18 | 07 | 2018
Главное меню
Смотри
replace_in_text_segment($text); echo $text; ?> Связной
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3765
Просмотры материалов : 8732046

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 16 гостей
  • 3 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Рулевые машинки PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
26.04.2018 11:26
Рулевые машинки


7.3.1. Первый вариант рулевой машинки


Основные положения

Как отмечалось ранее, рулевые машинки отличаются от регуляторов хода меньшей мощностью используемых двигателей и наличием механической обратной связи между двигателем и потенциометром, определяющим длительность опорных импульсов. Кроме того, часто целесообразно коэффициент удлинения разностных импульсов делать больше 40.

В связи с этим схемотехника рулевых машинок во многом сходна со схемотехникой регуляторов хода. Один из возможных вариантов механической обратной связи между рулевым устройством и потенциометром, определяющим длительность опорных импульсов, будет рассмотрен в главе 8.

Рассматриваемые далее сервоусилители работают по единому принципу и отличаются только схемотехникой решения отдельных функциональных узлов. Описание работы таких узлов и порядок их настройки для исключения дублирования приводятся ниже для какого-нибудь одного варианта и распределены по разделам. Поэтому при реализации конкретного варианта целесообразно внимательно прочитать всю главу.


Принципиальная схема

Принципиальная схема первого варианта (рис. 7.29) мало чем отличается от схемы регулятора хода, изображенной на рис. 7.6.



Рис. 7.29. Схема сервоусилителя рулевой машинки. Вариант № 1


Полностью аналогичен и принцип действия, за одним исключением: в процессе отработки двигателя, по мере поворота рулевого устройства, меняется длительность опорных импульсов до обращения в нуль длительности разностного импульса.

Для обеспечения угла поворота рулевого устройства в требуемых пределах последовательно с потенциометром R1, который теперь имеет величину 4,7 кОм, включены два постоянных резистора, точное значение которых подбирается при регулировке. Выходные транзисторы мостового каскада заменены на менее мощные. Напряжение питания должно быть 7–9 В.

Печатная плата используется такая же, как та, что изображена на рис. 7.8. Потенциометр R1 теперь устанавливается в рулевом устройстве и с платой соединяется тремя проводниками. Дополнительные резисторы R1' и R1" припаиваются непосредственно к выводам R1. Этот потенциометр должен иметь высокую износостойкость и малое трение оси во втулке. Наиболее подходящими являются резисторы типа СП3-4, СП4-1 (25000 циклов) или РП1-46д (100000 циклов). Настройка устройства аналогична рассмотренной в следующем разделе.


7.3.2. Второй вариант рулевой машинки


Принципиальная схема

В этом варианте удлинитель реализован на операционном усилителе DA2, что повлекло за собой необходимость замены микросхемы DD1 на другой тип. Принципиальная сема второго варианта приведена на рис. 7.30.



Рис. 7.30Сервоусилитель рулевой машинки. Вариант № 2


Канальный импульс положительной полярности подается на один из входов временного дискриминатора, собранного на элементах DD1.3, DD1.4, и на вход инвертора DD1.2. Отрицательный импульс с вывода 10 инвертора также подается на дискриминатор и на дифференцирующую цепь C3R3.

Короткий отрицательный импульс, соответствующий переднему фронту канального, через развязывающий диод VD1 запускает ждущий мультивибратор, в состав которого входят транзистор VT1, инвертор DD1.1 и времязадающий конденсатор С2. Принцип действия этого устройства описан в разделе 7.2.1. Из-за замены микросхемы DD1 разностные импульсы на выходе временного дискриминатора теперь имеют отрицательную полярность.

Далее разностные импульсы необходимо подвергнуть удлинению. Рассмотрим эту процедуру для ситуации, когда τкτ0. Удлинитель для этого случая реализован на интегрирующей цепи R7R8C6 и верхней части операционного усилителя DA2, работающего в режиме компаратора напряжений. В исходном состоянии конденсатор С6 заряжен до некоторого напряжения Uc (рис. 731, б), которое прикладывается к инверсному входу ОУ.



Рис. 7.31. Графики работы удлинителя


Опорное напряжение на прямом входе (вывод 2) компаратора выбрано с помощью потенциометра R15 несколько ниже (Uоп). В результате потенциал на выходе ОУ (вывод 10) практически равен нулю, транзистор VT2 заперт, заперты и управляемые им выходные транзисторы мостовой схемы VT4 и VT7. По аналогичной причине закрыта и другая пара выходных транзисторов. Напряжение питания на двигатель не поступает.

Отрицательный разностный импульс с выхода временного дискриминатора (рис. 7.31, а) разряжает конденсатор С6 через резистор R8. Постоянная времени разряда выбрана таким образом, чтобы даже при максимальной величине Δτ разряд был практически линеен. В этом случае уменьшение напряжения на конденсаторе пропорционально величине передаваемой команды.

В момент пересечения уровня опорного напряжения, практически совпадающего с передним фронтом разностного импульса, на выходе компаратора устанавливается высокий потенциал (рис. 7.31, в), что приводит к отпиранию транзисторов VT4, VT7. По окончании разностного импульса начинается медленный заряд конденсатора через большое сопротивление резисторов R7 и R8. В момент обратного пересечения порогового уровня напряжение на выходе компаратора возвращается к исходному значению, формируя удлиненный импульс (рис. 7.31, в).

Удлиненные импульсы следуют с периодом повторения равным 20 мс, обеспечивая вращение исполнительного двигателя со скоростью, пропорциональной постоянной составляющей этих импульсов. Двигатель поворачивает рулевое устройство и ось потенциометра обратной связи R1 до обращения в нуль разностного импульса. При этом рулевое устройство занимает новое устойчивое положение, пропорциональное углу отклонения ручки управления в передатчике команд.

Стабилизатор напряжения DA1 обеспечивает стабильность временных процессов в одновибраторе и удлинителе импульсов. Конденсаторы С9, С10 снижают уровень помех от коллекторного узла двигателя и предотвращают перегрузки выходных транзисторов от ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке двигателя вследствие питания его импульсным напряжением.


Детали и конструкция

Печатная плата устройства приведена на рис. 7.32. На ней предусмотрены места для конденсаторов С0 и С26, отсутствующих на принципиальной схеме. Необходимость в них может возникнуть при использовании двигателей с сильно искрящим коллектором. Оба конденсатора по 0,1 мкФ. Выходные транзисторы устанавливаются вертикально и радиаторов для охлаждения не требуют.



Рис. 7.32. Печатная плата


Транзисторы КТ814 и КТ815 могут быть заменены КТ816 и КТ817 соответственно. Операционный усилитель К140УДЗ заменяем К140УД2 без ухудшения качества работы. Потенциометр обратной связи должен быть как можно более износоустойчивым. Наилучший тип из отечественных — РП1-46Д, имеющий гарантированную износостойкость 100000 циклов.

Можно обойтись и СПЗ-4М либо СП4-1, имеющими надежность 25000 циклов. Важной характеристикой потенциометра является также величина усилия, требуемого для поворота оси. Чем оно меньше, тем меньшей мощности можно использовать двигатель в рулевой машинке. Выше получается и точность отработки команд.

Времязадающие конденсаторы С2, С5 и С6 должны быть обязательно пленочными, например типа К73-17, остальные — любого типа. Постоянные резисторы — типа MЛT или С2 мощностью 0,125 Вт (R20 и R21 — 0,5 Вт).


Настройка

Для настройки устройства понадобится генератор импульсов положительной полярности амплитудой 2–3 В, длительность которых можно было бы менять в пределах 1–2 мс. Для этой цели можно воспользоваться формирователем команд самой аппаратуры управления.

Канальный импульс подают на вход устройства и контролируют наличие коротких импульсов с выхода дифференцирующей цепи на катоде диода VD1. Двигатель рулевого устройства временно отсоединяют от выходных транзисторов и, поворачивая шестерни редуктора, устанавливают рулевое устройство (например передние колеса автомобиля) в нейтральное положение.

Ось потенциометра R1, связанную с редуктором, устанавливают в среднее положение. Контролируя с помощью осциллографа импульс ждущего мультивибратора отрицательной полярности на выводе 3элемента DD1.1, потенциометром R3 устанавливают ее равной 1,5 мс. Вручную вращая шестерни редуктора, устанавливают последовательно рулевое устройство в крайние положения (ось потенциометра должна быть жестко связана с редуктором). Длительность собственных импульсов мультивибратора должна изменяться на ±0,5 мс.

Если изменение длительности больше указанной величины, необходимо установить рулевое устройство в нейтральное положение и освободить ось потенциометра от механической связь с редуктором. Затем повернуть ее на небольшой угол в направлении, соответствующем перемещению движка потенциометра в сторону заземленного вывода (если диапазон меньше ±0,5 мс, то в обратном направлении). Потенциометром R3 вновь установить исходную длительность 1,5 мс. Закрепив ось потенциометра, заново проверяют изменения длительности в крайних положениях редуктора. Методом последовательных приближений необходимо добиться, чтобы и среднее значение импульса и его отклонения соответствовали стандартным.

Далее настраивается удлинитель импульсов. Подав на вход командный импульс, соответствующий одному из крайних положений ручки управления (например 2 мс), убедиться, что на выводе 10элемента DD1.3 присутствует отрицательный импульс длительностью 0,5 мс (рулевое устройство должно находиться в нейтральном положении). Подключить осциллограф к выводу 13 ОУ и убедиться в наличии на этом выходе удлиненного импульса положительной полярности. Если импульс отсутствует, вращением потенциометра R15 добиться его появления, а затем установить его длительность равной примерно 20 мс.

Подключить исполнительный двигатель и убедиться, что рулевое устройство отслеживает изменения положения ручки управления, расположенной в формирователе команд. Если двигатель отрабатывает в крайнее положение, необходимо поменять местами выводы двигателя. Изменяя в небольших пределах положение оси потенциометра R15 (регулируя, тем самым, коэффициент удлинения), необходимо установить максимальную скорость отработки рулевого устройства, при которой еще отсутствует колебательный процесс на подходе к положению равновесия.

Если рулевое устройство отрабатывает в сторону, противоположную отклонению ручки управления, то необходимо поменять местами как выводы двигателя, так и крайние выводы потенциометра R1. При этом может потребоваться переустановка исходного положения оси потенциометра по вышеоговоренной методике.

Следует отметить, что эффективность работы рулевого устройства существенно зависит от используемого двигателя.

Внимание! Нельзя применять двигатели от детских игрушек — такие двигатели имеют большой ток потребления, сильное трение в подшипниках, большую величину напряжения трогания, сильно искрят и т. п.


Приемлемые результаты получаются с двигателями от аудиоплейеров на 1,5–6 В. Наилучшие же двигатели для рулевых машинок — двигатели с полым ротором серии ДПР, обладающие малой инерционностью и небольшим напряжением трогания.


7.3.3. Третий вариант рулевой машинки


Принципиальная схема

Количество транзисторов в выходном каскаде можно уменьшить, собрав сервоусилитель по схеме, приведенной на рис. 7.33. Элементы C1, R5, R23 и С4, R6, R22 обеспечивают отрицательную обратную связь по скорости, что делает подход рулевого устройства к новому положению равновесия более плавным.



Рис. 7.33. Схема сервоусилителя рулевой машинки. Вариант № 3


Практика показала, что их можно и не устанавливать, если тщательно настроить удлинители импульсов.

Выходной каскад никакой настройки не требует, остальные узлы, а значит и их настройка, полностью совпадают с предыдущим вариантом.


Детали и конструкция

Печатная плата изменяется незначительно, поэтому читателю предлагается развести ее самостоятельно.


7.3.4. Четвертый вариант рулевой машинки

От транзисторов в выходном каскаде можно вовсе отказаться, если в распоряжении имеется специализированная микросхема ВА6218 либо BA6418N. Первая работает в диапазоне напряжений 5—18 В при максимальном токе нагрузки 0,7 А, вторая — в диапазоне 5—15 и токе до 0,5 А. Цоколевка микросхем полностью совпадает. Принципиальная схема сервоусилителя принимает вид, показанный на рис. 7.34, а печатная плата — на рис. 735. Принцип действия и порядок настройки можно найти в предыдущих разделах.



Рис. 7.34. Схема сервоусилителя рулевой машинки. Вариант № 4



Рис. 7.35Печатная плата


7.3.5. Пятый вариант рулевой машинки

Промышленность выпускает мощные сдвоенные операционные усилители КР1040УД2 (импортный аналог L2724) с допустимым током нагрузки до 1 А, что позволяет объединить функции удлинителя импульсов и выходного мостового каскада. Действительно, ведь выходы операционных усилителей выполняются по двухтактным схемам, образуя, фактически, половину моста. Схема принимает вид, изображенный на рис. 7.36. На рис. 7.37 приведена печатная плата.



Рис. 7.36. Схема сервоусилителя рулевой машинки. Вариант № 5



Рис. 7.37Печатная плата


7.3.6. Шестой вариант рулевой машинки

На рис. 7.38 изображена схема сервоусилителя, в которой транзисторы полностью отсутствуют. Ждущий мультивибратор выполнен на одном из триггеров микросхемы DD1. Длительность импульса, формируемого этим устройством, определяется величиной исходного напряжения на конденсаторе С2, которое изменяется при вращении оси потенциометра R2, связанного с рулевым устройством.



Рис. 7.38. Схема сервоусилителя рулевой машинки. Вариант № 6


Печатная плата приведена на рис. 7.39. Перед монтажом микросхемы DD2 на плату со стороны деталей необходимо установить перемычку П1.

Потенциометр R6 после установки требуемой длительности опорных импульсов при установке на плату заменяется постоянным резистором соответствующего номинала.



Рис. 7.39Печатная плата


Ждущий мультивибратор и временной дискриминатор можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 7.40. В качестве DA1 используется КР1006ВИ1 или ее импортный аналог. Выводу 10 DD1 подключается к диоду VD2, а вывод 11 — к диоду VD3. Понятно, что печатную плату придется скорректировать.




Рис. 7.40Вариант схемы ждущего мультивибратора


7.3.7. Седьмой вариант рулевой машинки


Принципиальная схема

Компактная рулевая машинка может получиться на основе схемы регулятора хода, опубликованной в [18]. Принципиальная схема соответствующего сервоусилителя изображена на рис. 7.41.

Ждущий мультивибратор и схема формирования разностных импульсов выполнены на элементах DD1.1—DD1.4. Далее следуют удлинители импульсов на элементах VD1, VD2, R4—R9, С3 и С4. Входы специализированной микросхемы управления двигателями DA1 имеют гистерезис, что очень удобно для реализации удлинителя.



Рис. 7.41Схема сервоусилителя рулевой машинки. Вариант 7


Детали и конструкция

Печатная плата регулятора хода приведена на рис. 7.42. Микросхема ТА7291Р рассчитана на подключение двигателей с максимальным током, не превышающим 1,2 А. Если нет необходимости в такой мощности, можно использовать микросхему меньших габаритов TA7291S с предельным током 0,4 А. Необходимо только учесть, что цоколевки ТА7291Р и TA7291S — различны. Конденсаторы C1, С3 и С4 являются времязадающими и должны быть обязательно пленочными (например К73-17).

Резистор R3 необходимо механически связать с рулевым устройством. Номиналы резисторов R1 и R3 подбираются таким образом, чтобы в среднем положении рулевого устройства длительность импульса ждущего мультивибратора составляла 1,5 мс, а в крайних положениях изменялась бы на ±0,5 мс.



Рис. 7.42Печатная плата


Настройка

Процедура настройки такая же, как и в варианте № 2. На плате предусмотрено место для конденсатора Сбл. Необходимость его установки может возникнуть при использовании относительно мощного двигателя с искрящим коллектором. Признаком этого будет неравномерное, с подергиваниями, движение рулевого устройства. Емкость конденсатора может лежать в диапазоне 0,033—0,1 мкФ.


7.3.8. Восьмой вариант рулевой машинки


Основные положения

Ранее уже упоминалось о том, что в драйверах управления двигателями предусматривается режим эффективного торможения. Для перевода драйвера в этот режим необходимо на оба управляющих входа подавать высокий потенциал. Режим торможения очень полезен в рулевых машинках. Дело в том, что к их работе предъявляются противоречивые требования.

Во-первых, желательно иметь высокую скорость отработки сервопривода, для чего обычно увеличивают коэффициент удлинения импульсов. Во-вторых, подход к новому положению рулевой машинки должен быть плавным, что требует постепенного снижения напряжения, питающего двигатель в процессе отработки команды.

В противном случае возникает колебательный процесс в окрестностях нового положения равновесия. Традиционный способ решения этой задачи заключается в применении скоростной отрицательной обратной связи, как это сделано, например в схеме, изображенной на рис. 7.33.

В остальных вариантах, рассмотренных в книге, просто обеспечивается настройка «компромиссного» коэффициента удлинения разностных импульсов. Это означает, что напряжение питания двигателя в процессе отработки рулевой машинки выбирается таким, при котором колебательный процесс из-за инерционности ротора двигателя еще отсутствует. Но при этом и сама скорость отработки — не максимально возможная.


Принципиальная схема

Принципиальная схема сервопривода, в котором используется режим торможения, приведена на рис. 7.43. Ждущий мультивибратор реализован на элементе DD1.1. Длительность опорного импульса управляется потенциометром R2, механически связанным с редуктором двигателя рулевой машинки.



Рис. 7.43. Принципиальная схема сервоусилителя с использованием режима торможения


Роль временного дискриминатора играет элемент DD2.1. После буферного каскада DD2.2 на выводе 10 выделяются разностные положительные импульсы при любом соотношении длительностей опорного и канального импульсов, кроме ситуации, при которой эти длительности равны.

Элемент DD1.2 определяет знак разности. Если канальный импульс длиннее опорного, то высокий потенциал появляется на выводе 13, при обратной ситуации — на выводе 12. На микросхеме DD3 собран ждущий мультивибратор с перезапуском. Его длительность импульсов выбрана несколько большей, чем период повторения канальных импульсов.

Удлинитель в схеме отсутствует. Схема работает следующим образом. При равенстве длительностей канального и опорного импульсов, что соответствует какому-либо устойчивому положению рулевой машинки, разностные импульсы на входе ждущего мультивибратора DD3 отсутствуют. На его инверсном выходе (вывод 7) присутствует высокий потенциал, который через развязывающие диоды VD1 и VD2 приложен к обоим входам драйвера DA2. Состояние выходов триггера DD1.2 на работу драйвера при этом никак не влияет. Двигатель заторможен.

При поступлении команды на изменение положения рулевого устройства один из импульсов, поступающих на входы временного дискриминатора DD2.1, становится длиннее другого. Какой именно, зависит от направления отклонения рычага управления на пульте передатчика команд. Пусть, для определенности, τкτоп. В этом случае: во-первых, появятся разностные положительные импульсы, поступающие на вход ждущего мультивибратора DD3. С поступлением первого из них мультивибратор начнет формировать собственный импульс. Потенциал на инверсном выходе (вывод 7 DD3) станет равным нулю. Поскольку длительность мультивибратора выбрана больше опорной, то каждый следующий разностный импульс будет его перезапускать, сохраняя низкий потенциал на инверсном выходе.

Во-вторых, появится высокий потенциал на выводе 13 триггера DD1.2. Через диод VD1 он будет воздействовать на вывод 1 драйвера DA2. На втором входе драйвера в это время потенциал нулевой, в чем легко убедиться. К двигателю прикладывается полное напряжение питания, и он вращает рулевое устройство с максимальной скоростью к новому положению равновесия.

Сопротивление потенциометра обратной связи R2 меняется таким образом, что длительность опорного импульса возрастает, уменьшая длительность разностного. Все это будет происходить до тех пор, пока рулевое устройство не займет новое устойчивое положении, и длительности импульсов сравняются.

Запускающие импульсы перестанут поступать на вход ждущего мультивибратора и спустя 21–22 мс на его инверсном выходе установится высокий потенциал, переведя драйвер в режим торможения. За столь небольшое время выходной вал редуктора рулевой машинки провернется на очень малый угол, и потенциометр R2 практически не изменит длительности опорного импульса.

Если команда имеет противоположное значение, то τопτк, и ситуация будет отличаться от описанной только тем, что высокий потенциал теперь появится на выводе 12 DD1.2, и двигатель будет вращаться в противоположном направлении.


Детали и конструкция

Печатная плата этого варианта сервоусилителя приведена на рис. 7.44. Отверстие под десятую ножку DA3 не высверливается.

Времязадающие конденсаторы С1 и С3 должны быть пленочными. Перезапускаемый мультивибратор можно реализовать на импортной микросхеме CD4047, включив ее по типовой схеме. Печатная плата при этом, очевидно, измениться. Поскольку режим торможения существует практически во всех микросхемах управления двигателями постоянного тока, на месте DA2 можно использовать любой драйвер с учетом его стандартной схемы включения и соответствующей переделкой печатной платы.

В справочнике [17] можно отыскать достаточное количество и полных аналогов используемой микросхемы, что позволит использовать предлагаемую печатную плату без переделки.



Рис. 7.44. Печатная плата


Настройка

В процессе настройки подбором положения корпуса потенциометра R2 и величины резистора R1 устанавливают требуемую исходную длительность опорного импульса и диапазон ее перестройки так, как это описано в разделе 7.3.2. Затем подбором величины R3 необходимо установить длительность отрицательных импульсов ждущего мультивибратора на выводе 7 DD3 равной 21–22 мс. Для этой цели временно отключают двигатель от микросхемы драйвера, а на вход устройства подают канальные импульсы при соотношении τоп не равно τк.

Подключив двигатель, проверяют работу схемы в целом. Если наблюдается колебательный процесс при переходе к новому положению равновесия, необходимо добиться его устранения подключая со стороны печатных проводников между выводом 4 DD3 и корпусом конденсатор, емкость которого подбирается опытным путем в диапазоне 1000—15000 пФ. Этот конденсатор должен подавлять короткие импульсы на выходе временного различителя, которые могут появляться вследствие того, что двигатель останавливается не мгновенно.


7.3.9. Девятый вариант рулевой машинки


Принципиальная схема

Если удастся приобрести специализированную микросхему M51660L, то сервоусилитель можно собрать по ее стандартной схеме включения, изображенной на рис. 7.45. На вход необходимо подавать канальные импульсы положительной полярности и амплитудой 4–5 В. Напряжение питания микросхемы 4,8–7 В. Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, не должен превышать 0,8 А.



Рис. 7.45Сервоусилитель на специализированной микросхеме


Детали и конструкция

Печатная плата руленой машинки приведена на рис. 7.46. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить ВС327, отечественными КТ814 или любыми другими, с максимальным током коллектора, превышающим ток, потребляемый двигателем.

Основные характеристики двигателей, которые можно использовать в рулевых машинках и регуляторах хода, приведены в приложении 2.



Рис. 7.46. Печатная плата

 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья