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步进电机的控制系统设计,步进电机的开环控制解析

时间:05-09 来源:网络整理 点击:

这种斜坡能以很低成本实现。另一方面,集成电路工艺的迅速发展,使我们能以低价制成的芯片得到各种各样的电路功能,因此,估计以微处理机控制的潜在优点成为很现实的问题。在微机控制的系统中,常常可以把微处理机的富裕处理能力用来控制步进电机。这时,额外的存贮器成本和软件开发成本的增加很可能低于独立的硬件控制器的价格。

  (1)以微处理机产生定时 微处理机很容易产生控制步进电机所要求的数字信号。开环控制中,即使负载很轻,步进电机也很少以大于10000步/秒的速度工作,因此,只要求微处理机每0.1毫秒发一次步进命令。而每次发送步进命令所需要的程序执行时间比0.1毫秒小很多,所以,微处理机完全有多余能力执行别的任务。使用中断子程序控制电机能使处理能力得到充分利用。

  

  固定的,步进命令之间的时间受从"TABLE"单元开始的查阅表里存储数值的控制。程序以设寄存器"指针"等于"TABLE"开始,因此,"指针"里装有查阅表中第一个值的地址。然后,把第一次步进命令发给激磁时序控制器,用它改变电机里的相激磁。

  在发下一次步进命令之前必须进行延时,使电机有时间执行第一步。这时, 取出由指针寻址的延时数(第一次为查阅表里的第一个值)并把它存入"延迟"单元里。然后,检查这个单元的内容是不是零。如果是零,表示已经走到了这个表的末尾;不是零则"指针"加一,指向表内的下一个数。最后,控制程序返回主程序。

  主程序继续执行直到发生下次时钟中断,它使处理机返回到电机控制子程序的"入口"。‘延迟"单元里的数减一并且与零比较。如果不为零,则控制立即返回主程序;如果"延迟"单元已达到零,则把下一步命令送到激磁时序控制器,并且往"延迟"单元装入查阅表里的下一个位。因此,步进命令之间的时间与恒定的时钟周期及查阅表中的数值成正比。例如:第一步命令发出之后,"延迟"单元装入"30",于是,"延迟"单元减到零之前将产生30次时钟中断。

  查阅表中的数值是考虑以6步上升到最高步进频率设置的,这个最高频率是钟频的l/l0。减速从长延时数值(25)开始,这个时间对应转子转过平衡位置而进入产生减速所需要的负转矩的位置。因为负载转矩产生的是负转矩,所以,使电机减速只需要4步。最后,系统逐渐静止,距离初始位置共14步。这时,程序检

  测到"延迟"单元内容为零

  

  并转到"停止"。 考虑14步运动的"延迟"值取样表

  该例中,走过的距离是

  固定的。不过,行程开始之前,程序可装入不同的目标位置。通过扩展查阅表和修改有关程序,能使步数增加。如果目标离初始位置少于14步,这时,可以删去查阅表里适当的位,使频率降低,步数减少。

  (2)以硬件定时 如果加速系统需要执行的步数比较少,那么,相激磁定时可以用数字集成电路产生。例如,在图5 (a)小,精确的前三步定时由持

  续时间可变的延时时序电路产生,用它把电机加速到由系统钟频确定的步进频率。当接近目标位值时,利用后面的延时时序电路使电机减速。

  系统最初静止,启动脉冲加到 "启动"输入端后,经过一系列逻辑"或"门作用到相序发生器上,相序发处器发生的激磁变化启动电机加速。启动脉冲同时触发第一级延时电路,把这个脉冲延迟T1时间,在这期间,电机运动到第—次相转换位置。经过T1延时后,第一级的脉冲输出送到相序发生器并触发下级延时电路。这种时序一直继续到所有延时电路都工作完。最末一级延时的输出用来启动恒频时钟,以恒频时钟生以后的步进命令,定时波形如图5(b)所示。

  因为事先把目标位置送入了减法计数器。以后每执行一次,计数器就减一。因此,这个计数器记录着到达目标位置之前需要发出的步进命令数。当还需要执行的步数等于减速延时电路数时,减法计数器产生一个脉冲, 关断时钟并触发第一级减速电路延时T1,。到达目标位置之前的最后几步的减速控制由三级持续时间可变的延时T1,、T2,、T3,产生,它们顺序触发,产生送到相序发生器的步进命令。减速以长激磁周期(T1,)开始,让转子转过平衡位置和产生负转矩。 如果系统的最大工作速度接近失步频率,那末,也许需要20到50级

  延时,这时成本很高。通常,硬件定时仅用在工作速度比正常的启停频率高得不太多的场合。在这些应用中,延时时间能够用静转矩/转子位置特性曲线成功地预测。

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