電機控制接口技術(shù)

電機控制接口技術(shù)第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二直流電機控制直流電機是一種常用的機電轉(zhuǎn)換器件，常在自動控制系統(tǒng)中用做執(zhí)行元件。在直流電機控制中，主要涉及的控制有正、反轉(zhuǎn)控制與速度控制。正、反轉(zhuǎn)控制是改變直流工作電壓極性來實現(xiàn)的，而速度控制可使用PWM方式進行控制，即在單位周期時間內(nèi)，調(diào)整通、斷電時間來實現(xiàn)。使用單片機產(chǎn)生PWM脈沖可簡化硬件電路、節(jié)約成本。正、反轉(zhuǎn)控制電路用單片機輸出PWM脈沖思考與實踐第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二正、反轉(zhuǎn)控制電路如圖所示為直流電機正反轉(zhuǎn)控制、功率驅(qū)動原理圖。直流電機驅(qū)動原理圖第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二正、反轉(zhuǎn)控制電路（1）若ZDJ_A為高電平，ZDJ_B為低電平時，電機正轉(zhuǎn)。因為，此時Q12、Q13導通，進而Q9導通、Q18截止；而Q19、Q21截止，進而Q10截止、Q20導通，電機兩端的電壓為左正、右負，電機正轉(zhuǎn)。（2）若ZDJ_A為低電平、ZDJ_B為高電平時，電機反轉(zhuǎn)。因為此時Q12、Q13截止，進而Q9截止、Q18導通；而Q19、Q21導通，進而Q10導通、Q20截止，電機兩端的電壓為左負、右正，電機反轉(zhuǎn)。（3）若ZDJ_A、ZDJ_B同時為高電平或為低電平時，電機不轉(zhuǎn)。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二用單片機輸出PWM脈沖1.程序功能P1.0輸出周期為1/250Hz=4000s、占空比可變的PWM脈沖，P1.1接按鍵KEY1用于增加占空比，P1.2接按鍵KEY2用于減小占空比。2.程序說明設(shè)機器振蕩頻率為12MHz，則機器周期為1s，用定時器T0產(chǎn)生200s定時時間作為定時脈沖，一個PWM周期為20個定時脈沖，通過控制高電平與低電平的脈沖數(shù)即可改變PWM輸出的占空比。（1）程序入口地址。MAIN：主程序入口地址INTT0：定時器T0中斷服務(wù)子程序入口地址DELAY10：鍵盤去抖動延時程序（2）變量說明。PWMH：高電平脈沖個數(shù)存儲變量PWM：PWM周期脈沖個數(shù)存儲變量COUNTER：定時脈沖計數(shù)器存儲變量（3）程序清單。第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二實踐與思考1.上機實踐按上節(jié)程序功能在DP-51PRO單片機實驗儀或其他單片機實驗裝置完成硬件電路連接以及軟件的調(diào)試。2.設(shè)計一直流控制電路（1）功能要求。具有正、反轉(zhuǎn)控制，有LED指示。PWM周期可調(diào)：1～20ms，調(diào)節(jié)間隔為1ms，超限有報警聲。占空比可調(diào)：1/100～99/100，調(diào)節(jié)間隔為1/100，超限有報警聲。（2）實踐要求。按要求完成設(shè)計，撰寫工程設(shè)計報告。在DP-51PRO單片機實驗儀或其他單片機實驗裝置上實踐。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機控制步進電機的控制原理步進電機與單片機的接口應(yīng)用ULN2003的步進電機控制電路實踐與思考步進電機是一種可將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移或線位移的電磁機械裝置，可以對其旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度進行高精度的控制，是工業(yè)過程控制和儀表中常用的執(zhí)行部件之一。步進電機可以直接接收數(shù)字信號，不必進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，具有快速啟停、精確步進和定位，步進的角距或電機的轉(zhuǎn)速只受輸入脈沖個數(shù)或脈沖頻率控制，與電壓的波動、負載變化、環(huán)境溫度和振動等因素無關(guān)。第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機的控制原理1.步進電機的工作原理三相步進電機結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。當某一相繞組通電時，與之對應(yīng)的兩個磁極形成N極和S極，產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子形成磁路。當通電的一相對應(yīng)的定子和轉(zhuǎn)子的齒未對齊時，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子和定子的齒相互對齊。同時該相的定子和轉(zhuǎn)子的齒對齊后，相鄰兩相的齒又變成沒有對齊，這時再對錯磁相進行通電，又會轉(zhuǎn)動一定的角度。依次對各相通電，就會使步進電機連續(xù)轉(zhuǎn)動?？梢婂e齒是使步進電機旋轉(zhuǎn)的原理。錯齒現(xiàn)象第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機的控制原理錯齒現(xiàn)象電機的定子上有6個等間距的磁極A、C′、B、A′、C、B′，相對兩個磁極形成一相（A－A′、B－B′、C－C′），相鄰的兩個磁極之間夾角為60°，每個磁極上有5個分布均勻的矩形小齒。電機的轉(zhuǎn)子上共有40個矩形小齒均勻地分布在圓周上，相鄰兩個小齒之間的夾角為9°。由于相鄰的定子磁極之間的夾角為60°，而定子和轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同，所以定子磁極所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子上的小齒數(shù)為個，這樣一來，定子和轉(zhuǎn)子就存在錯齒現(xiàn)象。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機的控制原理2.步進電機的控制原理三相三拍控制方式若A相通電，B、C相不通電，在磁場的作用下使轉(zhuǎn)子的齒和A相的齒對齊，以此作為初始狀態(tài)，此時B相和C相又與轉(zhuǎn)子的齒錯開1/3個齒距，即3°；接著如果B相通電，磁場作用又使轉(zhuǎn)子的齒與B相的齒對齊，則此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過了3°，即走了一步。同時又產(chǎn)生A相和C相的齒與轉(zhuǎn)子的齒錯開了1/3個齒距；若再使C相通電，又會使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動3°。這樣依次按A→B→C→A的順序輪流對各相磁極通以脈沖電流，則轉(zhuǎn)子就會按每個脈沖轉(zhuǎn)過3°的角度進行轉(zhuǎn)動。改變輸入各相的脈沖電流的頻率，可以控制步進電機的轉(zhuǎn)速，但過高的脈沖頻率可能導致步進電機的失步現(xiàn)象。如果以C→B→A→C的順序通以脈沖電流，則步進電機將反方向轉(zhuǎn)動。從一相通電轉(zhuǎn)到另一相通電稱為一拍，故上述的通電方式稱為三相三拍控制方式。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機的控制原理三相六拍控制方式以A→AB→B→BC→C→CA→A的順序?qū)Υ艠O通電，一個循環(huán)共有6拍，每拍的轉(zhuǎn)動角度為1.5°?？梢姴竭M電機的定位精度提高了1倍，同時也使步進電機的轉(zhuǎn)動變得平穩(wěn)柔和。若通電順序為A→AC→C→CB→B→BA→A時，則步進電機按反方向轉(zhuǎn)動。第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機與單片機的接口步進電機與單片機的接口電路步進電機的控制子程序第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機與單片機的接口電路三相步進電機與8031單片機的接口電路如圖所示。該接口電路是采用軟件方式控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。步進電機的驅(qū)動脈沖由8031單片機編程產(chǎn)生，并從P1口輸出。第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機的控制子程序1.程序功能采用三相六拍控制方式，完成三相步進電機方向、速度與總步數(shù)控制。2.程序說明（1）任務(wù)分析主要任務(wù)就是完成環(huán)形分配器的功能，從而控制步進電機的旋轉(zhuǎn)，達到對旋轉(zhuǎn)角度和位移的控制。按三相六拍控制模式設(shè)置，由于8031單片機的P1.0、P1.1和P1.2分別控制步進電機的A、B、C三相，則其正轉(zhuǎn)模型為01H、03H、02H、06H、04H、05H，反轉(zhuǎn)模型為01H、05H、04H、06H、02H、03H。步進電機步進的步數(shù)采用寄存器進行計數(shù)達到控制。BJDJKZ1：步進電機控制子程序入口地址（2）子程序入口地址。第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二步進電機的控制子程序（3）步進電機控制子程序入口參數(shù)說明R4：存放步進電機要走的步數(shù)PSW.5：存放步進電機的旋轉(zhuǎn)方向標志，0為正轉(zhuǎn)，1為反轉(zhuǎn)R5：存放速度控制數(shù)據(jù)，R2值控制節(jié)拍寬度，值越大，旋轉(zhuǎn)速度越慢（4）子程序中有關(guān)變量說明R3：記錄拍數(shù)，初值為0，最大值為6ADT：正轉(zhuǎn)控制模型表首地址AET：反轉(zhuǎn)控制模型表首地址DELAY：步進電機速度控制延時子程序入口地址3.程序清單第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二應(yīng)用ULN2003的步進電機控制電路ULN2003與二相六線制步進電機應(yīng)用ULN2003的步進電機控制電路第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二ULN2003與二相六線制步進電機1.ULN2003管腳與技術(shù)參數(shù)管腳分布圖如圖所示。主要技術(shù)指標如下：工作電壓：50V連續(xù)工作電流：50mA第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二ULN2003與二相六線制步進電機2.二相六線制步進電機二相六線制步進電機共有4“相”控制，則有單四拍、雙四拍和單雙八拍三種控制方式。單四拍：黃→橙→紅→藍→黃。雙四拍：黃橙→橙紅→紅藍→藍黃→黃橙。單雙八拍：黃→黃橙→橙→橙紅→紅→紅藍→藍→藍黃→黃。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二如圖所示為步進電機激勵驅(qū)動電路圖。應(yīng)用ULN2003的步進電機控制電路第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二應(yīng)用ULN2003的步進電機控制電路1.電路功能通過按鍵開關(guān)控制步進電機的啟、停與旋轉(zhuǎn)方向，用按鍵開關(guān)狀態(tài)設(shè)置步進電機的旋轉(zhuǎn)速度，分16擋。2.控制程序（1）程序說明。節(jié)拍控制是采用單四拍控制，是通過直接編程P1.0～P1.3輸出節(jié)拍控制信號。速度控制是通過控制延時時間來實現(xiàn)的，SPEED是速度控制延時子程序，讀取P2口輸入狀態(tài)，取低四位作為速度擋位數(shù)據(jù)。（2）程序清單。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期二實踐與思考DP-51PRO單片機實驗儀步進電機驅(qū)動電路如圖所示。DP-51PRO單片機實驗儀步進電機驅(qū)動電路第21頁，共22頁，2023