脈沖編碼多路比例遙控用于小功率直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)速

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一般常見的遙控裝置，都屬于開關(guān)型的，即只能對(duì)被控對(duì)象的電源通斷進(jìn)行控制。即便加上相應(yīng)的機(jī)械裝置，也只能工作在兩個(gè)極限位置。這在某些需要使被控對(duì)象在整個(gè)動(dòng)作范圍內(nèi)的任意位置都能按操比值者的意愿隨意動(dòng)作并精確定位的場(chǎng)合（例如某些機(jī)械手的動(dòng)作），就難以進(jìn)行控制。而比例遙控則可以實(shí)現(xiàn)上述的控制，它使被控對(duì)象的動(dòng)作完全與操縱桿的動(dòng)作同步并成比例變化。若將其用于電動(dòng)機(jī)的控制，則不僅能控制其通、斷，而且能在很寬的范圍內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整控制（對(duì)直流電動(dòng)機(jī)而言）。同時(shí)，經(jīng)過(guò)編碼，比例遙控還可方便地實(shí)現(xiàn)多路遙控。

小功率直流電動(dòng)機(jī)特別是永磁直流電動(dòng)機(jī)在各種自控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。若需對(duì)其調(diào)速，傳統(tǒng)的方法是用電阻調(diào)節(jié)，其缺點(diǎn)是效率低，轉(zhuǎn)矩受影響等等。較先進(jìn)的方法是采用脈寬調(diào)速，這種脈寬調(diào)速方法具有調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)矩大、效率高的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是不太容易實(shí)現(xiàn)遙控。筆者將比例遙控與脈寬調(diào)整有機(jī)結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)了一套多路比例遙控直流電機(jī)脈寬調(diào)整電路。利用該電路可對(duì)幾路小功率直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行按操縱桿動(dòng)作成比例變化的調(diào)整控制，各路調(diào)整可同時(shí)進(jìn)行，互不干擾。下面介紹其電路及工作原理。

1 遙控編碼發(fā)送電路

本裝置采用時(shí)分制脈沖調(diào)寬編碼方式。其編碼信號(hào)按幀傳送。每一幀由同步脈沖及各通道的控制脈沖組成（本電路設(shè)計(jì)為四個(gè)通道，可進(jìn)行四路控制）。幀周期為20ms。圖1是該比例遙控寬調(diào)速電路的原理圖。它由兩塊六施密特反相器集成電路CD40106組成。其中Icla接成多諧振蕩器，用來(lái)產(chǎn)生幀同步信號(hào)。Iclb與Iclc，Icld與Icle，IC2a與IC2b，IC2c與IC2d分別構(gòu)成四級(jí)下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)電路，用來(lái)產(chǎn)生四個(gè)通道的調(diào)寬脈沖。RW1～RW4是四個(gè)通道的脈寬調(diào)節(jié)器，它們直接與遙控操縱桿相連。當(dāng)調(diào)節(jié)操縱桿時(shí)，這些脈寬調(diào)節(jié)器可使對(duì)應(yīng)通道的控制脈沖寬度在1.5±0.5ms范圍內(nèi)變化，通過(guò)接收端譯碼及伺服電路可使被控對(duì)象產(chǎn)生與操縱桿同步成比例的動(dòng)作。IC2e與IC2f構(gòu)成整形與定寬單穩(wěn)電路。晶體管T1～T3構(gòu)成放大及發(fā)送電路。

該電路在工作時(shí)，首先由Icla產(chǎn)生周期為20ms的幀同步方波（波形見圖2A），并由C3送放第一級(jí)單穩(wěn)，其一跳沿使第一級(jí)單穩(wěn)被觸發(fā)，從而產(chǎn)生第一路控制脈（波形見圖2B），第一級(jí)脈沖的下跳沿又觸發(fā)第二級(jí)單穩(wěn)以產(chǎn)生第二路控制脈沖（波形見圖2C），依次類推，第三、第四單穩(wěn)產(chǎn)生第三、四路控制脈沖（波形圖見圖2D、2E）。每路脈沖寬度取決于操縱桿的位置（實(shí)質(zhì)上是Rw1～Rw4的阻值）。同時(shí)，同步脈沖與四路控制脈沖的下跳沿經(jīng)C2R2、C5R4、C8R7、C11R10、C14R13五組的微分電路及D1～D5組成的或門后依次加到IC2b與IC2d組成的整形定寬單穩(wěn)（波形見圖2F）電路，再經(jīng)整形后輸出一列整齊的，寬度固定為0.2ms的正脈沖（見圖2G）。該串脈沖的間隔寬反映了控制脈沖的寬度。也就是包含了四路控制信息。G點(diǎn)的脈沖經(jīng)T1～T3放大后輸出到控制線上來(lái)進(jìn)行有線遙控。若加上相應(yīng)的調(diào)整制電路也可以方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)線或紅外遙控。

2 接收解碼電路

接收解電路的作用是將發(fā)送部分傳送過(guò)來(lái)的多路控制信號(hào)分離出來(lái)并分別送往各路伺服電路以分別對(duì)各路進(jìn)行控制。圖3中由T1、T2、T3及IC1組成的電路即是其電路原理圖。IC1為8位串行并出移位寄存器集成電路74HC164。當(dāng)由控制線送來(lái)的編碼脈沖經(jīng)T1、T2放大整形后分成兩路，一路作為移位脈沖送到IC1的8腳，另一路經(jīng)D1、C1積分并經(jīng)T3倒相后加入IC1的1、2腳作為同步信號(hào)。

當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖即同步脈沖前沿到來(lái)時(shí)，IC1的1、2腳尚為高電平“1”，該“1”信號(hào)串行后使IC1的有腳變?yōu)椤?”。同時(shí)此脈沖經(jīng)D1向C3充電使T3迅速飽和導(dǎo)通，使IC1的1，2腳變?yōu)榈碗姟?”，且由于后續(xù)脈沖的作用而使其保持在“0”電平。此后，在編碼脈沖作用下，3腳的“1”信號(hào)順次向4、5、6腳移位。編碼脈沖串入以后，C3經(jīng)T3發(fā)射結(jié)放電，使IC1的1、2腳恢復(fù)高電平，并為下一幀信號(hào)的解碼作準(zhǔn)備。IC1的3、4、5、6腳即是解碼器的四路輸出端，分別輸出各路控制脈沖。74HC164最多可用于8路的解碼，該電路用于四路。本接收解碼電路各點(diǎn)的波形見圖4所示。

3 伺服及脈寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)電路

由解碼器輸出的各路控制脈沖，需要經(jīng)過(guò)伺服電路變成脈寬調(diào)速信號(hào)，然后，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路才能帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。該部分電路的原理圖見圖3的右半部分，即由IC2和T4～T11等元件所組成的電路。圖中只畫出一個(gè)通道。

圖3中的IC2是一塊伺服專用集成電路SN76604，它能根據(jù)解碼電路送來(lái)的控制脈沖的寬度變化（1.5+0.5ms）來(lái)進(jìn)行內(nèi)部電路處理，并輸出占空比為10%～100%的雙向脈沖電壓，該脈沖經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路擴(kuò)展功率后可對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行脈寬調(diào)速。SN76604集成電路的內(nèi)部框爐膛如圖5所示。

工作時(shí)，由解碼電路送來(lái)的1.5ms±0.5ms正向控制脈沖加到IC2的3腳后，在IC2（即SN76604）分成兩路，一路解發(fā)單穩(wěn)發(fā)產(chǎn)生一個(gè)寬度為1.5ms的比較脈沖，一路送經(jīng)比較器與單穩(wěn)產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行比較。若控制脈沖大于1.5ms，比較器輸出一正向差值脈沖；若控制脈沖小于1.5ms，比較器輸出一負(fù)向差值脈沖。該差值脈沖經(jīng)展寬電路按比例展寬后送經(jīng)雙向放大電路后由11、13腳輸出。最后將該IC2輸出的脈沖加到驅(qū)動(dòng)電路。這里采用橋式驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路可以使電動(dòng)機(jī)雙向轉(zhuǎn)動(dòng)并且調(diào)整。由于IC2輸出的脈沖是以3V為初始電平的正負(fù)雙向脈沖，故設(shè)置了T4、T11控制開關(guān)晶體管。當(dāng)無(wú)脈沖輸出時(shí)，T4、T11均處于導(dǎo)通狀態(tài)，而其它晶體管均截止，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)TCSN76604的11腳輸出負(fù)向脈沖時(shí)，T11截止，T7、T9、T10導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)SN76604的13腳輸出負(fù)向脈沖時(shí)，T4截止，T5、T6、T8導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；且轉(zhuǎn)速隨脈沖占空比變化而變化。

該套遙控調(diào)整電路特別適用于操作人員不便進(jìn)入的場(chǎng)所內(nèi)裝置的遠(yuǎn)端控制。若加上相應(yīng)的高頻收發(fā)電路亦可進(jìn)行無(wú)線或紅外遙控，是一套很有使用價(jià)值的遙控調(diào)速電路。