PIC单片机在全回转舵桨控制中的应用
舵机简介及其单片机控制方法
1、概述舵机最早出现在航模运动中。
在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。
举个简单的四通飞机来说，飞机上有以下几个地方需要控制：1.发动机进气量，来控制发动机的拉力（或推力）；2.副翼舵面（安装在飞机机翼后缘），用来控制飞机的横滚运动；3.水平尾舵面，用来控制飞机的俯仰角；4.垂直尾舵面，用来控制飞机的偏航角；遥控器有四个通道，分别对应四个舵机，而舵机又通过连杆等传动元件带动舵面的转动，从而改变飞机的运动状态。
舵机因此得名：控制舵面的伺服电机。
不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等等。
由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。
2、结构和控制一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。
工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号（具体信号待会再讲），控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。
舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。
舵机的基本结构是这样，但实现起来有很多种。
例如电机就有有刷和无刷之分，齿轮有塑料和金属之分，输出轴有滑动和滚动之分，壳体有塑料和铝合金之分，速度有快速和慢速之分，体积有大中小三种之分等等，组合不同，价格也千差万别。
例如，其中小舵机一般称作微舵，同种材料的条件下是中型的一倍多，金属齿轮是塑料齿轮的一倍多。
需要根据需要选用不同类型。
舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。
电源有两种规格，一是4.8V，一是6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线，Futaba的一般为白色，JR的一般为桔黄色。
PLC控制器在变桨控制系统中的应用
电动变桨PLC控制器设计PLC控制器在变桨系统中的应用1、引言功率调节是风力发电机组的关键技术之一。
风力发电机组在超过额定风速（一般为12~16m/s）以后，由于机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出仍保持在额定值附近。
这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机受到的冲击，从而保证风力发电机安全不受损害。
功率调节的方式主要有定桨距失速调节、变桨距角调节和混合调节三种方式。
目前兆瓦级风机普遍采用变桨距角调节方式。
而世界上大型风力发电机组变桨距系统的执行机构主要有两种，液压变桨距执行机构和电动变桨距执行机构。
其中电动变桨距系统的桨距控制通过电动机来实现，结构紧凑、控制灵活、可靠，正越来越受到大多数整机厂家的青睐，市场前景十分广阔。
2、电动变桨距系统2.1电动变桨距概述变桨距就是叶片绕其安装轴旋转，改变叶片的桨距角，以改变叶片的风能捕获能力，从而改变风力发电机的气动特型。
《风力发电机组原理与应用》。
电动变桨是用电动机作为变桨动力，图（1）为电动变桨距执行机构原理图伺服驱动器控制电动机带动减速机的输出轴齿轮旋转, 输出轴齿轮与桨叶根部回转支承的内侧的齿轮啮合，带动桨叶进行变桨。
<浅谈风力发电机组的液压和电动变桨系统>图1 电动变桨距执行机构原理图变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，起动与制动性能好，风能利用系数高，在额定功率点以上输出功率平稳。
所以，大型和特大型风力发电机组多采用变桨距形式。
《风力发电机组原理与应用》变桨距角机组启动时可以对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的启动性能和功率输出特性都有显著改善。
变桨距角调节的风力发电机在阵风时，塔架、叶片、基础受到的冲击，较之失速调节型风力发电机组要小的多，可减少材料，降低整机重量。
它的缺点是需要有一套比较复杂的变桨距调节机构，要求风力机的变桨距角系统对阵风的响应速度足够快，才能减轻由于风的波动引起的功率脉动。
PIC单片机在电机控制系统的综合应用
电 路 相 连 ， 须 光 电 耦 合 器 隔 离 ， 给 应 用 无 带 来 极 大 方 便 ， 另 外 还 可 提 供 ２ ｍＡ ０ 流 ， 可 直 接 驱 动 ＬＣＤ。 的 电
３ ２ 通 信接 口电路 ．
ＲＳ－４ ５ 由 于 使 用 了 差 分 电 平 传 输 信 ８ 号 ，传 输距 离 比 ＲＳ－２ ２更长 ，最 多 可 以 ３ 达 到 ３ ０ ｍ ， 因 此 很 适 合 工 业 环 境 下 的 应 ００ 用 。 本 设 计 采 用 ＲＳ ８ －４ ５通 信 方 式 与 ＰＣ机 实 现 通 信 ，进而 实 现 远 程控 制 。本 系 统利 用 ＲＣ６、ＲＣ７口作 为 串行 接 口。 ３ ３ 键 盘及 显 示 电路 ． ３ ３ １ 键 盘设计 ．． 根 据 设 计 需 求 ，需 启 ／停 、 加 速 、减 速 、设 置 、换 向等 按 键 。可 将 操 作 模 式及 有 关 参 数 存 入 单 片 机 中 。 以 便 下 次 运 用 时 ，直 接调 出该 运 行 模 式 ，减 小 每 次 繁琐
・
应 用技 术 ・
Ｐ Ｃ单 片机在 电机控制 系统的综合应用 Ｉ
王 振 超
（ 南 诚 字 电 子 科 技 有 限 公 司 开 发 部 济
山东济南 ２ ０ ２ ） ５ ０ ２
【 摘 要】 电 机控 制 系统 以内部 资 源丰 富 的 ＰＩ 本 Ｃ单片 机 为核 心 ，通 过 外部 电 位器 或 外部 电 压模 拟 量 、 内部 电位 器 、外 部脉 冲信 号 、
１引言
随 着 机 器 人 技 术 的 发 展 ，各 种 电 力 拖
动 的 应 用 ， 电位 机 信 号 和 电 机 传 感 器 信 号 ， 将 取 来 的 信
要 求 ， 装 置 设 计 中 采 用 ＰＩ Ｆ４ ２ Ｃｌ ８ ５ Ｏ单 片
全回转舵桨电力推进系统的设计
一
本转速 ｌ ， ４ ８ ７ ｒ ｐ ｍ。电动机运行过程 中，如果两轴承端 或电 机转轴与轴承 间有轴 电流存在 ， 将会 缩短 电机轴承使 用寿命 ，
本 文 采 用 自由端 绝 缘 轴 承 ，推 进 电机 与 变 频 柜 之 间 采 用 屏 蔽
电缆 。
并采用 ｄ ｕ ／ ｄ ｔ 滤波器 ， 可降低 电机端子外的 电压上升速 度 ，并且抑制逆变器输 出 电压尖峰 ，这些快速变化 电压和尖 峰会对 电机绝缘造成冲 击。 同时可降低 电机 电缆的容性 漏 电 流、高频辐射和 电机 轴承 电流。
电源 质量 的 影 响 。
吊舱 式 全 回转 电力 推 进 是 在 上世 纪 八 十 年 代 后 期 ， 出于 寻 求船 舶 在 破 冰 条 件 下 运 行 时具 有 更 好 的 机 动 性 和 可 靠 性 需 要而研 制的ｌ １ ≈ 】 。舵 桨 是 一 种 ｚ 型传 动装 置 ， 主 要 功 能 是 将 变
控制 。 关 键 词 ：全 回转 ；电 力推 进 ；谐 波 抑 制
中图 分 类 号 ：Ｕ ６ ６ ４ ． １ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ６ － ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ － ０ １ ２ １ — ０ ３
前 言
（ １ ） 根本上消除 由推进变频器产生的高次谐波对发 电机
摘
要 ：文 中是基于 对船舶 电力推进系统及其变频 调速系统的研究 ，运用 ｐ ｌ ｃ技术设计 的符合实船要 求的全 回转舵
桨 电力推进 系统 。对船舶推进控制子 系统、舵桨控制子系统和 电网谐波 抑制进行研究的基础上 ，详细论述 了系统 的 结构、组成 及控 制功能 。此系统应 用变频传 动、 电机控制 、可编程控制器 、总线通信等技术 ，实现远程控制和就地
基于pic单片机的自动驾驶转向控制系统设计
法进行控制，对控制参数进行了整定。在一定车速和角度范围内，整个转向系统的控制效果比较好。
关键词：ＰＩＣ单片机；转向系统控制；增量式ＰＩＤ控制算法；步进电机
中图分类号：ＴＰ２７３．５
文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—７２４１（２００８）０３—００６２－０４
Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｉ ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ
Ａｕ（ｋ）＝“（七）一Ｕ（七一１）
下
＝Ｋ，｛【Ｐ（．｜｝）一ｅ（ｋ一１）】＋·｝Ｆ（七），
』ｆ
（１）
下
＋｛争【已（七）一２ｅ（ｋ—１）＋ｅ（ｋ一２）】ｌ
』
＝Ｋ。Ａｅ（ｋ）＋Ｋ，Ｐ（露）＋ＫＤ【△Ｐ（七）一Ａｅ（ｋ一１）１
万方数据
工业控制与应用
ｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ⅸ自动化技术与应用》２００８年第２７卷第３期
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＰＩＣ；ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ＰＩＤ；ｃｏｎｔｒｏＵｅｒ；ｓｔｅｐｐｅｒ ｍｏｔｏｒ
１ 引言
近年来，对于智能车辆自动驾驶的研究是一个热 点。智能车辆是依靠自身获得的位置信息或根据外部 环境提供的导航信息，沿预定的路径在无人干预的情况 下，安全可靠地运动到期望目的地的车辆。自主导航与 自动驾驶是智能车辆开发的关键技术…１。自动驾驶控制 包括两个方面的内容，一个是方向控制也叫横向控制， 主要是控制智能车辆前进中的形式方向；另一个是纵向 控制也叫巡航控制，主要控制车速和保持车距。国内在 汽车自动驾驶的研究主要集中在图像识别导引方式上。 自动驾驶控制的实现是其中一个研究的重要内容。本 研究中的自动驾驶系统也是基于视觉导航，采用上一下 位机的方式控制。上位机中央处理器处理由摄像头采 集到的图像信息，由驾驶员模型得出控制参数（方向盘转 角或前轮转角）。下位机一ＰＩＣｌ６Ｆ８７７Ａ单片机接收来 自上位机的命令，由控制器控制转向执行机构使方向盘 转过一定角度，以使车辆按照预定的轨迹行驶。转向执 行机构是由步进电机带动方向盘完成。步进电机数字
PIC单片机在电机控制系统中的综合应用
１ ０ ２ ・
科 技论 坛
Ｐ Ｉ Ｃ单片机在 电机控制系统中的综合应用
杨祥文 于云飞 范清伟 （ 内蒙古霍林河露天煤 业股份有限公 司供 电部 ）
摘 要： 内 部 资源丰富的 Ｐ Ｉ Ｃ单片机作 为本 电机控制 系统为核心 ， 借 由外部电位 器或者外部 电压模拟量 、 外部脉冲信号、 内部 电位器 、 上位机、 键盘模块及精巧 的电机驱动 电路模 块以及 较为精确的霍 尔传感 器来控制 电机 的启动 ／ 停 止、 换 向、 加减速及其定位 ， 经由Ｌ Ｃ Ｄ 显示模 块作 为电机的运行状 态的指示。经实践证 实， 这个设计方案具有合理性 和可行性 ， 并且具有应用场合 多样、 操作 简便 、 成本合算 、 功 能 多元、 功率强劲、 应用灵 活、 高可靠性等诸 多 优 点。正是这些优点使 Ｐ Ｉ Ｃ单片机 可以得到综合利 用。 关键词 ： Ｐ Ｉ Ｃ单 片机 ； Ｌ Ｃ Ｄ； 电机控制 运转角度的有关装置 。 传感器产 生的脉冲信号经过 ７ ４ Ｈ Ｃ １ ４ 两级驱 随着机器人技术 的发展，各种电力拖 动的应用 ，电力 电子 的发 动放大， 送 到单片机 Ｒ Ｂ ６ 、 Ｒ Ｂ ７ 的对应引脚上 ， 利 用单 片机 Ｒ Ｂ口的 展， 电机控制系统也在工业 和人们生活 当中得到广泛的应用， 如 电动 弱上拉功能， 实现单片机对 电机 的实时检测 。 车、 打 印设备 、 机器人 等都用到 电机控制系统， 经 过市场调研发现市 ４ 系统软件设计 ４ ． １主程序。该 系统 的整个 软件设计全部采用模块化程序设计 场上很 多电机控制器， 一些 只有部分功能。 兼 容多种场合应用 、 操作 由系统初始化 、 按键识别 、 显示等模块组成 。 其 中， 系统初始化 、 方便的控制系统 较少 。因此， 研制开发新型 、 综合性 、 多场合兼容 电 思想， 机控制系统有非 常重要意义 。结合生活实际应用 和工作经 验， 设计 按键识别及显示模块在 主程序 中完 成， 而 中断服务完 成 Ｔ ＭＲ Ｏ定 时 ｓ 溢 出中断 、 Ｔ Ｍ Ｒ１ 外 部计数 溢 出中断 、 Ｔ Ｍ Ｒ ３的 １ ｕ ｓ 计 数溢 出中 了一款新型直流 电机控制器 。本控制器是以功能强大 、 价格低廉的 １ 外部脉冲下 降沿捕获中断及 Ａ ／ Ｄ转换中断等 。 Ｐ Ｉ Ｃ 单 片机 为核 心， 以显示键盘， 电机驱动， 传感器， 上位机 串口控制 ， 断、 ４ ． ２系统初始化模块。主程序 中的系统初始化模块 包括对 Ｐ Ｉ Ｃ 外部信 号控制等 电路模块共 同组成。 单 片机 的 Ｃ Ｐ Ｕ系 统时 钟初始 化 、 Ｐ Ｉ Ｃ单 片 机 的 Ｉ ／ ０方 向初 始化 、 ２ 系统总体设计方案 Ｐ Ｉ Ｃ单 片机 处理器经过检测按 键 、 外部 电位器和模 拟量 、 外部 Ｔ ＭＲ Ｏ定时 ／ 计 数器 的初始化 、 Ｔ Ｍ Ｒ１ 定时 ／ 计数器的初始化 、 Ｔ ＭＲ ３ 计数器 的初始化 、 Ｃ Ｃ Ｐ模块 的初 始化 和系统相关变量 的初始 Ｐ ＷＭ信 号、 上位机信号和 电机传感器信号， 将 取来的信号经过处理 定时 ／ 后， 送 到电机驱动 电路模块 进而驱动控制 直流 电机相应 动作， 同时， 化过程 。 ４ ． ３ 电机运转控制模块 。电机运转 控制模块包括 电机 的方 向控 为了让电机平稳的运转， 将电机传感器传输 过来 的信 号经过 Ｐ ｔ Ｄ算 它们 由 Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ和 Ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｐ ＷＭＤ ａ ｔ ａ两个 法和频率同步算法， 计算结果 和检测电机的有关数据送 Ｌ Ｃ Ｄ显示模 制和电机的速度控制， 变量 来控 制 Ｐ Ｉ Ｃ单 片机 的 Ｃ Ｃ Ｐ模 块产 生 不 同 的 Ｐ ＷＭ信 号 送 到 块显示， 让客户较清楚地了解 电机实时情况， 以便相应 的操作。 ７ ４ １ ． ５ ２ ５ ８ 对应 引脚 。 通过 ７ ４ Ｌ Ｓ ７ ５和两个 Ｉ Ｒ ２ １ ０ ４驱 动电机 。Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｐ — ３ 系统硬件设计 Ｄ ａ ｔ ａ是 Ｐ ＷＭ模 块 占空 比的具体 内容， 改变 Ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ Ｐ ＷＭＤ ａ ｔ ａ的值 整个系统由信号处理 电路 、 Ｐ Ｉ Ｃ １ ８ Ｆ 单片机系统 、 直流 电机驱动 ＷＭ 电路和反馈信号检测处理 电路等几部分组成 。 就可以改变 电机的速度 。 ４ ． ４ Ｌ Ｃ Ｄ显示模块 。Ｌ Ｃ Ｄ显示驱动单独做成一个源程序文件和 ３ ． １单 片机系统 。单 片机 系统 主要有 Ｃ Ｐ Ｕ、程序 存储 器 Ｅ — 可方便其他模块调用。在 Ｌ Ｃ Ｄ显示驱动模块 中主要是 Ｌ Ｃ Ｄ Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ、 数据存储器 Ｓ Ｒ Ａ Ｍ、 通信功能 、 多路 Ａ ／ Ｄ 采样 、 Ｃ Ｃ Ｐ ／ Ｐ ＷＭ功 头文件 ， 能、 Ｒ Ｂ弱上拉功能 、 多个定时器 、 外 中断和串行 口通讯等组成 。 为满 初始 化 函数 Ｌ Ｃ Ｄ Ｌ Ｎ Ｉ Ｔ ０ 、 写 指令 函数 Ｌ Ｃ Ｄ ＷＲ Ｃ Ｏ Ｍ０ 、 Ｌ Ｃ Ｄ ＷＲ Ｄ Ａ Ｔ Ａ 足多端 口多功能设计 的要 求， 装置设计 中采用 Ｐ Ｉ Ｃ １ ８ Ｆ ４ ５ ２ ０单 片机。 ０ 、 显示字符 函数 Ｌ Ｃ Ｄ Ｄ Ｉ Ｓ Ｐ ０ 。 ４ ． ５上位机软件。上位机软件用 Ｖ Ｂ编写 ， 主要用来控制电机的 利用 Ｐ Ｉ Ｃ １ ８ Ｆ ４ ５ ２ ０可以减少外围电路， 且其引脚具有 防瞬态能力， 可 换 向、 启动 ／ 停止 、 定位等功能。还可 以实时监控和记 录电机 直接 与控 制电路相连， 无须光 电耦合 器隔离， 给应 用带来极 大方 便， 转速 、 另外还可提供 ２ ０ ｍＡ 的电流， 可直接驱动 Ｌ Ｃ Ｄ。 的状态， 使用户清楚地了解电机和控制 器的实时状况 。人机界 面转 ３ ． ２通信接 口电路。Ｒ Ｓ － － ４ ８ ５ 由于使用 了差分 电平传输信号， 传 速在 １ － ３ ０ ０ ０ Ｒ Ｐ Ｍ可选可写， 正反换 向选 择， 启停 和 ０ － ３ ６ ０度角 度定 则必须事先设定在该模式下， 才可以， 我们 输距 离 比 Ｒ Ｓ 一 ２ ３ ２更长， 最多可 以达 到 ３ ０ ０ ０ ｍ， 因此很适 合工业环 位选写。若选定远程控制， 选择用 Ｒ Ｂ ３口作为启动远程控制选择端， 低 电平有效。 境下的应用。 本设计采用 Ｒ Ｓ － － ４ ８ ５通信方式与 Ｐ ｃ 机实现通信， 进而 实现远程控制。本系统利用 Ｒ Ｃ ６ 、 Ｒ Ｃ ７口作 为串行接 口。 ５ 结 论 这种系统的设计有很 多的优点 ，可 以适应 多种的应用场合 ， 既 ３ ． ３键盘及显示电路。３ ． ３ ． １键盘设计 。根据设计需求，需启 ／ 它还具有操作简单快捷的 停、 加速 、 减速、 设 置、 换向等按键 。 可将操作模式及有关参数存 入单 可 以现场操作使用又可以实现远程操作 ， 片机 中。以便下次运用时， 直接调出该运行模式， 减小每次繁琐操作。 特点 ； 另外 ， 这个 系统既可选用外部的信号源也 可以选择 内部 的电 客户具有很大的选择空间 ； 既可以用 Ｌ Ｃ Ｄ显示 ３ ． ３ ． ２显示 电路。 在本设计 中， 显示 的主要是参数（ 占空 比， 转速， 方 向） ， 位器和 内部的按键 ； 这个控制器集 选用 １ ６ ＂ ２的 Ｔ Ｓ １ ６ ２ ０ 显示屏， 它成本低 ， 显示较完整。显示 电路 的设 设备的有关数据也可 以使 用电脑监控使人一 目了然 。 Ｉ Ｃ １ ８ Ｆ ４ ５ ２ ０单片机 的内 计采 用单 片机 Ｒ Ｄ ０ 一 Ｒ Ｄ ７口作 为并行 口与 Ｔ Ｓ １ ６ ２ ０的 Ｄ Ｂ Ｏ — Ｄ Ｂ ７相 成 了市面上 多种 电机控制系统的优势 ，对 Ｐ 部资源做 到了充分利用 ， 例如 Ａ Ｄ模块 ， Ｒ Ｂ上拉多种功 能 ， 利 用 了 连接， 将Ｒ Ｅ ０ 一 Ｒ Ｅ ２口分别与 Ｒ ｓ 、 Ｒ Ｗ、 Ｅ Ｎ相连 。 ３ ． ４ Ａ Ｄ转换电路模块 。由于 Ｐ Ｉ Ｃ １ ８ Ｆ ４ ５ ２ ０ 单片机本身带有 Ａ Ｄ 多个定时器 ， 多个 中断 ， 以及 Ｃ Ｃ Ｐ 等功能 。并且巧妙 的利 用巧妙设 转换接 口， 所 以不用外加 Ａ Ｄ转换芯片， 这样就减化 了外部 电路 。该 计代替 复杂设计 ， 还有 易于修改 的特点 ， 这些特性 使得产 品的开发 转换 电路模块 用 Ｐ Ｉ Ｃ单 片机 的 Ａ Ｎ Ｏ 、 Ａ Ｎ １ 和Ａ Ｎ ３ 三个 Ａ Ｄ转换 接 成本得到节约以及很好的保密性 。 １ ２ １ 分别作为调速电位器 、 延 时坡度电位器和最大 限流电位器接 口。 参考文献 １ １ 李学海． Ｐ Ｉ Ｃ单 片机应 用教程（ 基础篇） 【 Ｍ 】 ． 北京： 北京航 空航天 大学 ３ ． ５ 外 部 脉 冲 信 号 模 块 。该 系 统 充 分 利 用 Ｐ Ｉ Ｃ １ ８ Ｆ ４ ５ ２ ０的 『
PIc单片机直流电机控制器的设计和应用
三 、基 于 Ｐ Ｉ Ｃ 单 片机 技术 的直 流 电机 控 制器 设 计与 应用 （ 一） Ｐ Ｉ ｃ 单 片 机 直 流 电 机 控 制 器 系 统 结 构 介绍 在 直流 电机 多速 控 制 器 系 统 中 ，Ｐ Ｉ ｃ 单 片 机 扮 演 的 是 整 个 系 统 控 制 核 心 的 角 色 ，利 用 键 盘 对 每 一 段 的 运 行 参 数 ，诸 如 键 盘 输 入 电 路 、 电源 电路 、基 准 电压 电路 、Ｄ ／ Ａ 转 换 电路 、 显 示 电 路 等进 行 设 计 ，此 次研 究 中使 用 数字 Ｍ Ｒ 编码 器 ， 型 号 为 Ｌ，分 辨 率 为 １ ０ ２ ４。 由于 在 实 际 运行 中 单片机Ｉ ／ ｏ口 的 限 制 ， 额 外 增 加 了 外 围 硬 件 确保 对 于 运 行过 程 中 的段 位进 行 显示 ， 同时在 设定 时 间 、转速 以及 实 际测 量转 速 上 做 到有 效 的干 预 。该 系 统运 用Ｒ Ｓ 一 ２ ３ ２ 串 行 通 信 ，波 特 率 设 定 在 １ ９ ２ ０ ０ ０ ｂ ｐ ｓ ，系 统 的 构 成 方 式 为４ ＊ ４ 行 列 式 键盘 ，其 中包 括 数 字键 为０ ～９ 、设置 键 、确认 键等 等 。 （ 二） 基 于Ｐ Ｉ Ｃ 单 片 机 技 术 的直 流 电机 控 制器 的实 际应 用
…
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…
一
皇 蕉 一 一 －
ＰＩ Ｃ革 片 讥 直 琉 电 讥 控 ｛ ｝ ； ｊ 器 的 设 计 和 应 用
浙江一舟 电子科技 股份 有限公 司 赵 晓青
【 摘 要 】本 文 旨在 于 通过 对 现 实 应 用 效 果 的分 析 ， 向广 大 读 者传 递 出Ｐ Ｉ Ｃ单 片 机 直 流 电 机 控 制 器 不 仅 仅 能 够 满 足 应 能 指 标 的 设 计 要 求 ，更 可 以顺 利 实现 高精 度 多速
船舶全回转舵桨推进系统的工作原理及应用
船舶全回转舵桨推进系统的工作原理及应用作者：陶如豪来源：《中国水运》2021年第11期摘要：船舶全回转舵桨推进系统是用于推进和操纵船舶的主要控制系统。
随着发展这项技术在船舶操纵控制领域运用越来越广泛。
本文根据目前船舶全回转舵桨推进系统的技术发展情况，介绍了全回转舵桨船舶推进系统的工作原理，主要特点以及优缺点。
关键词：船舶;全回转舵桨;工作原理;优缺点中图分类号：U66 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）11-0086-02船舶传统推进方式主要是通过主机、齿轮箱、尾轴向螺旋桨输出推进动力，推动船舶航行;通过齿轮箱来实现换向功能;通过舵系来实现控制船舶的航向。
在八十年代出现了一种全新船舶推进系统，这就是船舶全回转舵桨推进系统又称为全回转舵桨推进器或“Z形推进器”它集推进和转舵功能于一体，完全可以替代由船舶主机、齿轮箱和尾轴、螺旋桨等组合的传统船舶推进方式。
从而彻底改变了传统船舶操纵方式。
全回转舵桨推进系统的出现是船舶推进方式的一次革命。
经过二十多年的发展和应用，船舶全回转舵桨推进系统相关技术已经非常成熟了，并且在各种类型的船舶上得了的广泛应用，引起世界各国船舶行业的极大关注。
1 全回转舵桨船舶推进系统的工作原理船舶全回转舵桨推进系统又称“Z形推进器”。
因其吊舱内的轴系布置方式呈Z字形而得名。
全回转舵桨推进器是固定在船体水下，船舶螺旋桨的相关传动系统是布置在吊舱之内，它由电力或机械动力驱动。
该推进器是集船舶推进和船舶操控两种功能于一体。
可以通过吊舱内伞形齿轮装置、蜗轮蜗杆装置传动，使船舶螺旋桨围绕吊舱内竖轴作360°转动，该种推进器可以根据船舶位置变化随意变换推力的方向，可实现向任意方向推进。
也可实现船舶原地掉头，进退灵活自如。
船舶的机动性能和操纵性能都得到极大改善。
可完全实现同时操纵推进船舶的功能。
船舶全回转舵桨推进系统工作原理是船舶通过主机或电动机等输出功率通过吊舱顶部横向一级伞齿轮传动至竖轴，竖轴将输出功率传输至吊舱底部横向二级伞齿轮通过齿轮上的横轴传递给螺旋桨，最终形成一个Z字形传动系统。
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出指 示信 号 。
图２
图 ３
２电位 器 的选 用
选用精密导电薄膜旋转电位 器作 为控制和反馈传感器 ， 由于全 回转舵桨 ３ ０ 死区连续 回转 ， ６匠 而一般的旋转 电位器 都有死 区 ， 因此选用双联 同轴电位器 ， 上下联错开精确 的 角 度， 互相覆 盖死区 ， 上下联 的输 入信 号通 过软件计算 为连续
型 负 载
轮上 目前应用的 ＰＣ单片机实现全回转舵桨随动控制 系统 。 Ｉ
Ｐ Ｃ 单 片 机 的特 Байду номын сангаас Ｉ
ＰＣ单 片机是美 国 Ｍｉｒｃ ｉ 司推 出的 ８位高性能嵌 Ｉ ｃｏ ｈｐ公 八式微 控制器 ， 它具 有高速度 、 工作 电压 、 低 低功 耗 、 大驱 强
随动控 制系统 的组成
的角度 ， 实现无死区的控制。 ３隔离驱动电路 由于 电磁 阀属于 电感性负载 ， 为避 免其干扰 ， 实际控 在
本 文介绍 的采用单 片机 ＰＣｌ Ｆ ７ Ａ实现 的全 回转 舵 ｌ ６ ８３ 桨 随动 控制 系统 ， 其单片机功能强大 。 使得 电路设计简单 、 成 本低 。从 Ｏ ４年 、５年新建造出厂的二艘渡轮营运实践来看 ， Ｏ 其抗 干扰能力强 、 控制 更加可靠 ， 也值 得在老全 回转舵桨 的
维普资讯
在回舵控中应 全转桨制的用
摘 要 ： 分 析单 片机 的 特 点开 始 ， 从 介绍 目前应 用 的一 种抗 干扰
能力强、 控制更加可靠的全回转舵桨随动控制系统。 关键字 ： 随动控制 全 回转舵桨 舵角 单片机
郭 顺华
全 回转舵桨装置是一种新型的船舶推进装 置 ， 它以桨舵 合 一的方式代替传统 的桨舵推进方式 ， 推进螺旋桨 随舵桨 本 体可 以在 ３ ０度的范围内任意回转 ， ６ 通过控制推进 螺旋桨 的 各个 回转角度 ， 以提 供全方位 的推力 ， 可 使船舶 操纵更加 灵 活； 因此对全 回转舵桨最主要的控制就是 回转 角度—— 舵角 的控 制 ， 船舶 驾驶人 员要对舵 角实现随心所 欲的 控制 ， 控 该 制系统简称为随动控 制系统 。 早期的全 回转舵桨 随动 控制 系统一般 都是通 过 自整角 机 来实现的 ， 属于模拟 控制方式。近年来 ， 随着 电子技术的飞
构驱动舵桨回转。
现象， 旋转电位器在最 大输 出电压进 入死 区时， 由于 电压 突 变， 会输出干扰信号 ， 必须采用软件滤波技术 ， 防止 出现误动
作。 在 实际使 用 中， 舵桨 的控 制采用 走近 路 的方式 ， 反馈 电
位器 的角度 Ｗ２总是 以最近 的方式接近控 制电位器 Ｗ１（ 即
系 统 原理 框 图 如 图 １ ：
图 １
动能 力、 低价 格和 Ｏ Ｔ技 术等 ， Ｐ 抗干扰 能 力强 ， 有极 高的 具
性价 比， 它代表 了单片机工业的新趋势。 ＰＣ系列单 片机分 基本级 、 Ｉ 中级 、 高级 三个级别 ， 本控制
该系统是带有反馈 装置 的闭环控 制系统 ， 制电位 器安 控
跃 发展 ，采用微控 制器 的数 字化控 制技术被越 来越广 泛应 用， 逐渐取代 了原来的模拟 控制方式 。在本文 中介 绍～种渡
系统 中， 在满足舵 角控制精度 的前提 下 ， 采用具有 １ ４位地址 宽度 的中档型 ＰＣ１ Ｆ ７ Ａ单片机。 Ｉ ６８３ ＰＣ１ Ｆ ７ Ａ单 片机 具 有 强大 的 功能 ，内部 有 １ Ｉ ６８３ Ｏ位 ＡＤ １ 位 Ｆ ｓ Ｉ 、４ ｌ ｈ程序存储器、 位 Ｅ Ｐ ＯＭ数据存储器、 ａ ８ ２Ｒ 捕
控制上进行改造应用。
制中采用光耦和大 功率 固态继电器进 行隔离放大驱动。在 图 ２中， 转舵控制信 号由单片机 的 Ｒ Ｃ６和 Ｒ Ｃ７口输出 ， 经光 电 耦合器 Ｕ ４和 Ｕ ５隔离后 ， 送入固态继 电器 Ｋ １和 Ｋ ， ２ 由固态
继电器直接驱动电磁 阀。
软 件 设 计
系统软件可在 Ｃ语言环境下完成 ， 程序 中最关键 的是对 双联电位器实现 ３ ０ 死区的数据计算 ， ６匠 使用中必须对其上 下联锚开精确的角度 ，否则会出现有一联舵角计算不准确 ， 使控制 角度 出现偏差 ， 并且在 上下联衔 接点有可 能出现震荡
电位 器数 据采 集
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ＡＤ转换 。比较 出电位器 Ｗ１ Ｗ２的角度偏差 ，由单片机 Ｉ 和
捉输入、 比较输 出 、ＷＭ 输 出 、 Ｐ 内置 ＷＤ 、 步串行 通信 、 Ｔ异
Ｌ Ｄ驱动等 ， 以大大减少外围器件 ， 电路设计更加简单 、 Ｃ 可 使 可靠 ， 又节省 电路空间和使用成本 。该单 片机具 有强 大的驱 动能力 ， 引脚可吸入或提供电流高达 ２ ｍ ， 以直接驱动小 ５ Ａ可
小 于 侣 Ｏ度 ） 。
软件流程设计如 图 ３ ：
控 制 与 驱 动 电路 设 计
１ＰＣ１ Ｆ ７ Ａ控制电路 ．Ｉ ６ ８ ３ 图 ２所示是 ＰＣ１ Ｆ ７ Ａ 的控制与 驱动 电路 。 电位 器 Ｉ ６８３ 的输 出信 号 电压 Ｓ ～Ｓ １ ４经 过低通 滤波后 ，送入单 片机 的 Ｒ Ｏ Ａ 、Ｒ ２ Ａ Ａ 、Ｒ １ Ａ 、Ｒ ５口 ，在单 片机 内进 行 数 据 采样 ，
５ ＣＷ Ｔ ２ ０ ． ６ ０ ６ ６
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装在 由驾驶人员操纵的手柄上 ， 角反 馈电位器 安装在全 回 舵
转舵桨上 ， 与舵桨本体 同步 回转 。控制 电压 和反馈电压经滤 波处理后送入单 片机 ．在单 片机 内进 行 ＡＤ转换和 角度运 ／ 算， 然后由单 片机输 出左转或右转 （ 即左舵和右舵 ） 的控制信 号， 经过 隔离驱动 电路 ， 控制液压 电磁 阀， 最终 由液压 执行机