電機控制技術(shù)

1、3.5電機控制接口技術(shù) 3.5.1 PWM 直流電機調(diào)速 PWM：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。英文名稱是Pulse Width Modulation，簡寫為PWM。 目前直流伺服電動機大都采用PWM驅(qū)動器。 PWM通過改變周期性脈沖信號的占空比來改變改變 加在電動機上的平均電壓實現(xiàn)調(diào)速平均電壓實現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速 方法具有恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性，機械特性好，調(diào) 速范圍寬。 牛牛文庫文檔分享 定頻調(diào)寬: 輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸 入信號調(diào)制 . 在電機控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 牛牛文庫文檔分享 M US S D UD t toffton T 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 H型可逆雙極性功放電路 牛牛文庫文檔

2、分享 0-t1 V1,V4通 t1-T VD2,VD3通;V2,V3高電平 牛牛文庫文檔分享 PA1=1 PA0=0: S1,S4通 PA1=0 PA0=1: S2,S3通 牛牛文庫文檔分享 PWM直流電機調(diào)速的優(yōu)點： （1）功耗小，效率高。 （2）以高頻脈沖電流給繞組供電，由于繞組為感 性負載，脈沖電流得以濾平，所以波系數(shù)小,電機發(fā)熱 量小。 （3）系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶寬，起制動非?？?。 （4）系統(tǒng)抗負載擾動的性能好。 （5）高頻輸出避開了電機及傳動機械的共振點，所 以運行平穩(wěn)，噪聲低。 牛牛文庫文檔分享 微機產(chǎn)生PWM波形的方法 1 程序延時：高電平延時低電平延時 2 定時器中斷：PWM周期T定

3、時中斷高電平t定時中斷 3 專用PWM指令: S7200PLC PLS指令 牛牛文庫文檔分享 程序延時：8255的PA口地址80H,并已初始 化為輸出方式。TMEM0為延時的時間基數(shù)。 按雙極性可逆控制方式。 START:MOV AL,01H OUT 80H,AL TIME1:MOV CX,T1 CALL TIME0 LOOP TIME1 MOV AL,02H OUT 80H,AL TIME2:MOV CX,T2 CALL TIME0 LOOP TIME2 JMP START 牛牛文庫文檔分享 例中斷方式：采用8031 P1.0產(chǎn)生PWM波形，電機恒速。 T=X*T0, T1=Y*T0，T2=

4、Z*T0。 X為T周期參數(shù)，放在20H單元。 Y為T1延時參數(shù)，Z為T2延時參數(shù)，放在21H單元， X=Y+Z 。 T0為延時的時間基數(shù)，由定時器確定，參數(shù)置 22H， 2 3H單元中。 牛牛文庫文檔分享 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TT0 ； 跳轉(zhuǎn)到定時器0中斷程序 ORG 1000H MAIN: SETB P1.0 ； 脈沖的高電平 MOV R0,21H；(21H) 初始值為Y，存入R0中，延時T1 MOV TMOD, #01H MOV TL0,22H ；時間基數(shù)T0的定時參數(shù) MOV TH0,23H SETB TR0 ； 定時中斷設(shè)置 SETB

5、ET0 牛牛文庫文檔分享 SETB EA L1:CJNE R0, #00H, L2 ； CPL P1.0 ; MOV A,20H ； SUBB A,21H； MOV 21H,A ; MOV R0,A; L2:AJMP L1 TT0:MOV TL0, 22H ；T0 定時中斷 MOV TH0, 23H DEC R0 ; R0-1 RETI 牛牛文庫文檔分享 3.5.2步進電動機伺服控制 （1）步進電動機工作原理及特性 p 步進電動機（Step Motor），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行 器。 p 步進電動機的轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)

6、電動機的轉(zhuǎn)速。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機工作原理及特性 p 步進電動機的分類 用于機床驅(qū)動的步進電動機主要有兩類，即反應(yīng)式步進電動機和混合式步進電動機，反應(yīng)式步進電動機也稱 為磁阻式步進電動機。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機步進電動機結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 步進電機由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，下圖中三相步進電機由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，下圖中三相 定子定子A A、B B、C C，三相每相兩極：，三相每相兩極： AAAA,BB,BB,CC,CC，每極，每極 上五個齒。上五個齒。 步進伺服驅(qū)動系統(tǒng) 牛牛文庫文檔分享 定子上線圈的繞法定子上線圈的繞法 三相步進電動機結(jié)構(gòu) A相A相 B相B相 C相C相 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 （4

7、040齒）齒） 牛牛文庫文檔分享 步進電動機工作原理 A-B-C-A 逆時針 改變通電順序改變轉(zhuǎn) 向 A-C-B-A 順時針 牛牛文庫文檔分享 步進電機的工作方式 步進電機的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉 通電方式。 三相步進電機可工作于三相三拍（單三拍）、 雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。 單三拍工作方式 A-B-C-A 牛牛文庫文檔分享 雙三拍工作方式 AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A- 牛牛文庫文檔分享 步進電機速度控制 步進電機調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。 可采用軟件延時方法 或可采用定時器中斷方法。 步進電機位置控制

8、 步進電機位置控制：可采用計數(shù)器計脈沖數(shù)的 方法。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機工作原理及特性 步進電動機的步距角： pz轉(zhuǎn)子的齒數(shù)， k狀態(tài)系數(shù)(三拍為1;六拍為2)。 m定子的相數(shù) mzk 360 牛牛文庫文檔分享 （2）步進電動機特性 步距角 步進電動機的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當量的重要參數(shù)，數(shù)控機床中常見的反應(yīng)式步進電動機的步 距角一般為0.53，一般情況下，步距角越小，加工精度越高。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機特性 p起動頻率fq ：步進電動機空載時，由靜止突然起動，并進入不丟步的正常運行所允許的最 高頻率值，稱為起動頻率或突跳頻率，用fq表示。 若起動時頻率大于突跳頻率，步

9、進電動機就不能正常起動。fq與負載慣量有關(guān)，一般說來隨著負載慣量的 增長而下降。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機特性 p連續(xù)運行最高工作頻率fmax：步進電動機連續(xù)運行時，它所能接受的， 即保證不丟步運行的極限頻率值。fmax稱為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參 數(shù)，它決定了步進電動機的最高轉(zhuǎn)速。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機特性 p加、減速特性: p矩頻特性: 矩頻特性描述步進電動機連續(xù)穩(wěn)定 運行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系。 轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降。 牛牛文庫文檔分享 （3）步進電動機的選用 首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當量小

10、。但是 脈沖當量越小，系統(tǒng)的運行速度越低。在脈沖當量確定以后，又可以此為依據(jù)來 選擇步進電動機的步距角和傳動機構(gòu)的傳動比。另外，負載轉(zhuǎn)矩也將引起步進電 動機的定位誤差。通常應(yīng)將步進電動機的步距誤差、負載引起的定位誤差和傳動 機構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機床允許的定位誤差。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機的選用 p步進電動機有兩條重要的特性曲線，一般將反 映起動頻率與負載轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的曲線標為起動矩起動矩 頻特性頻特性，將反映轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間關(guān)系的曲 線稱為工作矩頻特性工作矩頻特性。 已知負載轉(zhuǎn)矩，可以在起動矩頻特性曲線 中查出起動頻率。這是起動頻率的極限值，實 際使用時，只要

11、起動頻率不大于這一極限值， 步進電動機就可以直接帶負載起動。若已知步 進電動機的連續(xù)運行頻率f就可以從工作矩頻特 性曲線中查出轉(zhuǎn)矩Mdm，這也是轉(zhuǎn)矩的極限值， 有時稱其為失步轉(zhuǎn)矩。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機的選用 牛牛文庫文檔分享 （4）步進電動機驅(qū)動 步進電動機工作方式：它是采用脈沖控制方式工作的。只有按定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進電動機 才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。數(shù)控機床中采用的功率步進電動機有三相、四相、五相和六相等。通常為12相通電或2 3相通電，循環(huán)拍數(shù)為2m。 牛牛文庫文檔分享 步進驅(qū)動系統(tǒng) 步進驅(qū)動系統(tǒng)的組成步進驅(qū)動系統(tǒng)的組成 步進伺服驅(qū)動系統(tǒng) 數(shù)控裝置環(huán)形分配器 指令 脈沖 步進電動

12、機 功率放大器 電源 步進電 動機 齒輪箱 工作臺 步進驅(qū)動系統(tǒng)沒有位置反饋回路與速度反饋回路，一步進驅(qū)動系統(tǒng)沒有位置反饋回路與速度反饋回路，一 般用于對速度和精度要求不高的中、小型經(jīng)濟型數(shù)控機床般用于對速度和精度要求不高的中、小型經(jīng)濟型數(shù)控機床 上。上。 牛牛文庫文檔分享 步進驅(qū)動系統(tǒng)的連接步進驅(qū)動系統(tǒng)的連接: :并行和串行并行和串行 步進伺服驅(qū)動系統(tǒng) 微 機 輸 出 端 口 輸 出 端 口 光電隔離電路 光電隔離電路 光電隔離電路 光電隔離電路 光電隔離電路 A相放大電路 B相放大電路 C相放大電路 A相放大電路 B相放大電路 C相放大電路 環(huán) 形 分 配 器 步進 電機 步進 電機 A

13、B C A B C 進給方向 進給脈沖 牛牛文庫文檔分享 步進驅(qū)動系統(tǒng)的連接 8031的P1口作輸出 環(huán) 型 分 配 器 功 率 放 大 步 進 電 機 時鐘脈沖 方向信號 方式信號 8031 P1.0 P1.1 P1.2 A相 B相 C相 8031 P1.0 P1.1 P1.2 功 率 放 大 三 相 步 進 電 機 牛牛文庫文檔分享 步進電動機驅(qū)動電路 p脈沖分配 :有軟件和硬件，或并行和串型兩種。 采用軟件實現(xiàn)。利用查表或計算來進行脈沖的環(huán)形分配，簡稱 軟環(huán)分。三相六拍分配狀態(tài)，可將表中狀態(tài)代碼01H、03H、 02H、06H、04H、05H列入程序數(shù)據(jù)表中，通過軟件可順次 在數(shù)據(jù)表中提

14、取數(shù)據(jù)并通過輸出接口輸出即可，通過正向順序 讀取和反向順序讀取可控制電動機進行正、反轉(zhuǎn)。 牛牛文庫文檔分享 軟件脈沖分配 牛牛文庫文檔分享 硬件脈沖分配 采用專用環(huán)形分配器器件，如市售的CH250。 它可以實現(xiàn)三相步進電動機的各種環(huán)形分配。 牛牛文庫文檔分享 步進電動機驅(qū)動電路 p 功率驅(qū)動電路 單電壓驅(qū)動電路 牛牛文庫文檔分享 功率驅(qū)動電路 高、低壓驅(qū)動電路 牛牛文庫文檔分享 功率驅(qū)動電路 斬波驅(qū)動電路 牛牛文庫文檔分享 例如：采用8255芯片控制x, y軸步進電機。 牛牛文庫文檔分享 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSiz

15、e B Date:27-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By: DC-SSR 3 4 1 2 VD R 1 控制信號 DC-SSR 3 4 1 2 VD R 1 控制信號 DC-SSR 3 4 1 2 VD R 1 控制信號 +5V +27V A B C 3 2 1 步進電動機驅(qū)動控制原理圖 牛牛文庫文檔分享 123456 A B C D 654321 D C B A T itle N um berR evisionSize B D ate:27-Jan-20

16、10Sheet of File:D :PR O G R A M FIL E SD E SIG N E X PL O R E R 99 SE E X A M PL E SM yD esign.ddbD raw n B y: R A 6A 6 V D Rp Cp R A 6A 6 V D Rp Cp R A 6A 6 V D Rp Cp IR F640 R1 Ucc Uc IR F640 IR F640 R2 R3 7406 控 制 信 號 7406 控 制 信 號 7406 控 制 信 號 4N 25 4N 25 4N 25 +27V 采用大功率場效應(yīng)管的步進電動機驅(qū)動控制電路原理圖 牛牛文庫文

17、檔分享 MOV CX,100 L1 :MOV AL,01H OUT 80H,AL CALL TIME MOV AL,02H OUT 80H,AL CALL TIME MOV AL,04H OUT 80H,AL CALL TIME LOOP L1 RET L1: MOV AL,01H OUT 80H,AL CALL TIME MOV AL,02H OUT 80H,AL CALL TIME MOV AL,04H OUT 80H,AL CALL TIME JMP L1 RET 牛牛文庫文檔分享 用S7200PLC實現(xiàn)步進電動機控制 牛牛文庫文檔分享 M US S D UD t toffton T 牛牛文庫文檔分享 H型可逆雙極性功放電路 牛牛文庫文檔分享 0-t1 V1,V4通 t1-T