機電一體化第3章 伺服系統(tǒng)(2步進電動機及其驅(qū)動控制2)

1、 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制步進式伺服驅(qū)動系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)由系統(tǒng)由 “ “步進電機驅(qū)動線路步進電機驅(qū)動線路” ” + “+ “步進電機步進電機” ” 組成，對工作臺組成，對工作臺位移、速度和運動方向進行控制位移、速度和運動方向進行控制四、步進電動驅(qū)動與控制四、步進電動驅(qū)動與控制 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機的驅(qū)動步進電動機的驅(qū)動 步進電機的驅(qū)動電路步進電機的驅(qū)動電路：主要由脈沖分配器和功率放大器兩：主要由脈沖分配器和功率放大器兩部份組成。部份組成。變頻控制信號變頻控制信號：主要有脈沖頻率信號和方向控制信號。：主

2、要有脈沖頻率信號和方向控制信號。 脈沖分配器 功率放大器變頻信號方向信號步進電機驅(qū)動電路的組成步進電機驅(qū)動電路的組成脈沖分配器脈沖分配器的作用是產(chǎn)生多路順序脈沖信號，從而使電機繞組的通的作用是產(chǎn)生多路順序脈沖信號，從而使電機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。電順序按一定規(guī)律變化。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制 利用計算機軟件，差表或計算進行脈沖的環(huán)形分配 成本低、利于多相的脈沖分配 、占用計算機機時 小規(guī)模集成電路環(huán)形分配器 搭接靈活、不占用計算機機時 專用環(huán)形分配器 使用方便、接口簡單.如：CH250三相繞組分頻器 ；L297和PMM8714兩相繞組分頻器；P

3、MM8713五相繞組電機分頻器等。（一）環(huán)形脈沖分配方法 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制1、軟件脈沖分配的控制、軟件脈沖分配的控制 計算機控制的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)中，使用軟件實現(xiàn)脈沖分配。常計算機控制的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)中，使用軟件實現(xiàn)脈沖分配。常用查表法。用查表法。對于三相六拍環(huán)形分配器，每當接收到一個進給脈沖指令，對于三相六拍環(huán)形分配器，每當接收到一個進給脈沖指令，環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及方向控制輸出接口將環(huán)形分配器軟件根據(jù)下表所示真值表，按順序及方向控制輸出接口將A A、B B、C C的值輸出即可。把表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的的值輸出即可。

4、把表中的數(shù)值按順序存入內(nèi)存的EPROMEPROM中，并分別中，并分別設(shè)定表頭的地址為設(shè)定表頭的地址為TAB0TAB0。計算機的。計算機的P1P1口按從表頭開始逐步加口按從表頭開始逐步加1 1的順序變的順序變化，電動機正相旋轉(zhuǎn)，如果按從化，電動機正相旋轉(zhuǎn)，如果按從TAB5TAB5，逐步減，逐步減1 1的順序變化，電動機則的順序變化，電動機則反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)。步序 導電相 工作狀態(tài) 數(shù)值（16進制） 程序的數(shù)據(jù)表 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) C B A TAB A0 0 1 01HTAB0 DB01H AB0 1 1 03HDB03H B0 1 0 02HDB02H BC1 1 0 06HDB06H C1 0 0 04

5、HDB04H CA1 0 1 05HTAB5 DB05H 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制2、脈沖分配控制硬件（環(huán)形分配器）CNC裝置電源環(huán)形分配器A相驅(qū)動B相驅(qū)動C相驅(qū)動FULL/HALFDIRCLKM三相硬件環(huán)形分配器的驅(qū)動控制C1,C2,C3為雙為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制3、 專用環(huán)形分配器器件 n目前市場提供的國產(chǎn)目前市場提供的國產(chǎn)TTL脈沖分配器有三相脈沖分配器有三相（YBO13）、四相（）、四相（YBO14）、五相（）、五相（YBO15）和）和六相（六相（YBO16），均為），均為18個

6、管腳的直插式封裝。個管腳的直插式封裝。CMOS集成脈沖分配器也有不同型號，例如集成脈沖分配器也有不同型號，例如CH250型型用來驅(qū)動三相步進電動機，封裝形式為用來驅(qū)動三相步進電動機，封裝形式為16腳直插式。腳直插式。n這兩種脈沖分配器的工作方式基本相同，當各個引腳這兩種脈沖分配器的工作方式基本相同，當各個引腳連接好之后，主要通過一個脈沖輸入端，控制步進的連接好之后，主要通過一個脈沖輸入端，控制步進的速度；一個輸入端控制電動機的轉(zhuǎn)向；并有與步進電速度；一個輸入端控制電動機的轉(zhuǎn)向；并有與步進電動機相數(shù)相同數(shù)目的輸出端分別控制電動機的各相。動機相數(shù)相同數(shù)目的輸出端分別控制電動機的各相。 4 伺服系統(tǒng)

7、伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制nJ3r、J3L兩端子是三相雙三拍的控制端，兩端子是三相雙三拍的控制端，J6r、J6L是三相六拍的控制端。是三相六拍的控制端。三相雙三相雙三拍工作時：三拍工作時：若若J3r“1”，而，而J3L“0”，則電機正轉(zhuǎn)；若，則電機正轉(zhuǎn)；若J3r“0”，J3L“1”， 則電機反轉(zhuǎn)；則電機反轉(zhuǎn)；三相六拍供電時：三相六拍供電時：若若J6r“1”，J6L“0”，則電機正轉(zhuǎn)；，則電機正轉(zhuǎn)；若若J6r“0”，J6L“1”，電機反轉(zhuǎn)。，電機反轉(zhuǎn)。R2是雙三拍的復位端，是雙三拍的復位端，R1 是六拍的復位是六拍的復位端，使用時，首先將其對應(yīng)復位端接入高電平，使其進入

8、工作狀態(tài)，然后換接端，使用時，首先將其對應(yīng)復位端接入高電平，使其進入工作狀態(tài)，然后換接到工作位置。到工作位置。CL端是時鐘脈沖輸入端，端是時鐘脈沖輸入端，EN是時鐘脈沖允許端，用以控是時鐘脈沖允許端，用以控 制時鐘制時鐘脈沖的允許與否。當脈沖脈沖的允許與否。當脈沖CP由由CL端輸入，只有端輸入，只有EN端為高電平時，時鐘脈沖的端為高電平時，時鐘脈沖的上升沿才起作用。上升沿才起作用。CH250也允許以也允許以EN端作脈沖端作脈沖CP的輸入端，此時，的輸入端，此時， 只有只有CL為為低電平時，時鐘脈沖的下降沿才起作用。低電平時，時鐘脈沖的下降沿才起作用。A、B、C為環(huán)形分配器的三個輸出端，為環(huán)形分

9、配器的三個輸出端，經(jīng)過脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進電動機的三相線經(jīng)過脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進電動機的三相線 上。上。 方 向 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制驅(qū)動電路：一種脈沖放大電路，使脈沖具有一定的功率驅(qū)動能力。驅(qū)動電路：一種脈沖放大電路，使脈沖具有一定的功率驅(qū)動能力。要求：要求： 提高步進電動機的快速性；提高步進電動機的快速性； 提高步進電動機的平穩(wěn)性。提高步進電動機的平穩(wěn)性。 步進電機使用脈沖電源工作，步進電機使用脈沖電源工作，環(huán)型脈沖分配器輸出的電流很小，環(huán)型脈沖

10、分配器輸出的電流很小，必需經(jīng)過功率放大。必需經(jīng)過功率放大。其驅(qū)動電路方式有多種其驅(qū)動電路方式有多種, ,過去常采用過去常采用單電壓、高單電壓、高低壓驅(qū)動電源（電壓型）低壓驅(qū)動電源（電壓型），現(xiàn)在則多采用，現(xiàn)在則多采用恒流斬波恒流斬波和和調(diào)頻調(diào)壓（電調(diào)頻調(diào)壓（電流型）流型）等形式的驅(qū)動電源。等形式的驅(qū)動電源。（二）功率放大器（二）功率放大器( (驅(qū)動電路）驅(qū)動電路） 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制www1 1 單電壓限流型驅(qū)動電路（單電壓功率放大電路）單電壓限流型驅(qū)動電路（單電壓功率放大電路）二極管二極管VDVD，續(xù)流泄放，保護功放管，續(xù)流泄放，保護功放管限流電

11、阻限流電阻R R，避免電機燒避免電機燒壞壞, ,一般一般5-5-2020功率放大器功率放大器3DK4,3DD153DK4,3DD15特點：電路結(jié)構(gòu)簡單，但串聯(lián)特點：電路結(jié)構(gòu)簡單，但串聯(lián)R2R2消耗能量降低放大消耗能量降低放大功率；電感較大使電路對脈沖反應(yīng)較慢功率；電感較大使電路對脈沖反應(yīng)較慢, ,輸出波形輸出波形差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型步進電機控制。差。主要用于轉(zhuǎn)速要求不高的小型步進電機控制。 繞組繞組W W 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制2 2 高低壓功率放大器高低壓功率放大器采用脈沖變壓器TI組成的高低壓控制電路原理圖 有脈沖輸入時T1、T2、T3、

12、T4飽和導通 脈沖變壓器TI二次側(cè)感生一個電壓T3導通80v的高壓T3W，使電流迅速上升當T2進入穩(wěn)定狀態(tài)后，TI二次側(cè)的感應(yīng)電壓為零T3截止l2v低壓D1W輸入脈沖結(jié)束后， T1、T2、T3、T4又都截止，儲存在W中的能量18歐電阻和D2放電（18歐電阻的作用是減小放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形的后沿。）該電路由于采用高壓驅(qū)動，電流增長加快，脈沖電流的前沿變陡，電機的轉(zhuǎn)矩和運行頻率部得到了提高。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制 當輸入端為低電平時當輸入端為低電平時，低壓部分的，低壓部分的VM0SVM0S管管V2(IRF250)V2(IRF250)柵極為低電

13、平，柵極為低電平，V2V2截止。同時單穩(wěn)態(tài)電路截止。同時單穩(wěn)態(tài)電路N1N1不觸發(fā)，不觸發(fā)，Q Q端端6 6腳輸出高電平，開關(guān)管腳輸出高電平，開關(guān)管T1(3DAl50)T1(3DAl50)飽飽和導通和導通，高壓管，高壓管Vl(IRF250)Vl(IRF250)柵極為低電平，柵極為低電平，V1V1截止，截止，繞組中也無電流通過繞組中也無電流通過。 低電平高高電電平平低電平V2截止N1N1不觸發(fā)不觸發(fā)T1T1導通導通V1截止繞組中繞組中也無電也無電流通過流通過 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制當輸入端輸入一進給脈沖時當輸入端輸入一進給脈沖時，v2v2的柵極為高電平，則

14、的柵極為高電平，則低壓管低壓管V2V2導通導通。同時脈沖的上。同時脈沖的上升沿使單穩(wěn)態(tài)電路升沿使單穩(wěn)態(tài)電路45284528觸發(fā)，觸發(fā)，Q Q端端6 6腳輸出低電平，腳輸出低電平，這時這時開關(guān)管開關(guān)管T1(3DAl50)T1(3DAl50)截止，高截止，高壓管壓管Vl(IRF250)Vl(IRF250)導通導通，這時由于，這時由于A A點電位比點電位比12v12v高，故二極管高，故二極管D5D5截止截止，電流通過高壓電流通過高壓管管V1V1（IRF250)IRF250)流經(jīng)繞組及低壓管流經(jīng)繞組及低壓管v2(zRF250)v2(zRF250)進入電源負極。進入電源負極。高電平高電平低低電電平平高電

15、平高電平V2V2導通導通45284528觸觸發(fā)發(fā)T1T1截止截止VlVl導通導通D D5 5D5D5截止截止 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路45284528定時結(jié)束，定時結(jié)束，6 6腳輸出高電平，使高壓管腳輸出高電平，使高壓管v1(IRF250)v1(IRF250)截止截止。這時這時A A點電位低于點電位低于12v12v，12v12v電流開始向繞組輸送低電壓電流，以維持繞電流開始向繞組輸送低電壓電流，以維持繞組穩(wěn)定在額定電流上。組穩(wěn)定在額定電流上。高壓導通的時間由單穩(wěn)態(tài)電路決定，通過調(diào)節(jié)高壓導通的時間由單穩(wěn)態(tài)電路決定，通過調(diào)節(jié)R R、C C

16、參數(shù)使高壓開通的時間恰好使繞組的電流上升到額定值左右再關(guān)閉。參數(shù)使高壓開通的時間恰好使繞組的電流上升到額定值左右再關(guān)閉。時間的調(diào)節(jié)要非常小心，時間稍長即可能燒毀晶體管。時間的調(diào)節(jié)要非常小心，時間稍長即可能燒毀晶體管。高電平高電平高高電電平平高電平高電平V2V2導通導通45284528定定時結(jié)束時結(jié)束T1T1導通導通VlVl截止截止D D5 5D5D5導通導通 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制 這種電路特點是高壓充電，低壓維持。這種電路特點是高壓充電，低壓維持。當環(huán)形分配器輸出高電當環(huán)形分配器輸出高電平時平時，兩只功率放大管，兩只功率放大管T T1 1，T T2

17、2同時導通，電機繞組以同時導通，電機繞組以80V80V高壓供電，高壓供電，繞組電流快速上升，前沿很陡。繞組電流快速上升，前沿很陡。 當接近額定電流時當接近額定電流時，單穩(wěn)延時時間到，單穩(wěn)延時時間到，T T1 1管截止，改由低壓管截止，改由低壓12V12V供電，維持繞組額定電流。若高低壓之比為供電，維持繞組額定電流。若高低壓之比為U U1 1/ /U U2 2，則電流上升，則電流上升也提高也提高U U1 1/ /U U2 2倍，上升時間明顯減小。倍，上升時間明顯減小。 當?shù)蛪簲嚅_時當?shù)蛪簲嚅_時，電感中儲能通過構(gòu)成的放電回路放電，因此也，電感中儲能通過構(gòu)成的放電回路放電，因此也加快了放電過程。這種

18、供電線路由于加快了繞組電流的上升和下降加快了放電過程。這種供電線路由于加快了繞組電流的上升和下降過程，有利于提高步進電機的啟動頻率和最高連續(xù)工作頻率。過程，有利于提高步進電機的啟動頻率和最高連續(xù)工作頻率。 由于額定電流是由低壓維持的，只需較小的限流電阻，功耗小。由于額定電流是由低壓維持的，只需較小的限流電阻，功耗小。該電路能在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且較該電路能在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的平均電流，能產(chǎn)生較大且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，缺點是高低壓電路波形連接處有凹形穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，缺點是高低壓電路波形連接處有凹形 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制3.

19、恒流源功率放大電路恒流源功率放大電路當當A處輸入為低電平時，處輸入為低電平時，T1(3DK2)截止，截止，這時由這時由T2(3DK4)及及T3(3DDl5)組成的達組成的達林頓管導通，電流由電源正端流經(jīng)電機林頓管導通，電流由電源正端流經(jīng)電機繞組及達林頓復合管經(jīng)由繞組及達林頓復合管經(jīng)由PNP型大功率型大功率管管T4(2955)組成的恒流源流向電源負端。組成的恒流源流向電源負端。而電流的大小取決于恒流源的恒流值，而電流的大小取決于恒流源的恒流值，當發(fā)射極電阻減小時，恒流值增大；當當發(fā)射極電阻減小時，恒流值增大；當電阻增大時，恒流值減小。電阻增大時，恒流值減小。由于恒流源由于恒流源的動態(tài)電阻很大，故

20、繞組可在較低的電的動態(tài)電阻很大，故繞組可在較低的電壓下取得較高的電流上升率。壓下取得較高的電流上升率。 恒流源功率放大電路的特點是在較低恒流源功率放大電路的特點是在較低的電壓上，有一定的上升率因而可用的電壓上，有一定的上升率因而可用在較高頻率的驅(qū)動上。在較高頻率的驅(qū)動上。由于電源電壓較由于電源電壓較低，功耗將減小，效率有所提高。由于低，功耗將減小，效率有所提高。由于恒流源管工作在放大區(qū)，管壓降較大，恒流源管工作在放大區(qū)，管壓降較大，功耗很大，故必須注意對恒流源管采用功耗很大，故必須注意對恒流源管采用較大的較大的散熱片散熱散熱片散熱。低電平低電平T2導通導通T1截止截止T3導通導通由于此時電路由

21、于此時電路為反相驅(qū)動，為反相驅(qū)動，故脈沖在進入故脈沖在進入恒流源驅(qū)動電恒流源驅(qū)動電源前應(yīng)反相后源前應(yīng)反相后再送入輸入端。再送入輸入端。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制4. 斬波恒流功率放大電路斬波恒流功率放大電路 圖中圖中VFlVFl、VF2VF2為開關(guān)管。電機為開關(guān)管。電機繞組繞組W W串接在串接在VF1VF1、VF2VF2之間，之間，T T為為VF1VF1的驅(qū)動管。的驅(qū)動管。CPCP為比較器。為比較器。它與周圍的電阻組成滯回比較它與周圍的電阻組成滯回比較器，其同相端接參考電壓器，其同相端接參考電壓UR(UR(可可由電位器由電位器RPRP調(diào)到所需要的數(shù)值調(diào)到

22、所需要的數(shù)值) )，反相端接在反相端接在0.30.3歐的檢測電阻歐的檢測電阻R1R1上。比較器的輸出經(jīng)上。比較器的輸出經(jīng)Y Y、T T進而進而控制高壓開關(guān)管控制高壓開關(guān)管VF1VF1的通斷，的通斷，D1D1、D2D2為兩極反相驅(qū)動器，與非門為兩極反相驅(qū)動器，與非門Y Y為高壓管的控制門。為高壓管的控制門。輸入為低電平時，輸入為低電平時，VF2VF2因柵極電因柵極電位為零而截止。此時，位為零而截止。此時，Y Y輸出為輸出為1 1，T T飽和導通，飽和導通，VF1VF1的柵極也是的柵極也是零電位，故零電位，故VFlVFl也截止，繞組也截止，繞組W W中無電流通過，電機不轉(zhuǎn)。中無電流通過，電機不轉(zhuǎn)。

23、低電平低電平VF2VF2截止截止T T導通導通Y Y輸出輸出為為1 1VFlVFl截止截止W W無電流通過無電流通過 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制輸入為輸入為高電平時，高電平時，VF2VF2飽和導通飽和導通。流。流過過VF2VF2的電流按指數(shù)規(guī)律上升，當在的電流按指數(shù)規(guī)律上升，當在檢測電阻檢測電阻RlRl上的降壓上的降壓U1U1還小于還小于URUR時，時，比較器輸出高電平，它與輸入脈沖的比較器輸出高電平，它與輸入脈沖的高電平一起加到高電平一起加到Y(jié) Y的兩個輸入端，使的兩個輸入端，使Y Y輸出為零，輸出為零，T T截止，高電壓截止，高電壓UDDUDD經(jīng)經(jīng)R2

24、R2、D1D1加到高壓管加到高壓管VF1VF1的柵極上，使的柵極上，使VF1VF1飽飽和導通，高壓和導通，高壓UDDUDD經(jīng)經(jīng)VFlVFl加到繞組加到繞組W W上，上，使電流急速上升。使電流急速上升。高電平高電平VF2VF2導通導通U1U1 URUR高電平高電平Y(jié) Y輸出為零輸出為零T T截止截止VF1VF1導通導通 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制當電流上升到預先調(diào)好的當電流上升到預先調(diào)好的額定值后額定值后，R1R1上的壓降上的壓降U1U1URUR，比較器輸出低電平，比較器輸出低電平，將與非門將與非門Y Y關(guān)上，關(guān)上，Y Y輸出的輸出的高電平使高電平使T T飽

25、和導通，飽和導通，VFlVFl截止。截止。此時，儲存在此時，儲存在W W中的中的能量經(jīng)能量經(jīng)VF2VF2、D4D4泄放，電流泄放，電流下降，下降，當電流下降到某一當電流下降到某一數(shù)值時，比較器又輸出高數(shù)值時，比較器又輸出高電平，經(jīng)電平，經(jīng)Y Y、T T使使VFlVFl再次導再次導通，高壓又加到通，高壓又加到W W上，電流上，電流又上升，升到額定值后，又上升，升到額定值后，比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出低比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，又使電平，又使VF1VF1關(guān)斷。這樣，關(guān)斷。這樣，在輸入脈沖持續(xù)期間，在輸入脈沖持續(xù)期間，VFlVFl不斷的開、關(guān)。不斷的開、關(guān)。開啟時，開啟時，UDDUDD加到加到w w上，

26、使上，使IwIw上升；上升；關(guān)斷時，關(guān)斷時，W W經(jīng)經(jīng)VF2VF2、D4D4泄放泄放能量，使能量，使IWIW下降；下降；當輸入當輸入脈沖結(jié)束后，脈沖結(jié)束后，VF1VF1、VF2VF2均均截止，儲存在截止，儲存在W W中的能量經(jīng)中的能量經(jīng)D3D3回饋給電源。回饋給電源。 高電高電平平VF2VF2導導通通U1U1URUR低電低電平平Y(jié) Y輸出高電平輸出高電平T T導通導通VFlVFl截止截止回饋給回饋給電源電源IwIw泄放泄放 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制繞組上的電壓和電流的波形如圖繞組上的電壓和電流的波形如圖3 32525所所示?？梢姡谳斎朊}沖持續(xù)期間，示。

27、可見，在輸入脈沖持續(xù)期間，VFlVFl多多次導通給次導通給W W補充電流，使電流平均值穩(wěn)定補充電流，使電流平均值穩(wěn)定在所要求的數(shù)值上。在所要求的數(shù)值上。該電路由于去掉了限流電阻，效率顯著提該電路由于去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給高，并利用高壓給W W儲能，波的前沿得到儲能，波的前沿得到了改善，從而可使步進電機的輸出加大，了改善，從而可使步進電機的輸出加大，運行頻率得以提高。運行頻率得以提高。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制5. 調(diào)頻調(diào)壓功放電路步進電機繞組電流的上沖值是隨工作頻率的升高而降低的，使輸出轉(zhuǎn)矩隨電機轉(zhuǎn)速的提高而下降。要保證步進電機高額運

28、行時的輸出轉(zhuǎn)矩，就需要提高供電電壓。調(diào)頻調(diào)壓電源的基本原理是當步進電機在低頻運行時，供電電壓降低，當運行在高頻段時，供電電壓也升高。即供電電壓隨著步進電機轉(zhuǎn)速的增加而升高。這樣，既解決了低頻振蕩問題，也保證了高頻運行時的輸出轉(zhuǎn)矩。 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制UCP是步進控制脈沖信號，是步進控制脈沖信號，UCTUCT是是開關(guān)凋壓信號。開關(guān)凋壓信號。UCPUCP和和UCTUCT都由都由CPUCPU輸出。輸出。當當UCTUCT輸出一個負脈沖信號，輸出一個負脈沖信號，晶體管晶體管VlVl和和V2V2導通，電源電導通，電源電壓壓U1U1作用在電感作用在電感LsLs和

29、電機繞和電機繞組組w w上，上，LsLs感應(yīng)出負電動勢，感應(yīng)出負電動勢，電流逐漸增大并對電容電流逐漸增大并對電容c c充電，充電時間由負脈沖寬充電，充電時間由負脈沖寬度度t tonon決定。決定。低電平低電平VlVl和和V2V2導通導通 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制UCP是步進控制脈沖信號，是步進控制脈沖信號，UCTUCT是是開關(guān)凋壓信號。開關(guān)凋壓信號。UCPUCP和和UCTUCT都由都由CPUCPU輸出。輸出。在在U UCTCT負脈沖過后，負脈沖過后，v1v1和和v2v2截截止，止，LsLs又產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其又產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向是方向是U2U2處為正

30、。此時，若處為正。此時，若V3V3導通，該感應(yīng)電動勢便經(jīng)電機導通，該感應(yīng)電動勢便經(jīng)電機繞組繞組W WRsRsV3V3VDVD1 1LsLs回路回路泄放，同時電容泄放，同時電容c c也向繞組也向繞組w w放放電。由此可見，電。由此可見，向電機供電的向電機供電的電壓電壓U2U2取決于取決于V1V1和和V2V2的開通時的開通時間即取決于負脈沖間即取決于負脈沖U UCT CT 的寬的寬度。負脈沖寬度越大，度。負脈沖寬度越大，U2U2越高。越高。因此，根據(jù)因此，根據(jù)U UCTCT的頻率，調(diào)整的頻率，調(diào)整U UCTCT的負脈沖寬度，便可實現(xiàn)的負脈沖寬度，便可實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓。調(diào)頻調(diào)壓。高電平高電平VlVl和和

31、V2V2截止截止 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制（三）細分驅(qū)動（三）細分驅(qū)動將一個步距角細分成若干步的驅(qū)動方法稱為細分驅(qū)動。將一個步距角細分成若干步的驅(qū)動方法稱為細分驅(qū)動。采用細分驅(qū)動電路的目的：采用細分驅(qū)動電路的目的：整步運轉(zhuǎn)或半步運轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，不改變步進電機整步運轉(zhuǎn)或半步運轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上，不改變步進電機結(jié)構(gòu)，提高步進電機的運轉(zhuǎn)、控制精度結(jié)構(gòu)，提高步進電機的運轉(zhuǎn)、控制精度 。細分驅(qū)動電路的基本工作原理細分驅(qū)動電路的基本工作原理 ：對每一控制脈沖，細分使其電流逐步增加對每一控制脈沖，細分使其電流逐步增加達到脈沖的最大電流（達到脈沖的最大電流（Imax），又逐步減少達到

32、脈沖的最小電流（），又逐步減少達到脈沖的最小電流（0），從），從而可實現(xiàn)高精度運轉(zhuǎn)、控制、分辨，以及提高步進精度。而可實現(xiàn)高精度運轉(zhuǎn)、控制、分辨，以及提高步進精度。wt 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制 工作原理：工作原理：由基極開關(guān)電壓由基極開關(guān)電壓U1U5控制多路功率開關(guān)管控制多路功率開關(guān)管VTd1VTd5的通斷，從而控制功放管的通斷，從而控制功放管VT的導通電流大小，即步的導通電流大小，即步進電機線圈繞組電流的大小，實現(xiàn)對步進電機步進量的細分。進電機線圈繞組電流的大小，實現(xiàn)對步進電機步進量的細分。 特點：特點：功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗很低，但器件多、

33、功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗很低，但器件多、體積大。體積大。 iwwwittU多路功率開關(guān)細分電路多路功率開關(guān)細分電路1、多路功率開關(guān)器件、多路功率開關(guān)器件 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制功率晶體管工作在放大狀態(tài)，功耗大，電源利用率低，但所用器件少功率晶體管工作在放大狀態(tài)，功耗大，電源利用率低，但所用器件少 wiw2.2.疊加放大細分驅(qū)動電路疊加放大細分驅(qū)動電路 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制目前實現(xiàn)階梯波供電的方法有如圖目前實現(xiàn)階梯波供電的方法有如圖3 32323所示的兩種。圖所示的兩種。圖(a)(a)為先為先放大后疊加。

34、即是將通過細分環(huán)形分配器所形成的各個等幅等寬放大后疊加。即是將通過細分環(huán)形分配器所形成的各個等幅等寬的脈沖，分別進行放大，然后在電機繞組中疊加起來形成階梯波。的脈沖，分別進行放大，然后在電機繞組中疊加起來形成階梯波。圖圖(b)(b)為先疊加后放大。這種方法用運算放大器來疊加，或采用公為先疊加后放大。這種方法用運算放大器來疊加，或采用公共負載的方法，把方波合成階梯波，然后對階梯波進行放大再去共負載的方法，把方波合成階梯波，然后對階梯波進行放大再去驅(qū)動步進電機，其中的放大環(huán)節(jié)可采用線性放大或斬波放大等方驅(qū)動步進電機，其中的放大環(huán)節(jié)可采用線性放大或斬波放大等方式。式。 細分環(huán)形 分配器放大放大放大放

35、大放大細分環(huán)形 分配器加法器w加法器wUttiw 4 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)步進電動機及其驅(qū)動控制步進電動機及其驅(qū)動控制（四）步進電機的微機控制（四）步進電機的微機控制 步進電機的工作過程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計者的步進電機的工作過程一般由控制器控制，控制器按照設(shè)計者的要求完成一定的控制過程，使功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)要求完成一定的控制過程，使功率放大電路按照要求的規(guī)律驅(qū)動步進電機運行。簡單的控制過程可以用各種邏輯電路來實現(xiàn)，動步進電機運行。簡單的控制過程可以用各種邏輯電路來實現(xiàn)，但其缺點是線路復雜，控制方案改變困難，自從微處理器間世但其缺點是線路復雜，控制方案改變困難，自從微處理器間世以來，給步進電機控制器設(shè)計開辟了新的途徑。主要分為：串以來，給步進電機控制器設(shè)計開辟了新的途徑。主要分為：串行控制行控制和和并行控制兩種方法。并行控制兩種方法。 n串行控制。串行控制。具有串行控制功能的單片機系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電具有串行控制功能的單片機系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電源之間具有較少的連線。將信號送入步進電機驅(qū)動電源的環(huán)形源之間具有較少的連線。將信號送入步進電機驅(qū)動電源的環(huán)形分配器，所以在這種系統(tǒng)個，驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。分配器，所以在這種系統(tǒng)個，驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。 n并行控制。并行控制。用微型計算機系統(tǒng)的數(shù)個端口直接