第六章電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制

1、 直流伺服電機(jī)分電磁式、永磁式、杯型電樞式、無(wú)槽電樞式、圓盤電樞式、無(wú)刷式等。 直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)和直流電機(jī)相同。它由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。在定子上裝有磁極，電磁式伺服電機(jī)的定子磁極上繞有勵(lì)磁繞組。直流伺服電機(jī)可采用電樞控制或磁場(chǎng)控制。 圖 6-12 PW M 晶 體 管 功 率 放 大 器 結(jié) 構(gòu) 框 圖 比 較 器 n UI+ Us UI+UT功 率 放 大 器 伺 服 電 機(jī) 三 角 波 發(fā) 生 器 UP 電 壓 -脈 寬 變 換 器 開 關(guān) 功 率 放 大 器 PW M 功 率 放 大 器 PWM晶體管功率放大器，即脈沖寬度調(diào)制晶體管功率放大器，它由兩部分組成：一部分是電壓脈寬變換器

2、，另一部分是開關(guān)式功率放大器。 圖 6-13 PWM 脈寬調(diào)制波形 t UTPP T UI UT 0 t t UI+UT t UT(UP) t UI UT 0 t t UI+UT t UT(UP) t UI UT 0 t t UI+UT t UT(UP) (a) (b) (c) （1）伺服電機(jī)在PWM功率放大器驅(qū)動(dòng)下可以處于停止、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)三種狀態(tài)。 （2）控制信號(hào)UI的特性決定了伺服電機(jī)的工作狀態(tài)。UI=0電機(jī)停止；UI0電機(jī)正轉(zhuǎn)，|UI|越大正轉(zhuǎn)越快；UI0電機(jī)反轉(zhuǎn)，|UI|越大反轉(zhuǎn)越快。PWM功率放大器的脈寬調(diào)制波形 圖 6-16 標(biāo)準(zhǔn)型 PWM 功率放大器 R1 20k U1 U1 R

3、2 20k R3 6.8k 三角波 UT R4 5.1k C1 0.01F R6 15k R5 15k U2 W1 10k U3 R9 20k R10 3.9k 22DW7B R11 3.9k R12 8.2k C2 F R13 68k R15 6.2k 15V R14 8.2k R15 6.2k R17 5.1k R18 680 R19 1.3k 3DG12 T1 T2 3AX25 3055 T5 3DD101A 3AD30C 3055 T3 T4 T6 T7 R20 0.47 R21 0.47 2CZ12B D3 D4 2CZ12B M SY1-1.5 D5 D6 2CZ12B 2CZ12

4、B 3DD101A 3AD30C T8 T9 T10 3055 3AX25 T12 T11 3055 R26 680 R25 5.1k R19 1.3k R24 R23 0.47 R22 0.47 15V 24V 控制信號(hào) R7 10k R8 6.8k 3DG12 圖 6-17 計(jì)算機(jī)和 PWM 功放器的接口 IOW +15V AD0 AD9 AEN 譯碼器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VSS 2 18 17 DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0 DGND AGND 計(jì)算機(jī) CS WR1 WR1 XFER U2 VCC RFD ILE VREF 9

5、 20 R1 5.1k 19 I1 I2 DW1 2V VDC 11 12 0832 U1 R2 10k R3 5.1k DW2 2V 20k R4 15V 4 8 2 3 1 7 8 6 10k W1 +15V ADOP-07 三角波發(fā)生器 開關(guān)功率放大器 比較器 UI+UT UI UT 伺服電機(jī) PWM 功率放大器 + + 圖 6-15 典型伺服系統(tǒng)框圖 放大 給定輸入+ 輸入變換 + 速度校正 + 電壓放大 PWM功放 伺服電機(jī) 電壓反饋 速度反饋 速度檢測(cè) 位置檢測(cè) 位置反饋 伺服系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在伺服控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)除了要控制系統(tǒng)的功率主回路外，同時(shí)還要實(shí)時(shí)檢測(cè)伺服系

6、統(tǒng)的狀態(tài)。典型的伺服系統(tǒng)中，除了PWM功率放大器之外，還有電壓負(fù)反饋、速度負(fù)反饋、位置負(fù)反饋等環(huán)節(jié)。 轉(zhuǎn)速檢測(cè)接口電路 START ALE OE ADDA ADDB ADDC D0 D1 D2 D7 CLK IN0 IN1 C11 R12 W1 R11 + R13 A0 A9 IOW IOR 5V C21 C31 R32 R31 + R33 給定環(huán)節(jié) R34 R35 TG + VREF+ VREF 5V D0 D1 D2 D7 時(shí)鐘 500Hz ADC0809 測(cè)速發(fā)電機(jī) e V UPU U R K1 + + K2 G2(S) K3 G4(S) G5(S) HV(S) H (S) 5, 2 .

7、 1,15. 0321KKKssGssG1)(,19 . 010)(54ssSG5 . 15 . 0)(261)(, 1)(sHsHV 圖6-21 三相反應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 定子 A A B B C C B B A A C C 轉(zhuǎn)子 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子為三對(duì)磁極，每相一對(duì)，相對(duì)的極屬一相，不過(guò)每一個(gè)定子磁極的磁靴上有許多小齒，轉(zhuǎn)子圓周上也有許多小齒，根據(jù)工作要求，定、轉(zhuǎn)子齒寬距必須相等。（1）在同相的幾個(gè)磁極下，定、轉(zhuǎn)）在同相的幾個(gè)磁極下，定、轉(zhuǎn)子齒應(yīng)同時(shí)對(duì)齊或同時(shí)錯(cuò)開，這樣才子齒應(yīng)同時(shí)對(duì)齊或同時(shí)錯(cuò)開，這樣才能使幾個(gè)磁極的作用相加，產(chǎn)生最大能使幾個(gè)磁極的作用相加，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。 （

8、2）在不同相的磁極下，定、轉(zhuǎn)）在不同相的磁極下，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置應(yīng)依次錯(cuò)開子齒的相對(duì)位置應(yīng)依次錯(cuò)開1/m齒距齒距（m為相數(shù)），這樣才能在連續(xù)改變?yōu)橄鄶?shù)），這樣才能在連續(xù)改變通電狀態(tài)下，獲得連續(xù)不變的步進(jìn)運(yùn)通電狀態(tài)下，獲得連續(xù)不變的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)的齒距角ZZ = 2/ N如果轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒，那么，轉(zhuǎn)子的齒距角Z為：Z = 360/ 40=9 圖 6-22 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)過(guò)程示意圖 A B C A B C 1 2 3 4 A B C A B C A B C A B C 1 2 3 4 1 2 3 4 a) b) c) 步距角S可以表示如下： S = 2/（NK）或S=360/（

9、NK） 式中 K-是步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)；N-是轉(zhuǎn)子齒數(shù)。 對(duì)于圖 6-21 所示的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，由于它采用三拍方式工作，故它的步距角S是： S = 360/（43）=30 對(duì)于轉(zhuǎn)子有 40 齒而采用三拍方式的步進(jìn)電機(jī)而言，其步距角S為： S = 360/（403）=3 （一）步進(jìn)電機(jī)的單三拍工作方式 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)各相分別為 A、B、C 相。如果換相方式為(A)-B-C-A，則電流切換三次，即換相三次時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。對(duì)某相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒就會(huì)該相定子齒對(duì)齊，這種通電方式稱為單三拍方式。所謂“單”是指每次對(duì)單相通電；所謂“三拍” ，是指換相三次磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子

10、移動(dòng)一個(gè)齒距。 為了使步進(jìn)電機(jī)能反向旋轉(zhuǎn)，對(duì)于圖6-22而言就是逆時(shí)針步進(jìn)，對(duì)各相的通電順序采用如下方式：?jiǎn)?三 拍工 作時(shí) ，各 相通 電的 波 形入圖 6-23 所 示 。其中 虛 線用 于表 示 磁極 繞組 中的 電流 波形 ，可 見磁 極的 驅(qū)動(dòng) 電壓時(shí) 方 波，而 電流并 不 是 方 波 。 從 式 6-18 可 知 ， 步 進(jìn) 電 機(jī) 每 步 進(jìn) 一 步 的 步 距 角 S為 ： S = 2 / (NK) 其 中 ： K 是 工 作 方 式 的 拍 數(shù) ， N是 轉(zhuǎn) 子 齒 數(shù) 。 圖 6-23 單 三 拍 工 作 的 電 壓 電 流 波 形 步 進(jìn) 時(shí)鐘 A 相 B 相 C 相

11、圖 6-25 AB 相通電時(shí)的差角 C A A B C B 1.5 1.5 雙三拍工作方式時(shí)的電壓電流波形如圖 6-24 所示。 圖 6-24 雙三拍工作的電壓電流波形 步進(jìn)時(shí)鐘 A 相 B 相 C 相 六拍工作方式時(shí)的電壓電流波形如圖 圖 6-26 六拍工作的電壓電流波形 步進(jìn)時(shí)鐘 B 相 C 相 A 相 6.3.3 步進(jìn)電機(jī)的功率放大電路 圖 6-27 步進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)框圖 脈沖信號(hào) 脈沖分配 功率放大 A B C 在實(shí)際應(yīng)用中，脈沖分配回路有各種構(gòu)成的辦法。最常用的是環(huán)行分配器電路，現(xiàn)在已漸漸采用微型計(jì)算機(jī)代替舊式的環(huán)行分配器；而在控制系統(tǒng)中，大量采用的是單片微型機(jī)。功率放大電路的結(jié)構(gòu)對(duì)步

12、進(jìn)電機(jī)的性能有著十分重要的作用。功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波形、調(diào)頻調(diào)壓型和細(xì)分型等型式的電路。 （一）單電壓功率放大電路 圖 6-28 單電壓功放電路 C VP RL L D Rd U T Rc 單電壓功率放大電路是步進(jìn)電機(jī)控制中最簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路。是步進(jìn)電機(jī)的一相繞組電感；是繞組電阻；是外接電阻，也是限流電阻；d是續(xù)流電阻；是續(xù)流二極管。 Tj=L/(RL+RC)回路的時(shí)間常數(shù)dcLdRRRLT（二）雙電壓功率放大電路 圖 6-29 雙 電 壓 功 放 電 路 RL L D1 U2 D2 Vh V1 T2 Vh t V1 iL t t t1 t2 t3 RC 雙電壓功率放大電路就是

13、采用兩種工作電源電壓的功放電路。由于這兩種電源電壓分別是高壓和低壓電源，故也稱高低壓功率放大電路。步進(jìn)電機(jī)控制程序;*根據(jù)CHECK配置信息修改下列符號(hào)值*IOY0 EQU 0d200H ;片選IOY0對(duì)應(yīng)的端口始地址;*MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDA

14、TA SEGMENTCW_TABLE DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AXMAIN: MOV DX,MY8255_MODE ;定義8255工作方式 0， MOV AL,80H ; A口和B口為輸出 OUT DX,AL ;MOV BP,1;設(shè)置運(yùn)行步數(shù)A1: MOV BX,OFFSET TTABLE MOV CX,0008H A2: MOV AL,BX MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL CALL DELAY INC BX LOOP A2;DEC BP;JNZ A1 ；運(yùn)行步數(shù)未到，繼續(xù) MOV AH,1 ;判斷是否有按鍵按下 INT 16H JZ A1 ;無(wú)按鍵則跳回繼續(xù)循環(huán)，有則退出QUIT: MOV AX,4C00H ;返回到DOS INT 21HDELAY PROC