套筒式加壓機構電機控制部分研究

于 慶 陳倩男

（齊齊哈爾工程學院， 黑龍江 齊齊哈爾 161005）

套筒式加壓機構電機控制部分研究

于 慶 陳倩男

（齊齊哈爾工程學院， 黑龍江 齊齊哈爾 161005）

套筒式加壓機構是血壓監測系統中的關鍵部件，其工作原理是利用兩個螺旋傳動控制機構的舉升過程，進而實現加壓功能。本文主要對套筒式加壓機構電機的性能和特點進行了研究，并對JR NES-703型號舵機的改裝與測試及測試結果進行了分析，性能檢測結果表明該機構轉動靈活，行程準確，達到了預期的設計目的。

套筒式加壓機構，伺服電機，性能測試

套筒式加壓方式大體分為偏心輪、連桿機構、電機帶動蝸輪齒條、伸縮滑軌、螺旋傳動等幾種，經過比較，本文螺旋傳動加壓方式，該方式既能滿足整體尺寸小，結構簡單，易于精確控制，還帶自鎖能力，又能節約成本，滿足各項要求。套筒式加壓機構的電機控制部分的電機采用的是用于收放航模起落架的電機，由于該電機控制方式可借鑒的資料很少，所以本文的主要內容為熟悉電機的控制方式，改裝與測試電機及對電機控制進行初步設計。

1 套筒式加壓機構的工作原理

伺服電機是整個系統的動力源，它通過齒輪傳動將動力傳遞到提升裝置即套筒式加壓機構。套筒式加壓機構的上升，壓迫傳感器檢測裝置上的氣囊，使其體積變小，壓強變大，進而迫使血管體積變化，這種變化能被傳感器檢測裝置中紅外傳感器捕捉到，經過處理的信號再被反饋給電機以控制電機下一步動作，同時信號將被記錄下來。根據容積振動法原理，利用數據處理和濾波電路，經過分析、濾波，即可測得較準確的血壓值。完成一個血壓測量后，電機會自動反轉，使整個機構回到初始位置，為下一次測量做好準備。

2 電機控制方式

（1）電機類型選擇 電機是整個機構的動力部件，性能能否滿足要求，直接影響整個裝置的功能能否實現，根據該裝置的特點和要求選直流電機。

由于該裝置最終的安放位置在座便器的側壁內，因此尺寸不能太大，基本尺寸要求L×W×H=110×80×50，長度單位mm。除去套筒式伸縮機構的位置，能留下安放電機的空間非常有限。又電機的速度控制應滿足在測血壓時滿足血壓的檢測值是線性上升的，這就要求電機應有很好的力矩特性和可控制性，并且為了控制的精確最好有反饋環節。根據以上分析，應選用伺服電機。

（2）伺服機的構造 伺服機工作原理是由接收機發出訊號給伺服機，經由電路板上的IC判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，通過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。

（3）舵機工作原理 舵機是一種位置伺服的驅動器，它接收一定的控制信號，輸出一定的角度。以日本FUTABA—S3003型舵機為例進行說明，控制信號由接收機的通道進入信號調制芯片，獲得直流偏置電壓。它內部有一個基準電路，產生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動芯片決定電機的正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯減速齒輪帶動電位器旋轉，直到電壓差為0，電機停止轉動。舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。

（4）舵機控制方法 標準的舵機有三條導線，分別是：電源線、地線、控制線。電源線和地線用于提供舵機內部的直流電機和控制線路所需的能源，電壓通常介于4V-6V之間，一般取5V。注意給舵機供電的電源應能提供足夠的功率。控制線輸入的是一個寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期是20ms（即頻率為50Hz）。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉軸的角度發生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比關系。

3 JR NES-703型號舵機的改裝與測試

（1）舵機改裝過程

NES-703舵機改裝過程為：

a、拆開電機，在齒輪減速器上，有個限制齒輪轉動角度的限位部件，將其去除，即可。

b、與輸出軸相連的齒輪和電位器之間是鍵連接，將這個鍵去掉，并把它的阻值設在一個合適的值內。

這就完成了一個電機的改裝。這樣改裝的作用是，第一步使齒輪在結構上能實現連續轉動；第二步通過去除連接鍵，從電路結構上實現能連續轉動，判斷正反轉。改裝后應達到的要求：能實現連續轉動，并明確能控制其正反轉的脈沖寬度，便于為下一步電機控制電路的設計做好準備。

（2）舵機測試過程

對改裝后的電機進行測試，測試電路示意圖如圖4—1所示：

圖4 —1 測試電機示意圖

穩壓直流電源為舵機內部的直流電機和控制線路提供所需的能源，為防止電機燒毀，取電機的測試電壓4.8V。

函數脈沖功率發生器為電機提供50Hz的方波脈沖，模擬控制信號，并且脈沖寬度可以在0～20ms內調節。

（1）在頻率為5 0 H z，脈寬在0.5～2ms內測試電機，此時電位器在中間位置。測試結果：每調節一次脈寬，在這個脈寬時，反復幾次斷開后再接通這個信號，電機反映：時轉時不轉，而且電機只朝順時針方向轉動。

（2）測試結果分析

沒有完全達到改裝的要求。從以上測試結果中可以看出，電機經過改裝后，已經從只能轉動一定角度變為了能連續滿圈轉動的電機，但還應看到該電機的控制方式還不明確，未能實現控制其正反轉的功能。要想明確其控制方式，還需改變思路，采用其它測量方法，進行測試，但由于時間的限制，這步工作現在尚未完成，正在進行中。

結論

套筒式加壓機構主要安放在較小的空間內, 所以加壓機構要求體積小、行程大、運轉靈活，加壓時傳感器位置穩定。本文主要對套筒式加壓機構電機的控制部分進行了研究，電機控制部分主要研究了伺服電機的性能和特點，并對JR NES-703型號舵機的改裝與測試及測試結果進行了分析。通過檢測表明套筒式加壓機構能實現連續轉動靈活，行程準確，從而達到了預期的設計目的。

[1] 李超棠．螺旋加壓機構在全自動推拉氣密門中的設計總結[J]．裝備制造技術．2008．

[2] 畢曄．飛航導彈舵機數字化伺服控制系統的設計與開發[D]．電子科技大學碩士學位論文．2012．