1、飛思卡爾智能車電機(jī)資料作者:日期:驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流伺服電機(jī)，我們?cè)诖诉x用的是RS-380SH型號(hào)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(dòng) 負(fù)載運(yùn)行，同時(shí)它又受控制信號(hào)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(lái)說(shuō)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 具有較大的轉(zhuǎn)矩，以克服傳動(dòng)裝置的摩擦轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。(2) 調(diào)速范圍寬，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(guò)載能力，確保運(yùn)行速度不受負(fù)載沖擊的 影響。(5) 可以長(zhǎng)時(shí)間地處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)而不會(huì)燒毀電機(jī)， 一般電

2、機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn) 行于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停轉(zhuǎn)時(shí)，穩(wěn)定溫升不超過(guò)允許值時(shí)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。DIRECTION OF ROTAIION/JISTAPPED HOLE2 PLACES付 H * i/m ji 喜 i* 乍 一 9 勺 一 x 上 陰比 nwchir- sCw* 叭jth鄧 from57,0W4 一37 眉7 R7 R0.8 REF.圖3.1伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖W|rnfi-3i|恥5Mi|p mi 1.MQ圖3.2伺服電機(jī)的性能曲線舵機(jī)介紹舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些

3、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(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms,寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，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(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為 0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制信號(hào) 是PWM信號(hào)，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。5V0V圖3.3舵機(jī)控制要求Control （控帯發(fā)）SEKVO Power f SERVO 電源娛）G

4、M （地遡圖3.4舵機(jī)的控制線控制線輸入一個(gè)周期性的正向脈沖信號(hào)，這個(gè)周期性脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間 通常在1ms-2ms之間。而低電平時(shí)間應(yīng)在5ms到20ms間，并不很嚴(yán)格。下表3.3表 示出一個(gè)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：IWAlEM沖癟度-何IH碼逮惜岀脣役萱，Ea = KewTe = KT|a丿電樞電阻(歐)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg 川)a 流過(guò)電樞的電流(A)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)(N - m)A K.為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)(V - S)rad對(duì)公式3.1進(jìn)行拉普拉斯變換，得：Ua(S)=Ra

5、|a(S)+LaSla(S)+Ea甲)Te(s) = JRs) +B0(s)（公式3.2）Ea（S）二 Ke（S）Te(S)=KT|a(S)根據(jù)公式3.2，消去中間變量，可以求出永磁直流電動(dòng)機(jī)的速度傳遞函數(shù)為:(S)Kt2Ua(S)LajS(LaB RaJ)S Ke RaB3.3)（公式由公式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e為電氣時(shí)間常數(shù)，e=：La/Ra。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Ra、電樞電感La、轉(zhuǎn)矩常數(shù)KT、阻尼系數(shù)B，反電動(dòng) 勢(shì)系數(shù)Ke和總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，其中J = Jm Jl，Jm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Jl 為折合到電動(dòng)

6、機(jī)軸上的負(fù)載 轉(zhuǎn)動(dòng)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)NoLoadMax Efficie ncyMax OutputStall無(wú)負(fù)載最大效率（64.6 %）最大功率（26.68W）停止CuSCuSTCuSTCuTrrentpeedrrentpeedorquerrentpeedorquerrentorque電轉(zhuǎn)電轉(zhuǎn)扭電轉(zhuǎn)j扭電扭流速流速矩流速矩流矩ArpmArpmg cmArpmg cmAg cm0.12.198.7316649530085310096165040.

7、7280（1）電樞電阻Ra由直流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電壓方程式：Ua = Ea IaRa，兩邊都乘以Ia得2UaIa =EaIa JRa（公式3.4)上式可以改寫成pi = Pm + pcua(公式 3.5)式中，Pi二Ua|a是從電源的輸入電功率，Pm二Ea|a是電磁功率，轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率 Pj -Te.，pcua = |玄Ra是電樞回路總的銅損耗。由表 3.1 中的最大功率欄可知，Pi 二 Ua|a=7.2V*8.61A=62W Pm =26.68W|a=8.61A，因此 Ra=(62-26.68)/8.612 歐=0.476 歐。(2) 電樞電感La使用萬(wàn)用表的電感檔測(cè)得直流電機(jī)的電樞電感La=0.

8、2mH則電氣時(shí)間常數(shù)e = La / Ra =0.00042s。(3) 轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt2由于Te 二 KT|a，當(dāng) |a=8.61A 時(shí)，Te =340 g cm=3.332x 10- N- m 則轉(zhuǎn)矩常2a數(shù) Kt =Te/ la =3.332 x 10/8.61 N m/A=3.87X 10- N m/A。(4) 阻尼系數(shù)B2由于 Te = KT|a 二 B ，當(dāng) Te =340g - cm=3.332x 10- N- m時(shí),=7650 2二 /60._5_1rad/s=800.7 rad/s, 所以阻尼系數(shù) B =Te1 =4.16 x 10 N - m/(rad s )。(5) 反電動(dòng)勢(shì)

9、系數(shù)Ke由于直流 電機(jī)在最大功率時(shí)，Pm二Ea |a=26.68W，|a =8.61A，則Ea=26.68/8.61V=3.1V 。又 由 于EKew， 且：=76二5 rad/s=800.7rad/s ， 所以計(jì)算得反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)_1 Ke=0.004V/(rad s )。(6) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J由前可知，J = Jm Jl，下面首先介紹直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm的測(cè)量方法。通過(guò)查閱相關(guān)資料，本系統(tǒng)采用了落重法測(cè)量 Jm，如圖3.3所示，將直流電機(jī) 置于一高臺(tái)上，軸端伸出臺(tái)外在軸端上固定一個(gè)輕度圓盤，圓盤上繞數(shù)圈細(xì)繩，繩的一端懸掛一個(gè)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

10、落下所需時(shí)間，算出平均值t。按下式求取轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。Jm = mr2 匪-1I2h丿式 3.6)圖3.3 落重法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中 Jm轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg m2m 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(shí)間，s本測(cè)試系統(tǒng)取 h=0.8m, m=40g=0.04kg, r=3.9mm=0.0039m g=9.8 m/s 2，實(shí)驗(yàn)中 測(cè)得的時(shí)間如表3.2所示。由表求得平均時(shí)間t=0.85s，因此由公式3.6求得直 流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm =2.08 x 10-6kg m2。表3.2測(cè)試時(shí)間次數(shù)1234567891011時(shí)間（s）0.820.730.920.960.840.860.830.800.810.900.92下面求折合到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jl，由于智能車是沿著直線運(yùn)動(dòng) 的，所以采用計(jì)算公式是物體沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式：2jL=