软硬件环形分配器原理.docVIP

步进电机的驱动控制(环行分配器) 步进电机的转动是靠不停地改变各相绕组的通电顺序实现的，若想让某相绕组通电，就要给某相绕组提供一组序列脉冲，因此步进电机有几相，就要为其提供几个脉冲序列。 步进电机需要的脉冲序列来自插补器，但对于某个单轴坐标，插补器只能按照一定线型，提供一个单序列脉冲。因此，在插补器到步进电机之间必须有一个能将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲的装置，这就是环行分配器。 尽管有了环行分配器就可以将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲，但这些序列脉冲的信号都还不足以驱动电机运转，所以驱动控制系统中还应包括功率放大装置。 步进电机的最基本的控制系统就由环行分配器和功率放大器组成。 下面只介绍环行分配器，功率放大器涉及许多电气控制问题，留待机电一体化课程介绍。 环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成，下面分别介绍两方面的内容。 硬件环行分配器构成 ? 环行分配器的工作原理 硬件环行分配器的基本构成是触发器。因为步进电机有几相就需要几个序列脉冲，所以步进电机有几相，就要设置几个触发器。每个触发器发出的脉冲就是一个序列脉冲，用来控制步进电机某相定子绕组的通、断电。而触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的位移驱动信号Δx或Δy。 如图1所示 图1 构成环形分配器的触发器 例如，现在要控制X方向的步进电机，而这个电机采用三相单三拍方式工作，即步进电机是按照A→B→C→A这种方式通电的。这就需要A、B、C三个触发器，每个触发器的输出端QA、QB、QC都被连接到步进电机的一相定子绕组。当QA有输出ΔA，步进电机的A相就通电，同理，若QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电，或者QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。你看，这时由触发器构成的环行分配器，其实就是一个三分频电路，而被分频的信号就是插补器的输出信号Δx。于是插补器的一路信号，就被扩展成三路信号。 每来三个Δx信号脉冲，QA、QB、QC就会各有一个输出脉冲ΔA、ΔB、ΔC，步进电机的三个定子绕组各得到一次通电，转子走了三步。如果继续得到脉冲，那么，QA、QB、QC也会继续轮流输出脉冲ΔA、ΔB、ΔC，这就实现了步进电机各相绕组A、B、C的轮流通电。 图2是按照三相单三拍方式的Δx和ΔA、ΔB、ΔC的波形图。 图3是按照三相双三拍方式的Δx和ΔA、ΔB、ΔC的波形图。 图4是按照三相六拍方式的Δx和ΔA、ΔB、ΔC的波形图。 图2 三相单三拍环形分配器输出波形图 图3 三相双三拍环形分配器输出波形图 图4 三相六拍环形分配器输出波形图 上面，其实只讲了触发器的输出，触发器是有输入端的，而且输入端要控制输出端。输入端的信号由谁来提供呢？是Δx吗？，不是，Δx只能做同步信号CP。因为它是要被分频的信号。 如果用D触发器,则触发器的输入端就是D端，它的信号也取自触发器本身，不过这中间还要加一定的外接无源电路。触发器的输出和输入通过一定的外电路连接在一起，构成一个封闭的整体环形电路，只要有Δx这个单序列脉冲它就能连续不断地输出ΔA、ΔB、ΔC，这就是我们把它称为环行分配器的道理。即环行就是触发器的输入由其输出连接，分配就是根据步进电机定子绕组的通电顺序要求对Δx的序列脉冲进行再分配。所以也常直接称其为脉冲分配器。 ? 环行分配器外电路设计 外电路设计就是设计触发器的输入端前的逻辑结构。其实质相当于：已知触发器的输出状态，求解在什么输入条件下才能得到这样的输出呢？我们就来解决这个问题。 外电路设计要满足两个要求 ? 所选触发器逻辑特性的要求（即触发器输入输出之间的逻辑关系） ? 步进电机通电状态的要求（即触发器的输出） ● 所选触发器逻辑特性的要求 若选择D触发器，则触发器的逻辑特性为： Q n + 1 = D n 据此有 QA n + 1 = DA n QB n + 1 = DB n QC n + 1 = DC n ● 步进电机通电状态的要求 ? 满足三相双三拍通电状态时的环形分配器逻辑 正转通电顺序：AB → BC → CA → AB 真值表： 节拍 Q端输出状态 D端输入状态 QA QB QC DA DB DC 1 1 1 0 0 1 1 2 0 1 1 1 0 1 3 1 0 1 1 1 0 4 1 1 0 反转通电顺序：AB → AC → CB → AB 真值表： 节拍 Q端输出状态 D端输入状态 QA QB QC DA DB DC 1 1 1 0 1 1 1 2 1 0 1 0 0 1 3 0 1 1 1 1 0 4 1 1 0 分析：(以正转