第3章 步进电动机的控制-234幻灯片.pptVIP

第3章 步进电动机的控制 步进电动机开环系统结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低。适用于经济型数控机床和现有机床的数控化改造，且在中、小型机床和速度、精度要求不是很高的场合得到了广泛的应用。 步进电机开环控制系统主要由步进控制器、功率放大器及步进电机组成。 步进控制器是由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正、反转控制门等组成。 典型步进电机控制系统如图3-19所示。这种控制方式中，由于步进控制器线路复杂、成本高，因而限制了它的使用。 随着电子技术的发展，除功率驱动电路之外，其它硬件电路均可由软件实现。采用计算机控制系统，由软件代替步进控制器，不仅简化了线路，降低了成本而且可靠性也大为提高，同时，根据系统的需要可灵活改变步进电机的控制方案，使用起来很方便。典型的微型机控制步进电机系统原理图如图3-20所示。 使用微型机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。 用微型计算机系统的多个端口直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。 系统实现脉冲分配功能的方法有两种：一种是纯软件方法，即完全用软件来实现相序的分配，直接输出各相导通或截止的信号；另一种是软、硬件相结合的方法，有专门设计的一种编程器接口，计算机向接口输入简单形式的代码数据，而接口输出的是步进电动机各相导通或截止的信号。并行控制方案的示意图如图3-22所示。 步进电动机的速度控制是通过控制单片机发出的步进脉冲频率（或周期）来实现： 软脉冲分配方式：可以采用调整两个步进控制字之间的时间间隔来实现调速； 硬脉冲分配方式：可以控制步进脉冲的频率来实现调速。 系统可用两种方法来确定步进脉冲的周期： 一种是软件延时:软件延时的方法是通过调用延时子程序的方法来实现的，它占用大量CPU时间，因此没有实用价值。 另一种是通过定时器中断的方法:定时器方法是通过设置定时时间常数的方法来实现的。当定时时间到而使定时器产生溢出时发生中断，在中断子程序中进行改变P1.0电平状态的操作，改变定时常数，就可改变方波的频率，得到一个给定频率的方波输出，从而实现调速。 在开环步进电动机系统中：电动机的输出转矩在很大程度上取决于驱动电源和控制方式。对于不同的步进电动机或同一种步进电动机而不同负载，励磁电流和失调角发生改变，输出转矩都会随之发生改变，很难找到通用的控速规律，因此，也很难提高步进电机的技术指标。 闭环系统是直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当处理自动给出驱动脉冲串。因此采用闭环控制可以获得更精确的位置控制和更高、更平稳的转速，从而提高步进电动机的性能指标。 步进电动机的输出转矩是励磁电流和失调角的函数。为了获得较高的输出转矩，必须考虑到电流的变化和失调角的大小，这也只有通过闭环结构来实现。 步进电动机的闭环控制有不同的方案，主要有核步法，延迟时间法，用位置传感器的闭环系统等； 例如采用光电脉冲编码器作为位置检测元件，闭环控制原理框图如图所示。其中编码器的分辨力必须与步进电动机的步矩角相匹配。 开始工作，先把目标位置送入减法计数器；然后，“起动”脉冲信号加到控制单元上，控制单元在“起动”脉冲的作用下，立即把步进命令送入环形分配器，使励磁变化一次，后续的脉冲则由编码器装置产生。编码器每产生一个脉冲，就对法计数器减1，因而，减法计数器记录的是实际的转子位置。当减法计数器的计数减至零时，发出一个停止信号到控制单元，禁止以后的步进命令，系统停止工作。 第3章 步进电动机的控制 一、步进电动机的最佳点-位控制 系统运行起来之后，如果到达终点时突然停发脉冲串令其立即停止，则因为系统的惯性原因，发生冲过终点的现象，使点-位控制精度发生偏差。因此在点-位控制过程中，运行速度都需要有一个加速-恒速-减速-（低恒速）-停止的过程，如图3-24所示。 升速规律一般可有两种选择：一是按直线规律升速，二是按指数规律升速。按直线规律升速时加速度为恒值，因此要求步进电动机产生的转矩为恒值。 用微机对步进电动机进行加减速控制，实际上就是改变输出步进脉冲的时间间隔。微机常用定时器中断的方式来控制电动机变速。 一般用离散办法来逼近理想的升降速曲线。为了减少每步计算装载计数值的时间，系统设计时就把各离散点的速度所需的计数值固化在系统的EPROM中，系统运行中用查表方法查出所需的装载值，从而大大减少占用CPU时间，提高系统响应速度。 系统在执行升降速的控制过程中，对加减速的控制还需准备下列数据： （一）步进电机步数的确定 步进电机常用来控制角度和位移。 （二）步进电机控制速率的确定 进电机的步数是精确定位的重要参数之一。在某些场合，不但要求能精确定位，而且还要求在一定的时