脈波寬度調變馬達

本系統是以機械式做掃描，由馬達轉動整個系統掃描一個可調的範圍，整個 掃描控制將由電腦透過 Lab View 來控制介面卡，其中包含各項輸入和輸出都是 由此完成，而詳細的控制與程式流程本文將在下一小節介紹，本節的重點則是介 紹使用的馬達原理。

目前有大功率電晶體脈寬調整驅動系統和可控系直流調控驅動系統兩種方 式。可控矽直流方式(SCR)驅動方式，主要通過調節觸發裝置來控制 SCR 的導通 角來移動觸發脈衝的相位，從而改變整流電壓的大小。由於電晶體的開關回應特 性較 SCR 好，因此選擇使用電晶體脈衝調整其伺服驅動性較好。

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使用的馬達是”Futaba S3003”，是一顆脈波寬度調變馬達(Pulse width modulation) 。

現在來詳細介紹前面提到的脈波寬度調變[12](Pulse Width Modulation, PWM)信號乃是調變方波的工作週期(duty cycle)的一種連續不對稱之方波訊號，

根據系統馬達欲將轉動的角度需要來調整工作週期的大小，來控制馬達的轉動。

直流馬達中，其控制系統設計上為了減少馬達繞線電流及降低功率消耗等目的，

常常使用脈波寬度調變訊號(PWM)的方式來控制功率元件的開關動作時間，使用 的就是藉由改變輸出脈波寬度或頻率來改變馬達的轉速或轉向，每顆馬達的參數 皆有出入，將視馬達實際量測結果為主。

(a) (b)

(c) (d)

圖 3-4 方波調變圖示意圖 其振幅為 5 伏特，頻率為 5GHz，工作週期(a)20%；

(b)40%；(c)60%；(d)80% 之脈波寬度調變方波

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圖 3-5 伺服馬達之脈衝寬與旋轉角度對應圖

由上圖可以了解馬達的特性，當工作週期每增加 2%時，馬達會轉動約 45 度。另有一說：前面提到馬達可以視為一個低通濾波器，以平均電壓的概念了解 這顆馬達，輸入訊號提給他的工作週期上上，代表平均電壓上升，也可以視為是 一個另類的壓控元件。

承上，若馬達想從 0 度旋轉至 180 度，程式必須要連續輸出工作週期從 10%

到 1.5%的方波，在程式中將工作週期設為一個變數，透過一個簡單的迴圈(for loop)做反線性轉換即可，詳細程式流程本文將在下一個章節討論。

最後就是要平衡馬達的扭力與結構重心偏高的問題，如前頁照片下半部所示，

使用大片的木板來穩定整體系統，使之轉動時不會有太大的問題。

25 制程式，” Lab VIEW ” (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)由美 國國家儀器公司開發，於 1986 年所發產出的一套繪圖程式語言，以圖形方式編 輯程式，應用的範圍很廣包含擷取資料並處理訊號、儀器控制、進行測試與檢驗 系統的自動化、嵌入式監控、教學研究……等方面，它的好處在於自動化的控制、

資料擷取、訊號分析、數據儲存大大提高了工作效率並且減低了實驗誤差、提升 實驗的重複性和精準度[13]。