[步进电机]-步进电机三相六拍环形分配器.docxVIP

步进电动机位置控制系统 步进电动机的脉冲分配电路 硬件脉冲分配器电路 步进电动机的脉冲分配可以由硬件和软件两种方法来实现。硬件环形分配器需要根据步 进电动机的相数和要求的通电方式而设计专门的电路，图 10.6 所示为一个三相六拍的环形分配器。 分配器的主体是三个 J-K 触发器。三个 J-K 触发器的 Q 输出端分别经各自的功放线路与步进电动机 A、B、C 三相绕组连接。当 QA＝1 时，A 相绕组通电；QB＝1 时，B 相绕组通电； QC＝1 时，C 相绕组通电。DR+和 DR-是步进电动机的正反转控制信号。正转时，各相通电顺序：A－AB－B－BC－C－CA 反转时，各相通电顺序：A－AC－C－CB－B－BA 图 10.6 三相六拍环形分配器 图 10.6 所示为的三相六拍环形分配器逻辑真值表如表 10.1 所示。 控制信号状态 输出状态 导 序 电 号 绕 组 0 1 1 0 1 0 0 A 1 0 1 0 1 1 0 AB 2 0 1 1 0 1 0 B 3 0 0 1 0 1 1 BC 4 1 0 1 0 0 1 C 5 1 0 0 1 0 1 CA 6 1 1 0 1 0 0 A 表 10.1 三相六拍环形分配器逻辑真值表 软件脉冲分配 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 AT89C51 单片机配置的系统为例加以说明。 （1）由 P1 口作为驱动电路的接口 控制脉冲经 AT89C51 的并行 I/O 接口 P1 口输出到步进电动机各相的功率放大器输入，设 P1 口的 P1.0 输出至 A 相，P1.1 输出至 B 相，P1.2 输出至 C 相。 （2）建立环形分配表 为了使电动机按照如前所述顺序通电，首先必须在存储器中建立一个环形分配表，存储器各 单元中存放对应绕组通电的顺序数值，如表 10.2 所示。当运行时，依次将环形分配表中的数据，也就是对应存储器单元的内容送到 P1 口，使 P1.0、P1.1、P1.2 依次送出有关信号，从而使电动机轮流通电。 存储单元地址单元内容对应通电相K+0 存储单元地址 单元内容 对应通电相 K+0 01H（0001） A K+1 03H（0011） AB K+2 02H（0010） B K+3 06H（0110） BC K+4 04H（0100） C K+5 K+5 05H（0101） CA 表为三相六拍环形分配表，K 为存储器单元基地址（十六位二进制数），后面所加的数为地址的索引值。 可见，要是电动机正转，只需依次输出表中各单元的内容即可。当输出状态已是表底状 态时，则修改索引值使下次输出重新为表首状态。如要使电动机反转，则只需反向依次输出 各单元的内容。当输出状态达到表首状态时，则修改指针使下一次输出重新为表底状态。 10.2 步进电动机位置控制系统 步进电动机的功率驱动电路 步进电动机的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。目前，国内经济型数控机床步进电动机驱动电路主要有以下几种: 1. 单电压限流型驱动电路 图 10.7 所示是步进电动机一相的驱动电路，L 是电动机绕组，晶体管 VT 可以认为是一个无触点开关，它的理想工作状态应使电流流过绕组 L 的波形尽可能接近矩形波。但是由于电感线圈中的电流指数规律上升，其时间常数 ，须经过 3 的时间后才能达到稳态电流。由于步进电动机绕组本身的电阻很小，所以，时间常数很大，从而 严重影响电动机的启动频率。为了减小时间常数，在励磁绕组中串以电阻 R，这样时间常数就大大减小，缩短了绕组中电流上升的过度过程，从而提高了工作速度。 图 10.7 单电压驱动电路 在电阻 R 两端并联电容 C，是由于电容上的电压不能突变，在绕组由截止到导通的瞬间，电源电压全部降落在绕组上，使电流上升更快，所以，电容 C 又称为加速电容。 二极管 V 在晶体管 VT 截止时起续流和保护作用，以防止晶体管截止瞬间绕组产生的反电势造成管子击穿，串联电阻 RD 使电流下降更快，从而使绕组电流波形后沿变陡。这种电路的缺点是 R 上有功率消耗。为了提高快速性，需加大 R 的阻值，随着阻值的加大，电源电压也势必提高，功率消耗也进一步加大，正因为这样，单电压限流型驱 动电路的使用受到了限制。 2.高低压切换型驱动电路 高低压切换型驱动电路的最后一级如图 10.8 (a)所示，相应的电压电流波形图如图 10.8(b)所示。这种电路中采用高压和低压两种电压供电，一般高压大于 60V，低压为 5~20V。V1 在 VT1 和 VT2 都截止时通过电源和