第六講電機(jī)的使用

主講人：韓竺秦2013年10月9日電工電子實(shí)習(xí)

——電機(jī)控制新語(yǔ)新知

——汽車車身里面的電動(dòng)機(jī)舉例：你了解的汽車中有多少中電動(dòng)機(jī)或者馬達(dá)新語(yǔ)新知

——汽車車身里面的電動(dòng)機(jī)多向可調(diào)電控座椅該座椅共設(shè)置了滑動(dòng)電動(dòng)機(jī)、前垂直電動(dòng)機(jī)、傾斜電動(dòng)機(jī)、后垂直電動(dòng)機(jī)和腰墊電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)座椅的前后滑動(dòng)、前部上下移動(dòng)、靠背前后傾斜、后部上下移動(dòng)及腰墊前后移動(dòng)等十個(gè)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。新語(yǔ)新知

——汽車車身里面的電動(dòng)機(jī)鷗翼門、剪刀式車門帕加尼Huayra蘭博基尼新語(yǔ)新知

——汽車車身里面的電動(dòng)機(jī)電動(dòng)后視鏡新語(yǔ)新知

——汽車車身里面的電動(dòng)機(jī)汽車的電動(dòng)后視鏡一般由鏡片、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、控制電路及操縱開(kāi)關(guān)等部分組成。在每個(gè)后視鏡鏡片的背后都有兩個(gè)可逆電動(dòng)機(jī)，可操縱其上下左右運(yùn)動(dòng)。通常垂直方向的傾斜運(yùn)動(dòng)由一個(gè)永磁電動(dòng)機(jī)控制，水平方向的傾斜運(yùn)動(dòng)由另一個(gè)永磁電動(dòng)機(jī)控制。新語(yǔ)新知

——汽車車身里面的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電機(jī)，雨刮電機(jī)、玻璃升降器電機(jī)、怠速電機(jī)、電動(dòng)大燈高低調(diào)節(jié)電機(jī)、空汽油泵里面也有電機(jī)，空調(diào)的鼓風(fēng)機(jī)也是電機(jī)帶動(dòng)葉輪、散熱網(wǎng)風(fēng)扇電機(jī)工作原理電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。電機(jī)之所以會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，是由于一種洛倫茲力作用的結(jié)果。洛倫茲力產(chǎn)生的機(jī)理是：當(dāng)一段有電流通過(guò)的導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體就會(huì)受到力（洛倫茲力）的作用，其方向與電流方向和磁場(chǎng)方向均保持垂直。常用電機(jī)電機(jī)類別五花八門，這里只就常用到的直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)及舵機(jī)進(jìn)行一下簡(jiǎn)要介紹。旨在讓大家了解它們的區(qū)別以及各自的用途，并且能熟練地使用這三種電機(jī)。電機(jī)是使機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械，直流電機(jī)把直流電能變?yōu)闄C(jī)械能。作為機(jī)電執(zhí)行元部件，直流電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)閉合的主磁路。主磁通在主磁路中流動(dòng)，同時(shí)與兩個(gè)電路交聯(lián)，其中一個(gè)電路是用以產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路，另外一個(gè)是用來(lái)傳遞功率，稱為功率回路或者電樞回路?，F(xiàn)行的直流電動(dòng)機(jī)都是旋轉(zhuǎn)電樞式，也就是說(shuō)激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電樞繞組和電樞鐵芯結(jié)合構(gòu)成直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。直流電機(jī)有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

(1)調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)節(jié)；

(2)過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；

(3)易于控制，可靠性高；

(4)調(diào)速時(shí)的能量損耗較小。U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II電流方向：上半邊向里，下半邊向外，如圖所示。一、工作原理電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)籠式繞線式異步機(jī)同步機(jī)（他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)）主要介紹直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。電機(jī)直流電機(jī)比賽中常用到的直流電機(jī)一般有兩根引線，不分正負(fù)極。共有兩種不同的供電方式，對(duì)應(yīng)了電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。給直流電機(jī)持續(xù)供電，電機(jī)就保持工作狀態(tài)。斷電即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī) （1）通俗來(lái)講，所謂步進(jìn)電機(jī)，就是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是嚴(yán)格按一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，每一步對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。如1.8°，表示步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步對(duì)應(yīng)1.8°。 （2）從控制的角度來(lái)看，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。舵機(jī)舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些角度需要不斷變化并能夠保持的控制系統(tǒng)。其工作原理就是，控制端輸入的不同控制信號(hào)對(duì)應(yīng)著輸出端不同的角度。

直流電機(jī)參數(shù)

額定輸入電壓—電機(jī)正常的輸入電壓空載轉(zhuǎn)速—電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。輸出功率—電機(jī)的最大輸出功率。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩—電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩等于電流乘以轉(zhuǎn)矩系數(shù)。轉(zhuǎn)矩系數(shù)—電機(jī)在一定電流所產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩（N.m/A）電機(jī)參數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩—電機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)所能輸出的最大轉(zhuǎn)矩。空載電流—指電機(jī)在空載狀態(tài)的輸入電流。（三）L298驅(qū)動(dòng)模塊小功率大功率EN1EN2IN1IN2IN3IN4A1A2B1B211101010101101100110001010XXXX10101010XX注意！使能端的開(kāi)關(guān)作用。電機(jī)調(diào)速L298N調(diào)速； L298N工作時(shí)使能端應(yīng)拉高。若作調(diào)速用途，單片機(jī)的I/O口對(duì)使能端輸入PWM波。通過(guò)改變PWM波的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出有效電壓的大小。進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。占空比可調(diào)的PWM波直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)（1）調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)速。（2）過(guò)載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。（3）易于控制，可靠性高。（4）調(diào)速時(shí)能量損耗小。直流電機(jī)注意！直流電機(jī)的供電電壓盡量不要超過(guò)標(biāo)稱電壓！不對(duì)直流電機(jī)供電時(shí)，直流電機(jī)沒(méi)有保持力矩！直流電機(jī)由工作狀態(tài)到停止?fàn)顟B(tài)，由于轉(zhuǎn)子的慣性會(huì)有一個(gè)時(shí)間差！程序?qū)嵗ㄒ唬┏绦蚬δ?；利用軟件控制直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)時(shí)的逐漸加速和反轉(zhuǎn)時(shí)的逐漸加速?？山柚趌ed燈直觀展示。步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元。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。在非超載的情況下，可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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)的分類分類一：永磁式（PM）—轉(zhuǎn)子有繞組，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步距角一般為7.5°或15°。反應(yīng)式（VR）—轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步距角一般為1.5°，但噪聲和震動(dòng)較大?；旌鲜剑℉B）—混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，步距角一般為1.8°，應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)的分類分類二：?jiǎn)螛O性步進(jìn)電機(jī)雙極性步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電機(jī)單極性步進(jìn)電機(jī)通常也稱為四相步進(jìn)電機(jī)，有四組繞組；雙極性步進(jìn)電機(jī)通常也稱為兩相步進(jìn)電機(jī)，有兩組繞組。對(duì)單極性步進(jìn)電機(jī)而言，其線圈兩端的電壓方向是不變的，故稱為單極性；而雙極性步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)不斷改變其繞組兩端的電壓方向來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的，故稱雙極性。識(shí)別步進(jìn)電機(jī)的類別一個(gè)雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線，每個(gè)繞組兩根。一個(gè)單極性步進(jìn)電機(jī)則可能有五根、六根或者八根。如果是五根，那么有一根引線是四個(gè)繞組公用的公共引線，其余四根分別單獨(dú)屬于四個(gè)繞組。而如果是六根（最常見(jiàn)），則是每?jī)蓚€(gè)繞組公用一根引線。而具有八根引線的步進(jìn)電機(jī)稱為通用步進(jìn)電機(jī)，既可以用作單極性步進(jìn)電機(jī)，也可以用作雙極性步進(jìn)電機(jī)。注意，購(gòu)買步進(jìn)電機(jī)時(shí)，一定要向供應(yīng)商索取電機(jī)附帶的引線示意圖。實(shí)物及內(nèi)部原理雙極性步進(jìn)電機(jī)實(shí)物雙極性（兩相四線）步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部動(dòng)態(tài)工作原理圖

雙極性步進(jìn)電機(jī)控制XYX-Y-1100011000111001XYX-Y-1000010000100001

雙拍單拍

雙極性步進(jìn)電機(jī)控制XYX-Y-10001100010001100010001100011001半拍控制半拍控制硬件驅(qū)動(dòng)電路注意；使能端一直拉高！步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積誤差。電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組有激磁時(shí)）。優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)。使用步進(jìn)電機(jī)注意事項(xiàng)（1）電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)。（2）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。（3）如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，為了防止步進(jìn)電機(jī)丟步，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的頻率（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?。?）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。繞組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，且隨轉(zhuǎn)速的增大而增加，進(jìn)而影響相電流。程序?qū)嵗ǘ┏绦蚬δ?；利用軟件控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)?？山柚趌ed燈直觀展示。舵機(jī)介紹舵機(jī)英文稱Servo，也稱伺服機(jī)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易安裝調(diào)試、控制簡(jiǎn)單、大扭力、成本較低等。舵機(jī)的性能主要取決于最大力矩和工作速度（一般是以秒/60°為單位）。舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些角度需要不斷變化并能夠保持的控制系統(tǒng)。圖片舵機(jī)引腳標(biāo)準(zhǔn)的舵機(jī)有三條引線，分別是電源線Vcc、地線GND和控制信號(hào)線。舵機(jī)工作原理舵機(jī)主要是由外殼、電路板、核心電機(jī)、齒輪與位置檢測(cè)器所構(gòu)成。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)。

原理框圖信號(hào)調(diào)制芯片控制信號(hào)基準(zhǔn)電路偏壓2偏壓1電壓差電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電位器齒輪機(jī)構(gòu)舵機(jī)的控制控制舵機(jī)時(shí)，需要根據(jù)相應(yīng)舵機(jī)的功率，選擇足夠功率的電源為舵機(jī)供電，控制端無(wú)需大電流，直接使用單片機(jī)I/O口就可以了。采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)時(shí)，一般是采用PPM（脈沖比例調(diào)制）來(lái)告訴舵機(jī)應(yīng)該轉(zhuǎn)到那里。也就是說(shuō)脈沖的寬度是舵機(jī)控制器需要的編碼信息。它經(jīng)常被理解為PWM，PWM的占空比可以是從0到100%，而PPM只是利用20mS周期時(shí)間中0.5～2.5mS之間的部分來(lái)對(duì)信息編碼。定時(shí)器。。PPM注意：脈沖寬度控制的是舵機(jī)的絕對(duì)角度，而不是相對(duì)角度。另外，脈沖一定要持續(xù)提供，維持舵機(jī)角度。演示驅(qū)動(dòng)自行思考；一個(gè)L298N驅(qū)動(dòng)模塊可以同時(shí)控制幾路舵機(jī)？程序?qū)嵗ㄈ┏绦蚬δ埽焕密浖a(chǎn)生一個(gè)20ms周期的PPM波，通過(guò)單片機(jī)I/O口控制舵機(jī)轉(zhuǎn)角。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298的典型應(yīng)用電動(dòng)小車的組成 一個(gè)電動(dòng)小車整體的運(yùn)行性能，首先取決于它的電源模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要功能：驅(qū)動(dòng)小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車行進(jìn)。 電源模塊：顧名思義，就是為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力支持的部分。電機(jī)部分電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、功率變換器及電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)矩重量比、寬調(diào)速范圍、高可靠性，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性受電源功率的影響，這就要求驅(qū)動(dòng)具有盡可能寬的高效率區(qū)。我們所使用的電機(jī)一般為直流電機(jī)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。直流電機(jī)的控制很簡(jiǎn)單，性能出眾，直流電源也容易實(shí)現(xiàn)。

這種直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片有L297/298，MC33886，ML4428等。下面我們主要對(duì)L298進(jìn)行詳細(xì)的講解。L298驅(qū)動(dòng)芯片L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。其實(shí)物及引腳圖如下所示：實(shí)物圖管腳圖L298內(nèi)部的原理圖L298的邏輯功能

IN1IN2ENA電機(jī)狀態(tài)110停止011逆時(shí)針101順時(shí)針XX0停止000停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊連接圖L298有兩路電源分別為邏輯電源和動(dòng)力電源，上圖中6V為邏輯電源，12V為動(dòng)力電源。J4接入邏輯電源，J6接入動(dòng)力電源，J1與J2分別為單片機(jī)控制兩個(gè)電機(jī)的輸入端，J3與J5分別與兩個(gè)電極的正負(fù)極相連。ENA與ENB直接接入6V邏輯電源也就是說(shuō)兩個(gè)電機(jī)時(shí)刻都工作在使能狀態(tài)，控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只有通過(guò)J1與J2兩個(gè)接口。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí)會(huì)形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。PCB圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)例程/*****************************************實(shí)現(xiàn)電機(jī)的方向控制******************************************/

#include<reg51.h>

#define uchar unsignedchar

#define uint unsignedint/***************************************端口定義****************************************/

sbitIN1=P1^0;//P10與電機(jī)驅(qū)動(dòng)IN1相連

sbitIN2=P1^1; //P11與電機(jī)驅(qū)動(dòng)IN2相連

sbitIN3=P1^2; //P12與電機(jī)驅(qū)動(dòng)IN3相連

sbitIN4=P1^3; //P13與電機(jī)驅(qū)動(dòng)IN4相連/****************************各個(gè)子函數(shù)定義****************************/voidTurn_left(void){

IN1=0;IN2=0;IN3=0;IN4=1;}voidTurn_right(void){IN1=1;IN2=0;IN3=0;IN4=0;}

voidGo(void){IN1=1;IN2=0;IN3=1;IN4=0;}

voidBack(void){IN1=0;IN2=1;IN3=0;IN4=1;}/*********************************************************主函數(shù)**********************************************************/main(){while(1){ Go(); Delay(20); Back(); Delay(20); Turn_left(); Delay(20);