第3章步进电动机的控制.ppt

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。;（一）串行控制;

P1.1

P1.2

8031P1.3

P1.4

P1.5;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，这对于开环控制来说是很难实现的。;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。升速时使脉冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐稀疏。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