簡(jiǎn)化電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的光電定位控制電路

作者：時(shí)間：2004-12-30 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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　　用來(lái)實(shí)現(xiàn)定位控制的光電技術(shù)可提供一種用固定標(biāo)志點(diǎn)結(jié)合線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可重復(fù)運(yùn)動(dòng)的方法，這種方法既花錢不多，又便于設(shè)計(jì)。圖 1 所示的簡(jiǎn)單而又基本的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)順序位置控制，它利用了與一對(duì)光電管并聯(lián)工作的一個(gè)功率運(yùn)放的快速響應(yīng)時(shí)間。由此實(shí)現(xiàn)的一種元件數(shù)量很少的系統(tǒng)，能在明確規(guī)定的工作環(huán)境下，具有很高的可靠性、準(zhǔn)確性以及可重復(fù)性。圖 1 所示電路使用一個(gè)功率運(yùn)放將一對(duì)光電管的差分輸出組合起來(lái)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)向適當(dāng)?shù)姆较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光電管電流相等，由此實(shí)現(xiàn)順序位置控制。當(dāng)你一瞬間將一個(gè)固定輸入電流切換到放大器的輸入端時(shí)，使放大器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按所需方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)使電動(dòng)機(jī)在兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)未達(dá)到標(biāo)志點(diǎn)而輸入電流被切斷時(shí)，CF上的電荷繼續(xù)為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。
　　為確保電動(dòng)機(jī)向所要求方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光電管被照亮?xí)r，電動(dòng)機(jī)就接收到該光電管輸出產(chǎn)生的增力。當(dāng)?shù)诙€(gè)光電管被照亮?xí)r，其電流使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，從而系統(tǒng)鎖定在標(biāo)志點(diǎn)處。使用差分配置可消除由于光電器件的溫度不穩(wěn)性和時(shí)間不穩(wěn)定性所造成的誤差。整個(gè)系統(tǒng)使用一個(gè)簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)（如圖 1 所示）來(lái)產(chǎn)生正向和反向兩種轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電動(dòng)機(jī)響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)慣性在不同的應(yīng)用場(chǎng)合相差很大，你可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選擇CF和RF來(lái)實(shí)現(xiàn)合適的阻尼。CF必須足夠小，以使電動(dòng)機(jī)在標(biāo)志點(diǎn)通過(guò)第二個(gè)光電管之前實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，否則，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)。如果CF的值過(guò)小，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)沖或振蕩，導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)故障，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。

圖1，光電電路采用一個(gè)功率運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)順序位置控制。

　　為將過(guò)沖減到最低程度，圖1中的RF1和 RF2將控制環(huán)路穩(wěn)定在增益為1的點(diǎn)。你也可以施加一個(gè)制動(dòng)力來(lái)縮短響應(yīng)時(shí)間，方法是用RL和CL建立一個(gè)超前網(wǎng)絡(luò)，使放大器根據(jù)傳感器輸出的變化來(lái)修正電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。圖1中的電動(dòng)機(jī)具有14V的 EMF（電動(dòng)勢(shì)），并能在反轉(zhuǎn)時(shí)在導(dǎo)通輸出晶體管上加上 46V 的電壓。這時(shí)的功耗是最壞情況下的功耗，你必須對(duì)照 SOA（安全工作區(qū)）核查這一功耗。圖2示出了光束傳感器的最佳校準(zhǔn)情況。你只要將光束對(duì)準(zhǔn)每個(gè)光電二極管的工作區(qū)，就可實(shí)現(xiàn)最佳的校準(zhǔn)。光束必須照射到每個(gè)光電二極管光敏區(qū)的一半。當(dāng)確定“孔”的大小時(shí)，要考慮光束位置與光電二極管之間的距離。如果光束過(guò)大，傳感器在定位范圍內(nèi)不產(chǎn)生任何變化。光束太小則會(huì)在光電敏感區(qū)之間沿中心線產(chǎn)生一個(gè)非線性傳送函數(shù)。這種非線性使人們難以選擇電路阻尼電容器值CF的電容值，而且要求使用亮度更高的光源。

圖2，在光束-傳感器最佳對(duì)準(zhǔn)的情況下，光束照射到每個(gè)二極管光敏區(qū)的一半。

　　圖3顯示了在不使用數(shù)模變換的情況下，如何將一個(gè)非雙極信號(hào)用于集成有數(shù)字控制的系統(tǒng)。當(dāng)邏輯線路為低電平時(shí)，信號(hào)二極管不導(dǎo)通。這一條件允許光電二極管對(duì)電路進(jìn)行控制。Line2上的高電平使電流流入求和點(diǎn)，并使放大器擺動(dòng)到負(fù)電平。Line1上的高電平使求和點(diǎn)電平高于地電平，并使放大器擺動(dòng)到正電平。只要選擇一個(gè)能使邏輯電平高得足以由每個(gè)光電二極管提供至少2倍的最大電流的電阻值，該電路就可保持對(duì)系統(tǒng)的控制，而不管光電二極管的信號(hào)如何。