第十一章 步进电动机控制系统.ppt

第十一章 步进电动机控制系统;第十一章 步进电动机控制系统; 步进电机的运行要求足够功率的电脉冲信号按一定的顺序分配到各相绕组。所以，与其它旋转电机不同的是步进电机的工作需要专门的驱动。步进电机的驱动包含脉冲分配（环行分配）和功率放大两部分。如图所示。步进电机与驱动部分是一个不可分开的有机整体，步进电机系统的性能除了与电机本身的性能有关外，在很大程度上取决于所使用的功率驱动电路的类型与优劣。 ;步进电动机的驱动系统框图; 步进电机按三相单三拍方式运行，则脉冲分配器输出的A、B、C如图所示。当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C的顺序循环产生脉冲。当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。; 步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。 硬件环形分配器有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 软件环分则往往受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。 ;硬件环形分配器 ; 根据数字电子技术基础分析电路的工作原理可知，当复位端来一个脉冲信号时，三个J-K触发器被置初值，即 QA、QB、QC依次置为1、0、0。 每一个CP脉冲的下降沿将J-K触发器J端的状态锁存到Q端，可得出正转（W+=1、W-=0）时环形分配器的逻辑状态真值表。 ;硬件环形分配器真值表; 软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。对于不同的计算机和接口器件，软件环分有不同的形式。现以MCS-51系列单片机8031为例加以说明。 8031单片机本身包含4个8位I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3。若要实现三相六拍方式的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。 ;硬件环形分配器分配表;P1输送的内容依次为： 01H、03H、02H、06H、04H、05H。 编写程序时，将这些值按顺序存放在固定的只读存储器中，设计一个正转子程序和一个反转子程序供主程序调用。正转子程序按顺序取表中的内容输出到P1端口，而反转子程序按逆序取表中的内容输出到P1端口。主程序每调用一次子程序，就完成一次P1端口的输出。主程序调用子程序的时间间隔（可用软件延时或中断的方法实现）决定了输出脉冲的频率，从而决定步进电机转速。下面是正转子程序清单，反转子程序与此相类似。 ; CW： CJNE R0，#6，CW1；R0指示数据表中数据输出的 相对指针 MOV R0，#0； 若指针已指到表尾，则将指针重指表头 CW1：MOV A，R0 MOV DPTR，#TABLE；指针DPTR指向表头 MOVC A，@A+DPTR；从表中取值送到A中 MOV P1，A；A的内容送到输出端口P1 INC R0；为取下一个数做准备 RET TABLE：DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H ; 步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组，因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。对驱动电路要求的核心问题则是如何提高步进电动机的快速性和平稳性（这样快速的建立需要的电流）。常见的步进电动机驱动电路主要有以下几种。;1． 单电压驱动电路;2. 高低压切换型驱动电路 ;3. 斩波恒流型驱动电路 ;输出转矩大、效率高。;切换时，绕组电流并非全部切除或通入，只改变额定值的一部分（如1/4)，转子也只转动步距角的一部分（如1/4)。;细分时合成磁势的旋转情况;两相混合步进电动机（50齿） 五相混合步进电动机（50齿） 三相混合步进电动机（50齿） 电流型细分驱动器;a、振荡;b、失步;a.静态特性;b.动态特性;a、最大静转矩;c、空载运行频率