邏輯函數(shù)表達(dá)式及波形圖等。 數(shù)字電路的發(fā)展：與器件的改進(jìn)密切相關(guān)，集成電路的出現(xiàn)促進(jìn)了數(shù)字電路的發(fā)展。 數(shù)字電路的應(yīng)用：范圍廣泛，國(guó)民經(jīng)濟(jì)許多部門中都將大量應(yīng)用數(shù)字電路。 各種邏輯門電路是組成數(shù)字電路的基本單元 4.2數(shù)字元件基本使用方法 NE555 為8 腳時(shí)基集成電路， 各腳主要功能1 地 GND 2 觸發(fā)3 輸出 4 復(fù)位 5 控制電壓 6 門限(閾值） 7 放電 8 電源電壓Vcc 應(yīng)用十分廣泛，可裝如下幾種電路： 1.單穩(wěn)類電路 作用：定延時(shí)，消抖動(dòng)，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測(cè)等。 2.雙穩(wěn)類電路 作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。 3.無穩(wěn)類電路 作用：方波輸出 ，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測(cè)量，定時(shí)等。 LM358的特點(diǎn): . 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 . 低輸入偏流 . 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 . 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 . 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 . 直流電壓增益高(約100dB) . 單位增益頻帶寬(約1MHz) . 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)； . 雙電源(1.5 一15V) 低功耗電流，適合于電池供電 . 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V) 74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內(nèi)部含有6個(gè)coms反相器， 74LS04的作用就是反相把1變成0。 技術(shù)含量高的微電機(jī)，如精密無刷電動(dòng)機(jī)、高速同步電動(dòng)機(jī)、高精度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、片狀繞組無刷電動(dòng)機(jī)、高性能伺服電動(dòng)機(jī)以及新原理新結(jié)構(gòu)超聲波電動(dòng)機(jī)國(guó)內(nèi)尚未形成商品化或批量生產(chǎn)能力。所以國(guó)內(nèi)對(duì)高精密微特電機(jī)還依賴進(jìn)口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，19952000年年均用匯增長(zhǎng)26.9，2001年雖然增加4.81，還達(dá)11.97億美元。4第五章課程設(shè)計(jì)總結(jié)1.本人在老師的指導(dǎo)下，順利完成該課程設(shè)計(jì)。通過該課程設(shè)計(jì)，收獲頗多。兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)它不僅鍛煉了我們動(dòng)手操作能力，同時(shí)也在設(shè)計(jì)過程中讓我們明白了實(shí)踐出真知這一道理，為我們以后更好的學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)奠定了基礎(chǔ)，我們按照指導(dǎo)老師的要求逐步完成設(shè)計(jì)方案，較順利地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。2.課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程我想接下來我們更應(yīng)該會(huì)認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，爭(zhēng)取在以后的實(shí)踐中，少犯錯(cuò)誤，能夠正確的做出判斷。我通過這幾天的實(shí)踐，增強(qiáng)自己的實(shí)際操作動(dòng)手能力，對(duì)微電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有了更近一步的了解，更知道微電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)在生活中的重要性，但在實(shí)際過程中也發(fā)現(xiàn)了許多自己的不足，使家用電器的實(shí)際布線不合理，總是想著要盡快的完成布局，而很多細(xì)節(jié)都沒有注意到，這在現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)出很多問題的，這毛病必須得改，為以后在現(xiàn)實(shí)的工作崗位中做的更好打下基礎(chǔ)！3.課程設(shè)計(jì)過程中，我們意識(shí)到了自己專業(yè)知識(shí)的不足和知識(shí)的局限性。在課程設(shè)計(jì)的過程中我們學(xué)到了新知識(shí)，鍛煉了動(dòng)手能力、歸納總結(jié)的能力、創(chuàng)新的能力雖然這次設(shè)計(jì)結(jié)束了，但這次課程學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)和帶給我們的經(jīng)歷與感悟真的是讓我們受益匪淺。回想著整個(gè)參賽歷程，真是挺難忘的，從剛開始研究方案，在動(dòng)手實(shí)踐，到最后經(jīng)過多少次的調(diào)試直到最后成功，每一步的成長(zhǎng)，都凝聚著我們大家的汗水，成功的那一刻，我們真的是很激動(dòng)，如果說是熱淚盈眶，也許是很夸張，但我們無法用其他的語言來形容我們當(dāng)時(shí)的心情。4.課程設(shè)計(jì)中，同學(xué)們互相督促、幫助、學(xué)習(xí)，有誰做的不對(duì)，及時(shí)提醒，確保在焊接中不出現(xiàn)錯(cuò)誤。爭(zhēng)取把自己成果最好的一面展現(xiàn)出來。我們感覺到團(tuán)結(jié)的力量。5.在課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)