6. Разработка схемы электрической принципиальной.

Управление двигателем постоянного тока.

Двигатели постоянного тока являются одними из самых распространенных устройств в промышленных, бытовых и игровых роботах, транспортном оборудовании и в системах автоуправления.

Эти электрические машины имеют ряд серьезных достоинств по сравнению с двигателями переменного тока:

1. Большой диапазон мощности двигателя;

2. Возможность плавного регулирования скорости вращения ротора.

Управление скоростью вращения часто осуществляется с помощью ШИМ, а реверсирование двигателя – изменением полярности питания обмотки якоря.

Основной задачей при разработке системы управления ДПТ является разработка схемы подключения двигателя к устройству сопряжения – драйвера двигателя.

Рассмотрим несколько вариантов драйверов двигателей постоянного тока.

1. H-мост.

В качестве ключей А₁А₂, В₁В₂ в зависимости от требований, предъявляемых СУ и мощности двигателя, могут быть использованы:

1. Двухконтактные электромагнитные реле – если не предъявляются требования к высокой точности момента включения двигателя.

2. Ключи АА, ВВ представляют собой электронные транзисторные ключи с использованием коллектора – значительно повышает быстродействие.

3. Теристорные преобразователи.

2. Четырехтранзисторный мост.

Схема управления состоит из 4-транзисторного моста (пара p-n-p транзисторов и пара n-p-n транзисторов). В базы всех транзисторов включены выходные цепи двух триггеров Шмидта, а входные цепи этих триггеров подключаются к выходным цепям устройства сопряжения, что обеспечивает совместимость управляющих сигналов с топологией ТТЛ. При подаче на вход А логической 1, а на вход В – логического 0, ротор двигателя вращается в одном направлении. Если А=0, В=1, вращение происходит в другом направлении. Мощность нагрузки (Рдвигателя) зависит от выбранных транзисторов. Так, например, если выбрать для транзисторов Q1, Q2 транзистор КТ686В, а для Q3, Q4 – КТ682А, то можно будет использовать двигатель с номинальным током до 360 мА.

3. Управление шаговым двигателем с помощь специальных микросхем L293.

Особенностью управляющей микросхемы является то, что она имеет два раздельные цепи питания для электрической части (Vcc1) и двигателей (Vcc2). Входы А1 и А2 задают направление вращения: если А1=1, А2=0 – вращение в одну сторону, иначе – в другую. Вход EN управляет работой моста, с его помощью можно включить или выключить мост, либо, подав на него широтно-модулированный сигнал, управлять скоростью вращения.

Широтно-модулированный сигнал позволяет за счет изменения скважности пульсирующего напряжения изменять действующее значение тока. В этом случае за счет изменения скважности между паузой и импульсом в цепи питания можно изменить действующее значение тока питания якоря и, следовательно, изменить скорость вращения ротора.

4. Двухканальная система управления двигателем постоянного тока LB1836M.

Схема предназначена для управления одновременно двумя двигателями за счет двухканальной структуры. Предусмотрено раздельное питание цепей электроники, а также питание двигателей М1 и М2. Ее отличие – малые размеры при большом токе нагрузки со встроенными защитными диодами.

Напряжение питание выходного каскада 1,9‑9 В.

Напряжение питания и схема узлов 2,5 – 9 В.

Максимальный ток нагрузки 1 А.

Управление каскадами осуществляется входными цепями F1-R1, F2-R2.

Схема управления роботами.

Рассмотрим несколько структурных схем систем управления РТК в комплексе.

М – манипулятор, т.е. исполнительный механизм робота, каждый исполнительный механизм осуществляет перемещение по одной из степеней свободы, ему предоставленной.

Приводом по каждой степени свободы являются 3 компонента:

1. Двигатель постоянного тока;

2. Редуктор для уменьшения скорости вращения и увеличения мощности на валу;

3. Винтовой механизм – элемент кинематической схемы, обеспечивающий перемещение по заданной траектории. В данном случае из вращательного в поступательное.

В качестве образования связи по величине перемещения используется датчик угла поворота вала редуктора и винта.

Блок управления представляет собой драйверы двигателей по всем координатам и устройства сопряжения драйвера двигателя управляющего ЭВМ.