三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)(1)

1、自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用2002年第21卷第五期儀器儀表Instrumention三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)Driver De sign for A 3-pha se Reactive Stepping Motor河海大學(xué)計(jì)算機(jī)及信息工程學(xué)院張金波胡鋼李致金胡井軍Zhang Jinbo Hu Gang Li Zhijin Hu Jingjun摘要:介紹了三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一種設(shè)計(jì)方法。將LM331接成電壓/頻率(V/F 轉(zhuǎn)換方式,使輸入控制電壓轉(zhuǎn)換成一定寬度的脈沖信號(hào),利用P M M8713將輸入脈沖信號(hào)分配成一定相序的控制步進(jìn)電機(jī)各相通斷的脈沖信號(hào),通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)三相反應(yīng)式步進(jìn)電

2、機(jī)工作。關(guān)鍵詞:步進(jìn)電機(jī);LM331芯片;P M M8713芯片;功率驅(qū)動(dòng)Abstract :Introduce a kind o f method o f desugnment for driver device three phase asynchronization stepped electromotive machine ,it make LM 336link intovoltage -frequency switch mode.Input control voltage is switched certain width pulse signal.Input pulse signa

3、l is assigned into certain ON -OFF pulse signal o fall phases control stepped electromotive machine ,driving circuit drive three phase responsing stepped electromotive machine.K ewords :step -motor;LM 331;PMM 8713;power -driving中圖分類(lèi)號(hào):TP211文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):100327241(200205200482031引言隨著運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與成熟,

4、步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種完成數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制用途電動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是,步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制信號(hào)(電脈沖信號(hào),并將這些脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移。步進(jìn)電機(jī)另一重要的特點(diǎn)是其必須與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路配合使用,而且其工作性能在很大程度上取決于所使用的驅(qū)動(dòng)電路的類(lèi)型和實(shí)際參數(shù)。因此,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。本文主要介紹三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一種實(shí)用電路,該驅(qū)動(dòng)電路的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 圖1驅(qū)動(dòng)電路的系統(tǒng)框圖2脈沖分配器PM M8713P M M8713是由日本Sany o (三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的

5、步進(jìn)電機(jī)控制用的脈沖分配器(又稱邏輯轉(zhuǎn)換器,為雙列直插式16腳單片C M OS 集成芯片。P M M8713既可以用于3相控制,又可以用于4相控制。勵(lì)磁有1相、2相和1-2相三種方式,通過(guò)電路設(shè)計(jì)可任選其中一種激勵(lì)方式。此外,P M M8713還具有單時(shí)鐘或雙時(shí)鐘工作方式,帶有正反轉(zhuǎn)控制功能以及初始化復(fù)位功能。其內(nèi)部有(1時(shí)鐘選通,(2激勵(lì)方式控制,(3可逆環(huán)形計(jì)數(shù),(4激勵(lì)方式判斷等電路。P M M8713所有輸入端均采用施密特整形電路,因此抗干擾能力強(qiáng)。輸出電流大于20mA ,可直接驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)。引腳如圖2所示。各引腳功能說(shuō)明:C U84|Techniques of Automatio

6、n &Applications 儀器儀表Instrumention自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用2002年第21卷第五期(PI N1、C D (PI N2是雙時(shí)鐘工作的時(shí)鐘輸入端。C U 端接正轉(zhuǎn)時(shí)鐘;C D 端接反轉(zhuǎn)時(shí)鐘。CK (PI N3為單時(shí)鐘輸入端,此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由U/D (PI N4腳來(lái)控制。在電路處于單時(shí)鐘輸入控制的前提下,當(dāng)U/D =高電平時(shí),則輸出端輸出正轉(zhuǎn)脈沖序列;當(dāng)U/D =低電平時(shí),則輸出端輸出反轉(zhuǎn)脈沖序列。E A (PI N5和E B (PI N6為激勵(lì)方式選擇端。E A E B =00時(shí),為雙激勵(lì)方式;E A E B =11時(shí),為1-2相激勵(lì)方式;E A E B =0

7、1或10(即兩電平相反 時(shí),為單激勵(lì)方式。3/4(PI N7為三相或四相選擇控制端。當(dāng)該腳=0時(shí),為三相輸出;當(dāng)該腳=1時(shí),為思想輸出,通過(guò)該腳可以選擇控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)。A D (PI N1310為4個(gè)相驅(qū)動(dòng)端。3相用A C (D =0,4相用A D 端。E M (PI N14是激勵(lì)方式狀態(tài)標(biāo)志。雙激勵(lì)方式該端輸出為高電平;單激勵(lì)方式該端輸出為低電平;1-2相激勵(lì)時(shí)該端輸出兩倍時(shí)鐘周期的脈沖。C 0(PI N15為輸入時(shí)鐘檢測(cè)端。當(dāng)該電路有時(shí)鐘脈沖輸入時(shí),在C 0端可輸出同步于時(shí)鐘的脈沖。R (PI N9為復(fù)位控制端,加低電平使輸出端A D 復(fù)位為表1所示的初始狀態(tài)。(其中0表示低電平,

8、1表示高電平。 圖2P M M8713引腳圖表1P M M8712激勵(lì)方式選擇和初始狀態(tài)激勵(lì)方式輸入3/4E A E B R 輸出E M A B C D 1-2相0110110102相0000110101相010113電壓-頻率變換器LM331LM331是美國(guó)NS 公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片。LM331可用作精密的頻率電壓(F/V 轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器以及其他相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片,其引腳如圖3所示。LM 331內(nèi)部有(1輸入比較電路、(2定時(shí)比較電路、(3R -S 觸發(fā)電路、(4復(fù)零晶體管、(5輸出驅(qū)動(dòng)管、(6能隙基準(zhǔn)電路、(7精

9、密電流源電路、(8電流開(kāi)關(guān)、(9輸出保護(hù)點(diǎn)路等部分。輸出管采用集電極開(kāi)路形式,因此可以通過(guò)選擇邏輯電流和外接電阻,靈活改變輸出脈沖的邏輯電平,從而適應(yīng)TT L 、DT L 和C M OS 等不同的邏輯電路。此外,LM 331可采用單/雙電源供電,電壓范圍為440V ,輸出也高達(dá)40V 。I R (PI N1為電流源輸出端,在f 0(PI N3輸出邏輯低電平時(shí),電流源I R 輸出對(duì)電容C L 充電。引腳2(PI N2為增益調(diào)整,改變R S 的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。f 0(PI N3為頻率輸出端,為邏輯低電平,脈沖寬度由R t 和C t 決定。引腳4(PI N4為電源地。引腳5(PI N5為

10、定時(shí)比較器正相輸入端。引腳6(PI N6為輸入比較器反相輸入端。引腳7(PI N7為輸入比較器正相輸入端。引腳8(PI N8為電源正端。圖3LM331邏輯框圖4驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路由電壓-頻率變換電路LM331、脈沖分配器P M M8713和四電路通用運(yùn)算放大器LM348等構(gòu)成,如圖4所示。外接電阻R t 、電容C t 、內(nèi)部定時(shí)比較器、復(fù)零晶體管和R -S觸發(fā)器等構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路。當(dāng)輸入端V i +輸入的電壓大于V i -輸入端的電壓時(shí),f 0輸出邏輯低電平。同時(shí),電流源I R 對(duì)電容C L 充電。電源V CC 也通過(guò)電阻R t 對(duì)電容C t 充電。當(dāng)電容C t 兩端的充電電壓大于V

11、 CC 的2/3時(shí)。輸出端f 0輸出為邏輯高電平。此時(shí),電容C r 通過(guò)內(nèi)部電路放電;C L 對(duì)電阻R L 放電。當(dāng)C L 放電電壓等于輸入電壓V i 時(shí),輸入比較器再次輸出高電平,f 0輸出邏輯低電平。如此反復(fù)循環(huán),構(gòu)成自激振f 0蕩。根據(jù)電容上電荷平衡原理和相關(guān)的電學(xué)知識(shí),我們可以推導(dǎo)出:f 0=V i /(t 1I R R L 。t 1為充電時(shí)間,由定時(shí)元件C t 和R t 決定;I R 為內(nèi)部精密電流源輸出電流?？傻贸鲚敵鲱l率f 0和輸入電壓V i 成正比。從而由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)輸出的可變電壓信號(hào)經(jīng)P M M8713變換后產(chǎn)生可變的頻率信號(hào),控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。方向控制電路由LM348四電

12、路通用運(yùn)算放大器構(gòu)成。外部方向控制信號(hào)通過(guò)LM348和基準(zhǔn)電壓構(gòu)成電壓比較電路。當(dāng)V di 大于基準(zhǔn)電壓V H 時(shí),U3A 輸出為正,接至P M M8713的第四腳,控制輸出端輸出正相脈沖序列。當(dāng)V di 小于基準(zhǔn)電壓V H 時(shí),輸出端為負(fù),接至P M M8713的第四腳,控制輸出端輸出負(fù)相脈沖序列,相應(yīng)相驅(qū)動(dòng)輸出端輸出正反相脈沖序列,從而控制步進(jìn)94Techniques of Automation &Applications |自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用2002年第21卷第五期儀器儀表Instrumention電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。由LM331給出的輸入指令是輸入時(shí)鐘f 0和方向指令DIR ,這兩個(gè)指

13、令在P M M8713中經(jīng)邏輯組合轉(zhuǎn)換各相通斷的時(shí)序邏輯信號(hào)。P M M8713的相驅(qū)動(dòng)輸出端(PI N10PI N13的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)20mA 以上,能直接驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)。R 1、C 1為開(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)初始化電路。初上電的數(shù)十毫秒內(nèi)R 端為低電平,從而A D 端自動(dòng)復(fù)位至初始狀態(tài)(參見(jiàn)表1。如果外接的步進(jìn)電機(jī)功率較大,P M M8713輸出驅(qū)動(dòng)端驅(qū)動(dòng)能力不夠。此時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)功率放大驅(qū)動(dòng)電路,然后再驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。P M M8713各相輸出端的導(dǎo)通順序邏輯信號(hào)送至功率驅(qū)動(dòng)段轉(zhuǎn)換成內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)的基極(或柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,按相繞組流過(guò)的電流是單向或雙向,可分為單極性和雙極性驅(qū)動(dòng)。通常,三相步進(jìn)電

14、機(jī)采用單極性驅(qū)動(dòng)。從功率驅(qū)動(dòng)級(jí)電路來(lái)分析,又有電壓驅(qū)動(dòng)和電流驅(qū)動(dòng)之分。本設(shè)計(jì)中采用串聯(lián)電阻電壓驅(qū)動(dòng)方式。在相繞組中串接一定阻值和功率的電阻,一方面減小了繞組回路的時(shí)間常數(shù),同時(shí)又對(duì)低頻和靜止工作時(shí)的電流進(jìn)行限制。 圖4驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)電路圖5結(jié)束語(yǔ)根據(jù)上述電路設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、性能穩(wěn)定。采用此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)55BF004型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),已成功地應(yīng)用在小距離驅(qū)動(dòng)和位置跟蹤等設(shè)置中,運(yùn)行效果良好。6參考文獻(xiàn)1郝鴻安.3-4相步進(jìn)電機(jī)控制器5G 8713J .電子技術(shù),1991,82李華.MCS -51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社,19

15、99,2作者簡(jiǎn)介:張金波(1967-,男,副教授,碩士,主要從事微型機(jī)應(yīng)用與電力電子技術(shù)方面的教學(xué)和科研工作。(上接第42頁(yè)設(shè)置了一張參數(shù)表,用于用戶選擇端口的定義,該定義應(yīng)該和實(shí)際的電梯控制器上的端口定義一樣,然后程序會(huì)自動(dòng)的動(dòng)態(tài)生成一樣端口數(shù)據(jù)表,用于存放實(shí)時(shí)端口數(shù)據(jù)。415人機(jī)接口的實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互,我們采用Visual Basic6.0做界面,包括對(duì)電梯井道信號(hào)的模擬,在有故障時(shí),我們采用實(shí)時(shí)對(duì)話框和聲音的方式進(jìn)行提示,同時(shí)將故障信息和發(fā)生故障的時(shí)間同時(shí)寫(xiě)進(jìn)故障信息數(shù)據(jù)庫(kù),以便以后的查看和打印,用戶也可以刪除里面的信息。5結(jié)論該系統(tǒng)自2001年投入使用以來(lái),運(yùn)行狀況良好,基本上能實(shí)時(shí)檢測(cè)中控制柜的故障,大大縮短了電梯控制柜出廠前的檢測(cè)時(shí)間,受到了用戶的好評(píng)。實(shí)踐證明,該故障診斷專家系統(tǒng)是成功的。6參考文獻(xiàn)1田盛豐,黃厚寬,等.人工智能與知識(shí)工程M.中國(guó)鐵道出版社,19992周青龍1故障診斷與監(jiān)測(cè)M.電子工業(yè)出版社,19893彭莉萍,劉載文.電梯遠(yuǎn)程監(jiān)