第4章_數(shù)字程序控制技術

1、第第4 4章章 數(shù)字程序控制技術數(shù)字程序控制技術 數(shù)字程序控制技術是綜合應用計算數(shù)字程序控制技術是綜合應用計算機、自動控制、智能儀器儀表、精密機械機、自動控制、智能儀器儀表、精密機械等高新技術的產(chǎn)物。它等高新技術的產(chǎn)物。它主要應用于銑床、主要應用于銑床、車床、加工中心、線切割機、焊接機、工車床、加工中心、線切割機、焊接機、工業(yè)機器人業(yè)機器人等自動控制系統(tǒng)中。數(shù)字程序控等自動控制系統(tǒng)中。數(shù)字程序控制系統(tǒng)具有制系統(tǒng)具有能加工形狀復雜的零件、加工能加工形狀復雜的零件、加工精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件品種品種等特點，它是實現(xiàn)機床自動化的一個等特點，它是實現(xiàn)機

2、床自動化的一個重要發(fā)展方向。重要發(fā)展方向。 本本 章章 目目 錄錄所謂數(shù)字程序控制，就是所謂數(shù)字程序控制，就是計算機計算機根據(jù)輸入根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械生產(chǎn)機械（如各種加工機（如各種加工機床）按規(guī)定的工作順序、床）按規(guī)定的工作順序、運動軌跡運動軌跡、運動距離、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制自動控制。 數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置、輸出輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補器裝置、控制器和插補器等四大部分組成。隨著等四大部分組成。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字程序控制系統(tǒng)的計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字

3、程序控制系統(tǒng)的這些主要功能都由計算機來完成。這些主要功能都由計算機來完成。4.1 4.1 數(shù)字程序控制基礎數(shù)字程序控制基礎當給定當給定a a、b b、c c、d d各點坐標各點坐標x x和和y y值之后，如何確定各坐標值值之后，如何確定各坐標值之間的中間值之間的中間值? ?插補計算的插補計算的宗旨宗旨是通過給定的基點是通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)定出一系坐標，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，而這些中間點的坐標值列中間點，而這些中間點的坐標值是以一定的精度逼近給定的線段。是以一定的精度逼近給定的線段。為了簡化插補運算過程和加快插補速度，常用的是為了簡化插補運算過程和加快插補速度，常用的

4、是直線插補直線插補和和二次曲線插補二次曲線插補兩種形式。兩種形式。求得這些中間值的數(shù)值計算方法插值或插補插值或插補。xyabcd前期準備曲線分成若干段數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 基本思路基本思路 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點和曲線屬性）擬合加工輪廓。基點和曲線屬性）擬合加工輪廓。 輸出裝置為輸出裝置為步進電機步進電機，驅動每個軸以一定距離，驅動每個軸以一定距離的步長運動，實際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑的步長運動，實際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑

5、曲線。曲線。 步驟：步驟： 1. 1. 曲線分段曲線分段 (1)(1)圖圖4-14-1中曲線分為中曲線分為三段三段，分別為，分別為abab、bcbc、cdcd，a a、b b、c c、d d四點坐標送計算機。四點坐標送計算機。 (2(2) )分割原則：分割原則：應保證線段所連的曲線與原圖形應保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內。的誤差在允許范圍之內。X Xd dc cb ba aO OY Y圖圖4-1 曲線分段曲線分段 2. 2. 插補計算插補計算 當給定當給定a a、b b、c c、d d各點坐標各點坐標x x、y y之后，之后，求這求這些點中間值的數(shù)字計算方法稱插補些點中間值的數(shù)

6、字計算方法稱插補。 (1)(1)插補計算：插補計算： 給定曲線基點坐標，求得曲給定曲線基點坐標，求得曲線中間值的數(shù)值計算方法。線中間值的數(shù)值計算方法。 (2)(2)插補計算原則：插補計算原則：通過給定的基點坐標，以通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，這些中間點一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，這些中間點的坐標值以一定的精度逼近給定的線段。的坐標值以一定的精度逼近給定的線段。 l直線插補直線插補 在給定的兩基點之間用一條在給定的兩基點之間用一條近似直線近似直線來來逼近。逼近。l二次曲線插補二次曲線插補 在給定的兩基點之間用一條在給定的兩基點之間用一條近似曲線近似曲線來來逼近。曲線

7、有圓弧、拋物線、雙曲線等。逼近。曲線有圓弧、拋物線、雙曲線等。直線插補直線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似直是指在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近，也就是由此定出中間點連接起來的折線近線來逼近，也就是由此定出中間點連接起來的折線近似于一條直線，并不是真正的直線。似于一條直線，并不是真正的直線。 二次曲線插補二次曲線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近是指在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近，也就是實際的中間點連線是一條近似曲線來逼近，也就是實際的中間點連線是一條近似于曲線的折線弧。似于曲線的折線弧。常用的二次曲線有圓弧、拋物常用的二次曲線有圓弧、拋物線和雙曲線等。線和雙曲線等。

8、 3. 3. 插補方法的計算機實現(xiàn)插補方法的計算機實現(xiàn) 把插補運算過程中給定的中間點，以脈沖信把插補運算過程中給定的中間點，以脈沖信號的形式去控制號的形式去控制x x、y y方向上的步進電機，來實現(xiàn)方向上的步進電機，來實現(xiàn)圖形重現(xiàn)。圖形重現(xiàn)。 一個脈沖信號代表步進電機走一步。也稱為一個脈沖信號代表步進電機走一步。也稱為折線逼近。折線逼近。xyX0，Y0X1，Y1折線逼近折線逼近常見插補方法：常見插補方法：逐點比較法、逐點比較法、數(shù)字積分法、數(shù)數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法器。字脈沖乘法器。（1 1）脈沖脈沖：每一個脈沖信號代表步進電機走一步；代：每一個脈沖信號代表步進電機走一步；代表的是加工過程中最

9、小的加工單位，就是步長。表的是加工過程中最小的加工單位，就是步長。（2 2）步長步長：對應于每個脈沖移動的相對位置稱為脈：對應于每個脈沖移動的相對位置稱為脈沖當量，又稱為步長，常用沖當量，又稱為步長，常用xx和和yy來表示，并且總來表示，并且總是取是取xxyy。（3 3）脈沖個數(shù)（步數(shù)）脈沖個數(shù)（步數(shù)）：線段在：線段在x x軸和軸和y y軸的投影長軸的投影長度，和脈沖當量有關。度，和脈沖當量有關。 Nx=(Xe-X0) /x Ny=(Ye-Y0) /y 數(shù)字程序控制的數(shù)字程序控制的3 3種方式：種方式：點位控制、直線切削控點位控制、直線切削控制、輪廓切削控制制、輪廓切削控制。 1 1）點位控制

10、）點位控制 只要求控制刀具行程終點的坐標值，即工件加工點只要求控制刀具行程終點的坐標值，即工件加工點準確定位，只是在準確到達指定位置后才開始加工。準確定位，只是在準確到達指定位置后才開始加工。（定位）（定位） 2 2）直線切削控制）直線切削控制 控制行程的終點坐標值，還要求刀具相對于工件平控制行程的終點坐標值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加行某一坐標軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加工。工。（單軸切削）（單軸切削）4.1.2 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式 3 3）輪廓的切削控制）輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運動，并在運動過程中控制刀具沿

11、工件輪廓曲線運動，并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補器進行。將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補器進行。（多軸切削）（多軸切削） 三種方式比較三種方式比較 點位控制：點位控制：驅動電路簡單，無需插補驅動電路簡單，無需插補 直線切削控制：直線切削控制：驅動電路復雜，無需插補驅動電路復雜，無需插補 輪廓切削控制：輪廓切削控制：驅動電路復雜，需插補驅動電路復雜，需插補 4.1.3 4.1.3 開環(huán)、閉環(huán)數(shù)字程序控制開環(huán)、閉環(huán)數(shù)字程序控制 1. 閉環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)數(shù)字程序控制用于大型精密加工機床，結構復雜。用于大型精密加工機床，結構復雜。2. 開環(huán)數(shù)字程序控制開環(huán)數(shù)字程序控制

12、運用廣泛，結構簡單，可靠性高。運用廣泛，結構簡單，可靠性高。4.2 4.2 逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理 逐點比較法：逐點比較法： (1)就是刀具或繪圖筆就是刀具或繪圖筆每走一步每走一步都要和給定軌跡都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或上的坐標值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方、左邊或右邊，從而決定下一步的進給方向。下方、左邊或右邊，從而決定下一步的進給方向。 (2)逐點比較法是逐點比較法是以階梯折線來逼近以階梯折線來逼近直線或圓弧直線或圓弧等曲線，它與給定的軌跡之間的最大誤差為一個脈等曲線，它與給定的軌跡之間的最大誤差為一個脈沖當量。沖當量。因此步長愈小加

13、工精度就愈高。因此步長愈小加工精度就愈高。走一步走一步 - - 比較一次比較一次 - - 決定下一步的走向決定下一步的走向逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補插補步驟插補步驟( (四節(jié)拍四節(jié)拍) )： 偏差判別偏差判別 - - 坐標進給坐標進給 - - 新偏差計算新偏差計算 - - 終點判斷終點判斷 走一步走一步 - - 比較一次比較一次 - - 決定下一步的走向決定下一步的走向- - 插補結束插補結束判斷判斷 圖圖5-3 5-3 第一象限內的直線插補第一象限內的直線插補 4.2.1 4.2.1 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補1.1.偏差計算式偏差計算式若點若點m m在在OAOA直線段上

14、，則有直線段上，則有x xm m/y/ym m=x=xe e/y/ye e 即即y ym mx xe e-x-xm my ye e0 0 于是取于是取偏差計算式為偏差計算式為 F Fm m=y=ym mx xe e-x-xm my ye e2.2.偏差判別偏差判別 偏差判別式：偏差判別式： 若若F Fm m = 0 = 0，則點，則點m m在在OAOA直線段上；直線段上； 若若F Fm m 0 0，則點，則點m m在在OAOA直線段的上方；直線段的上方；若若F Fm m 0 = 0 = 0時，沿時，沿+x+x軸方向走一步；軸方向走一步； 當當F Fm m 0 = 0 = 0，這時沿，這時沿+x

15、+x軸方向走一步至軸方向走一步至m m1 1點。點。 ( x( xm+1m+1， y ym+1m+1) = ( x) = ( xm m+1, y+1, ym m ) ) F Fm+1m+1= y= ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e= y= ym mx xe e-(x-(xm m+1)y+1)ye e = y = ym mx xe e-x-xm my ye e -y-ye e= = F Fm m y ye e （2 2）設加工點在）設加工點在m m點，若點，若F Fm m 0 = 0 = 0，F(xiàn) Fm+1m+1= F= Fm m y ye e 若若F Fm m 0 =0

16、F=0還是還是F0F0；（2 2）坐標進給：）坐標進給：根據(jù)所在象限和偏差判別的結根據(jù)所在象限和偏差判別的結果，決定進給坐標軸及其方向；果，決定進給坐標軸及其方向；（3 3）偏差計算：）偏差計算：計算進給一步后新的偏差，作計算進給一步后新的偏差，作為下一步進給的偏差判別依據(jù)；為下一步進給的偏差判別依據(jù)；（4 4）終點判斷：）終點判斷：進給一步后，終點計數(shù)器減進給一步后，終點計數(shù)器減1 1，判斷是否到達終點，到達終點則停止運算；若判斷是否到達終點，到達終點則停止運算；若沒有到達終點，返回（沒有到達終點，返回（1 1）。如此不斷循環(huán)直）。如此不斷循環(huán)直到到達終點。到到達終點。偏差偏差第第1象限象限

17、第第2象限象限第第3象限象限第第4象限象限偏差公式偏差公式Fm0+x-x-x+xFm+1= Fm-yeFm0+y+y-y-yFm+1= Fm+xe2.2.四個象限的直線插補四個象限的直線插補 4象限內的直線插補象限內的直線插補 2象限：象限：1象限以象限以y軸鏡象軸鏡象4象限：象限：1象限以象限以x軸鏡象軸鏡象3象限：象限：1象限旋轉象限旋轉180度度 偏差計算：偏差計算： Fm0，F(xiàn)m+1=Fm-|ye| Fm00，M M點在圓弧外點在圓弧外 F Fm m0 - 坐標進給坐標進給 - - 偏差計算偏差計算 -坐坐標計算標計算- - 終點判斷終點判斷 直線插補：直線插補：偏差計算使用終點坐標偏

18、差計算使用終點坐標x xe e，y ye e 圓弧插補：圓弧插補：偏差計算使用前一點坐標偏差計算使用前一點坐標x xm m，y ym m2.四個象限的圓弧插補四個象限的圓弧插補(1)(1)第一象限順圓弧的插補計算第一象限順圓弧的插補計算 若若Fm0,則沿則沿-y方向進給一步，到方向進給一步，到(m+1)點，新加工點點，新加工點坐標將是坐標將是(xm , ym-1)，可求出新的偏差為，可求出新的偏差為 Fm+1=Fm-2ym+1 若若Fm0，則沿，則沿+x方向進給一步至方向進給一步至(m+1)點，新加工點，新加工點的坐標將是點的坐標將是(xm+1, ym)，同樣可求出新的偏差為，同樣可求出新的偏

19、差為 Fm+1=Fm+2xm+1(2)(2)四個象限的圓弧插補四個象限的圓弧插補 圓弧類型Fm0時的進給方向、偏差計算和坐標計算Fm0時的進給方向、偏差計算和坐標計算SR1-y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR2+x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1SR3+y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR4-x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=y

20、m+1NR1-x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR2-y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1NR3+x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR4+y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1表表4-3 4-3 四象限八種圓弧插補計算公式和進給方向四象限八種圓弧插補計算公式和進給方向圓弧插補計算的程序實現(xiàn)圓弧插補計算的程序實現(xiàn) 內存單元數(shù)據(jù)內存

21、單元數(shù)據(jù) X0X0：起點：起點X X坐標坐標 Y0Y0：起點：起點Y Y坐標坐標 NXYNXY: : 總步數(shù)，總步數(shù)， Nxy Nxy Nx + Ny Nx + Ny FMFM：加工點偏差；：加工點偏差； XMXM：xm xm YMYM： ym ym RNSRNS：圓弧種類，：圓弧種類，1 1、2 2、3 3、4 4和和5 5、6 6、7 7、8 8分別代表分別代表 SR1SR1、SR2SR2、SR3SR3、SR4SR4和和NR1NR1、NR2NR2、NR3NR3、NR4NR4。 ZFZF：進給方向，：進給方向， 1 1、2 2、3 3、4 4代表在代表在+x+x、x x、+y+y、-y-y方

22、方向進給。向進給。例例4.2 4.2 加工第加工第1 1象限逆圓弧象限逆圓弧ABAB，起點為，起點為A A（4 4，0 0），），終點為終點為B (0B (0，4)4)，試進行插補并作走步軌跡圖。，試進行插補并作走步軌跡圖。 解：進給總步數(shù)解：進給總步數(shù) N Nxy xy |4-0|+|4-0|=8|4-0|+|4-0|=8圖圖4-7 例例4-2圖圖步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算終點判別0F0=0 x0=4, y0=0Nxy=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=-7x1=x0-1=3, y1=0Nxy=72F10+yF2=F1+2y1+1=-6x2=3, y2=y1+1=1Nxy=6

23、3F20+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3, y3=y2+1=2Nxy=54F30+yF4=F3+2y3+1=2x4=3, y4=y3+1=3Nxy=45F40-xF5=F4-2x4+1=-3x5=x4-1=2, y5=3Nxy=36F50+yF6=F5+2y5+1=4x6=2, y6=y5+1=4Nxy=27F60-xF7=F6-2x6+1=1x7=x6-1=1, y7=4Nxy=18F70-xF8=F7-2x7+1=0 x8=x7-1=0, y8=4Nxy=0表表4.4 圓弧插補計算過程圓弧插補計算過程4.3 4.3 步進電動機控制步進電動機控制 步進電機：是一種將電脈沖信號轉換為角

24、位移步進電機：是一種將電脈沖信號轉換為角位移的機電式數(shù)摸（的機電式數(shù)摸（D/AD/A）轉換器。）轉換器。 又稱為脈沖電機。又稱為脈沖電機。 輸入：脈沖輸入：脈沖 輸出：位移輸出：位移 脈沖數(shù)：決定位移量脈沖數(shù)：決定位移量 脈沖頻率：決定位移的速度脈沖頻率：決定位移的速度4.3.1 4.3.1 步進電機的工作原理步進電機的工作原理 三相反應式步進電機：三相反應式步進電機： 定子：三對磁極，六定子：三對磁極，六個齒；轉子：四個齒，分別為個齒；轉子：四個齒，分別為0 0、1 1、2 2、3 3齒。齒。圖圖4-8 三相反應式步進電機三相反應式步進電機工作過程工作過程三相反應式步進電動機原理：三相反應式

25、步進電動機原理：磁力線總是要通過磁阻最小磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合的路徑閉合 結論：結論： 定子按定子按A-B-C-AA-B-C-A相輪流通電，則相輪流通電，則磁場沿磁場沿A A、B B、C C方向轉動方向轉動360360角，轉子沿角，轉子沿ABCABC方向轉動了一個齒距的位置。齒數(shù)為方向轉動了一個齒距的位置。齒數(shù)為4 4，齒距角為，齒距角為9090，即，即1 1個齒距轉動了個齒距轉動了9090。 (1) (1)步進電機的步進電機的“ 相相”和和“ 拍拍” “ 相相”繞組的個數(shù)；繞組的個數(shù)； “ 拍拍”繞組的通電狀態(tài)。繞組的通電狀態(tài)。 三拍三拍: :一個周期共有一個周期共有3 3種通電

26、狀態(tài)，種通電狀態(tài)， 六拍六拍: :表示一個周期有表示一個周期有6 6種通電狀態(tài)，種通電狀態(tài)， 每個周期步進電機轉動一個齒距。每個周期步進電機轉動一個齒距。(2)(2)步進電機的步距角：步進電機的步距角： 步距角步距角360/(NZ) 360/(NZ) ：步進電機每拍步進的角步進電機每拍步進的角度。度。N N：步進電機的拍數(shù)為：步進電機的拍數(shù)為Z Z：轉子的齒數(shù)為。：轉子的齒數(shù)為。ACABCB例如：例如：N=3,Z=40 N=3,Z=40 步距角步距角360/(3360/(340) =340) =3度度 步進電機有三相、四相、五相、六相等多種步進電機有三相、四相、五相、六相等多種 對于相數(shù)固定的

27、步進電機，可工作于單相通電方對于相數(shù)固定的步進電機，可工作于單相通電方式，雙相通電工作方式，單相雙相交叉通電工作式，雙相通電工作方式，單相雙相交叉通電工作方式。方式。 以三相電機為例，有單三拍，雙三拍，三相六拍以三相電機為例，有單三拍，雙三拍，三相六拍三種工作方式。三種工作方式。4.3.4 4.3.4 步進電機的工作方式步進電機的工作方式 1. 1. 單三拍單三拍步進電機正向旋轉，各相的通電順序為：步進電機正向旋轉，各相的通電順序為： AB C A ABCCPA B C A B C A B C 三相單三拍三相單三拍D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 0 1 01H 0 1 0 02H 1

28、0 0 04H 0 0 1 01H CABBCA3412CABBCA34121C342CABBA思考：在三相三拍工思考：在三相三拍工作狀態(tài)下，如果讓電作狀態(tài)下，如果讓電機反轉，各相的通電機反轉，各相的通電順序如何，控制字如順序如何，控制字如何？何？2. 2. 雙三拍雙三拍每拍有兩相繞組通電，各相通電順序為每拍有兩相繞組通電，各相通電順序為 AB BC CA AB D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 1 1 03H 1 1 0 06H 1 0 1 05H 0 1 1 03H AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412思考：在三相雙三拍思考

29、：在三相雙三拍工作狀態(tài)下，如果讓工作狀態(tài)下，如果讓電機反轉，各相的通電機反轉，各相的通電順序如何，控制字電順序如何，控制字如何？如何？3. 3. 三相六拍三相六拍單相雙相交叉通電，各相通電順序為單相雙相交叉通電，各相通電順序為 A AB B BC C CA A D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 0 1 01H 0 1 1 03H 0 1 0 02H 1 1 0 06H 1 0 0 04H 1 0 1 05H 0 0 1 01HCABBCA3412CABBCA3412CABBCA34123412CABBCA思考：在三相六拍工思考：在三相六拍工作狀態(tài)下，如果讓電作狀態(tài)下，如果讓電機反轉，各相

30、的通電機反轉，各相的通電順序如何，控制字如順序如何，控制字如何？何？4.3.24.3.2步進電機控制系統(tǒng)原理圖步進電機控制系統(tǒng)原理圖步進控制器：脈沖分配功能步進控制器：脈沖分配功能 方向選擇功能方向選擇功能 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅 動步進電機，進行功率放大。動步進電機，進行功率放大。圖圖5-22 步進電機控制系統(tǒng)組成步進電機控制系統(tǒng)組成步進電機驅動控制步進電機驅動控制計算機軟件功能：計算機軟件功能：脈沖發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、 脈沖分配器、脈沖分配器、 方向方向 控制控制優(yōu)點：優(yōu)點：簡化控制電路，降低成本，提高系統(tǒng)的可靠簡化控制電路，降低成

31、本，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。性和靈活性。計算機控制步進電機原理：計算機控制步進電機原理：4.3.3 4.3.3 步進電機的驅動電路步進電機的驅動電路電壓電壓E E：1010100V100V左右，有的高達左右，有的高達200V200V。 晶體管晶體管T T：開關；：開關； L L： 步進電機的一相繞組；步進電機的一相繞組； R RL L ：繞組電阻；：繞組電阻； R RC C ：限流電阻；：限流電阻； D D： 續(xù)流二極管。續(xù)流二極管。 缺點：工作效率低。電阻缺點：工作效率低。電阻R RC C消耗消耗相當大的一部分能量，且相當大的一部分能量，且R RC C的發(fā)熱直的發(fā)熱直接影響電路的穩(wěn)定工作狀

32、態(tài)，所以接影響電路的穩(wěn)定工作狀態(tài)，所以單電壓功率放大電路一般只用來驅單電壓功率放大電路一般只用來驅動小功率步進電機。動小功率步進電機。單單相相放放大大三相步進電機單片機控制系統(tǒng)接口電路示意圖三相步進電機單片機控制系統(tǒng)接口電路示意圖 圖中，單片機主要完成以下功能：圖中，單片機主要完成以下功能： (1)(1)脈沖序列的產(chǎn)生脈沖序列的產(chǎn)生 步進電動機的通電換相順序嚴格按照步進電動機步進電動機的通電換相順序嚴格按照步進電動機的工作方式進行，通常將通電換相過程稱為脈沖分配。的工作方式進行，通常將通電換相過程稱為脈沖分配。例如，三相步進電動機的單三拍工作方式，各相通電例如，三相步進電動機的單三拍工作方式，

33、各相通電順序為順序為A-B-C-AA-B-C-A，單片機通過，單片機通過P1.0P1.0、P1.1P1.1、P1.2P1.2輸出輸出脈沖必須按照這一順序分別控制脈沖必須按照這一順序分別控制A A、B B、C C相的通電和相的通電和斷電。單片機用軟件實現(xiàn)脈沖輸出的方法是先輸出一斷電。單片機用軟件實現(xiàn)脈沖輸出的方法是先輸出一高電平，然后利用軟件延時一段時間，而后輸出低電高電平，然后利用軟件延時一段時間，而后輸出低電平，再延時。延時時間的長短由步進電機的工作速率平，再延時。延時時間的長短由步進電機的工作速率來決定。來決定。 (2) (2)步進電動機的方向控制步進電動機的方向控制 通過前面介紹的步進電

34、動機原理可知，如果通過前面介紹的步進電動機原理可知，如果按照給定的工作方式正序通電換相，步進電動機按照給定的工作方式正序通電換相，步進電動機就正轉；如果按照反序通電換相，步進電機就反就正轉；如果按照反序通電換相，步進電機就反轉。例如三相步進電動機工作在單三拍方式，通轉。例如三相步進電動機工作在單三拍方式，通電換相的正序是電換相的正序是A-B-C-AA-B-C-A，電動機正轉；如果按反，電動機正轉；如果按反序序A-C-B-AA-C-B-A，電動機就反轉。，電動機就反轉。 (3) (3)步進電動機的速度控制步進電動機的速度控制 如果給步進電動機發(fā)一個控制脈沖，它就轉如果給步進電動機發(fā)一個控制脈沖，

35、它就轉動一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈動一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔時間越短，步進電機就轉得越快。因此，沖的間隔時間越短，步進電機就轉得越快。因此，輸出脈沖的頻率決定了步進電動機的轉速。單片輸出脈沖的頻率決定了步進電動機的轉速。單片機很容易調整輸出脈沖的頻率，從而可以方便地機很容易調整輸出脈沖的頻率，從而可以方便地對步進電動機進行調速控制。對步進電動機進行調速控制。步進電機控制接口步進電機控制接口微機同時控微機同時控制制X X軸和軸和Y Y軸兩軸兩臺步進電機，臺步進電機，選用可編程并選用可編程并行接口芯片行接口芯片82558255三相六拍控制方式的輸出控制字。三相

36、六拍控制方式的輸出控制字。X軸步進電機輸出字表軸步進電機輸出字表Y軸步進電機輸出字表軸步進電機輸出字表存儲地址存儲地址標號標號PA口輸出字口輸出字存儲地址存儲地址標號標號PB口輸出字口輸出字ADX1ADX2ADX3ADX4ADX5ADX600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HADY1ADY2ADY3ADY4ADY5ADY600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HZF=1ZF=1、2 2、

37、3 3、4 4分別表示分別表示+x+x、-x-x、+y+y、-y-y走步方走步方向。向。4.3.5 4.3.5 步進電動機控制程序設計步進電動機控制程序設計步進電機控制程序流程圖思考題：試寫出四相八拍控制模型，編制控制程序（實驗內容）。補充：步進電機升降速設計補充：步進電機升降速設計 理論：理論：步進電機的速度是靠輸入的脈沖信號的變化來步進電機的速度是靠輸入的脈沖信號的變化來改變的，每給一個改變的，每給一個CP，步進電機就旋轉一個步距角。，步進電機就旋轉一個步距角。 實際：實際：如果如果CP信號變化太快，步進電機由于慣性降跟信號變化太快，步進電機由于慣性降跟隨不上電信號的變化，會產(chǎn)生堵轉和丟步

38、現(xiàn)象。隨不上電信號的變化，會產(chǎn)生堵轉和丟步現(xiàn)象。 措施：措施：啟動時設計升速過程，停止時有降速過程。啟動時設計升速過程，停止時有降速過程。步進電機選擇過程步進電機選擇過程步步進進電電機機參參數(shù)數(shù)（1）力矩與功率換算）力矩與功率換算力矩與功率換算公式：力矩與功率換算公式：P= M =2n/60 P=2nM/60其其P為功率（瓦），為功率（瓦），為每秒角速度（弧度），為每秒角速度（弧度），n為每為每分鐘轉速，分鐘轉速，M為力矩（牛頓為力矩（牛頓米）米）或或P=2fM/400(半步工作）半步工作）其中其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)步步進進電電機機參參數(shù)數(shù)（2 2）步距角的選擇）步距角的選擇 電機的步距角取決于電機的步距角取決于負載精度的要求負載精度的要求，將，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。機的步距角應等于或小于此角度。 市場上步進電機的步距角一般有市場上步進電機的步距角一般有0.360.36度度/0.72/0.72度（五相電機）、度（五相電機）、0.90.9度度/1.8/1.8度（二、四度（二、四相電機）、相電機）、1.51.5度度/3/3度度 （三相電機）等。