飛思卡爾智能化車電機(jī)資料

1、3.1.6驅(qū)動電機(jī)介紹驅(qū)動電機(jī)采用直流伺服電機(jī)，我們在此選用的是RS-380SH型號的伺服電機(jī)，這是因?yàn)橹绷魉欧姍C(jī)具有優(yōu)良的速度控制性能，它輸出較大的轉(zhuǎn)矩，直接拖動負(fù)載運(yùn)行，同時它又受控制信號的直接控制進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在很多方面有優(yōu)越性，具體來說，它具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)具有較大的轉(zhuǎn)矩，以克服傳動裝置的摩擦轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 (2)調(diào)速圍寬，高精度，機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性線性好，且運(yùn)行速度平穩(wěn)。 (3)具有快速響應(yīng)能力，可以適應(yīng)復(fù)雜的速度變化。 (4)電機(jī)的負(fù)載特性硬，有較大的過載能力，確保運(yùn)行速度不受負(fù)載沖擊的影響。(5)可以長時間地處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)而不會燒毀電機(jī)，一般電機(jī)不能長時間運(yùn)行于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，電

2、機(jī)長時間停轉(zhuǎn)時，穩(wěn)定溫升不超過允許值時輸出的最大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩稱為連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，相應(yīng)的電樞電流為連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流。圖3.1為該伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖3.2是此伺服電機(jī)的性能曲線。圖3.1 伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖圖3.2 伺服電機(jī)的性能曲線3.1.7 舵機(jī)介紹舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是：控制信號由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪

3、帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。舵機(jī)的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。一般舵機(jī)的控制要求如圖3.3所示。圖3.4為舵機(jī)的控制線。圖3.3 舵機(jī)控制要求圖3.4 舵機(jī)的控制線控制線輸入一個周期性的正向脈沖信號，這個周期性脈沖信號的高電平時間通常在1ms-2ms之間。而低電平時間應(yīng)在5ms到20ms間，并不很嚴(yán)格。下表3.3表示出一個典型的20ms周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達(dá)的輸出臂的位置的關(guān)系：表3.3 脈沖寬度與舵機(jī)位置表考慮到舵機(jī)安裝的位置與舵機(jī)的響應(yīng)速度有關(guān)，在設(shè)計中我把舵機(jī)安裝在較高的位置，使轉(zhuǎn)向拉桿加長，使得在舵機(jī)轉(zhuǎn)動相同的角度時前輪（即方向

4、輪）轉(zhuǎn)動的角度加大，轉(zhuǎn)向靈敏。3.1.1 速度控制系統(tǒng)建?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在控制系統(tǒng)的研究中有著相當(dāng)重要的地位，要對系統(tǒng)進(jìn)行仿真處理，首先需要知道系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而后才有可能對系統(tǒng)進(jìn)行模擬。速度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中最主要的部分就是直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，下面首先著重對電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立進(jìn)行論述，然后對系統(tǒng)其他部分?jǐn)?shù)學(xué)模型作簡單說明。1. 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型本系統(tǒng)所使用的直流電機(jī)為大賽主委會統(tǒng)一規(guī)定的RS380-ST/3545型電機(jī)。直流電機(jī)的物理模型如圖3.2所示。圖3.2 直流電機(jī)的物理模型圖中所示參數(shù)的意義如下：ua 電樞輸入電壓(V) Ra電樞電阻(歐)La電樞電感(H) E 感應(yīng)電動勢(

5、V)Te電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 (Nm) J 轉(zhuǎn)動慣量（kg)B 粘性阻尼系數(shù)(Nms) ia 流過電樞的電流(A)w 電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)角(rad/s）根據(jù)基爾霍夫定律和牛頓第二定律對圖3.2所示的直流電機(jī)列基本方程：(公式3.1)式中：KT為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)(Nm)A；Ke為感應(yīng)電動勢常數(shù)(VS)rad。對公式3.1進(jìn)行拉普拉斯變換，得：(公式3.2)根據(jù)公式3.2，消去中間變量，可以求出永磁直流電動機(jī)的速度傳遞函數(shù)為： (公式3.3)由公式3.3作出直流電機(jī)的框圖如圖3.3所示。圖3.3 直流電機(jī)框圖圖3.3中的為電氣時間常數(shù)，。為建立直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，需要求的參數(shù)有電樞電阻、電樞電感、轉(zhuǎn)矩常數(shù)、阻尼系

6、數(shù)，反電動勢系數(shù)和總轉(zhuǎn)動慣量，其中，為電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，為折合到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。為求得以上參數(shù)值，先給出電機(jī)RS380-ST/3545的技術(shù)指標(biāo)（電壓值為7.2V常值），如表3.1所示。表3.1 RS380-ST/3545技術(shù)指標(biāo)No Load無負(fù)載Max Efficiency最大效率（64.6）Max Output最大功率（26.68W）Stall停止Current電流Speed轉(zhuǎn)速Current電流Speed轉(zhuǎn)速Torque扭矩Current電流Speed轉(zhuǎn)速Torque扭矩Current電流Torque扭矩ArpmArpmgcmArpmgcmAgcm0.49153002.8

7、513100998.61765034016.72680(1) 電樞電阻由直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓方程式：，兩邊都乘以得(公式3.4)上式可以改寫成 (公式3.5)式中，是從電源的輸入電功率，是電磁功率，轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率，是電樞回路總的銅損耗。由表3.1中的最大功率欄可知，=7.2V*8.61A=62W，=26.68W，=8.61A，因此=(62-26.68)/8.612 歐=0.476 歐。(2) 電樞電感使用萬用表的電感檔測得直流電機(jī)的電樞電感=0.2mH。則電氣時間常數(shù)=0.00042s。(3) 轉(zhuǎn)矩常數(shù)由于，當(dāng)=8.61A時，=340 gcm=3.33210-2Nm，則轉(zhuǎn)矩常數(shù)=3.33210-

8、2/8.61 Nm/A=3.8710-3 Nm/A。(4) 阻尼系數(shù)由于，當(dāng)=340 gcm=3.33210-2Nm時， rad/s=800.7 rad/s,所以阻尼系數(shù)=4.1610-5Nm/(rads-1)。(5) 反電動勢系數(shù)由于直流電機(jī)在最大功率時，=26.68W，=8.61A，則=26.68/8.61V=3.1V。又由于，且rad/s=800.7rad/s，所以計算得反電動勢系數(shù)=0.004V/(rads-1)。(6) 轉(zhuǎn)動慣量由前可知，下面首先介紹直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量的測量方法。通過查閱相關(guān)資料，本系統(tǒng)采用了落重法測量，如圖3.3所示，將直流電機(jī)置于一高臺上，軸端伸出臺外在軸端上固

9、定一個輕度圓盤,圓盤上繞數(shù)圈細(xì)繩，繩的一端懸掛一個已知質(zhì)量的重物，另一端固定在圓盤上，然后讓重物落下，記錄重物數(shù)次落下所需時間,算出平均值t。按下式求取轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。 (公式3.6)圖3.3 落重法測轉(zhuǎn)動慣量式中 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，kgm2m 懸掛重物的質(zhì)量，kgr 圓盤上纏繞細(xì)繩處的半徑，mh 重物下降高度，mg 重力加速度，m/s2t 重物下降h高度所需時間，s本測試系統(tǒng)取h=0.8m，m=40g=0.04kg，r=3.9mm=0.0039m，g=9.8 m/s2，實(shí)驗(yàn)中測得的時間如表3.2所示。由表求得平均時間t=0.85s，因此由公式3.6求得直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量=2.0810-6kgm2。表3.2 測試時間次數(shù)1234567891011時間(s)0.820.730.920.960.840.860.830.800.810.900.92下面求折合到電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量，由于智能車是沿著直線運(yùn)動的，所以采