步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理演示文稿

1、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理演示文稿第一頁(yè)，共三十三頁(yè)。（優(yōu)選）步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理第二頁(yè)，共三十三頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)：給步進(jìn)脈沖電機(jī)就轉(zhuǎn)，不給步進(jìn)脈沖電機(jī)就不轉(zhuǎn)；步進(jìn)脈沖頻率高，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)得快；步進(jìn)脈沖頻率低，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)得就慢；改變各相的通電方式（叫脈沖分配）可以改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式；改變通電順序，可以控制步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。第三頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成第四頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理1）步進(jìn)控制器 包括：緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及 正、反轉(zhuǎn)向控制門(mén)等。 作用: 把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。2）功率放大器

2、把環(huán)型脈沖放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。第五頁(yè)，共三十三頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)與MCS-51單片機(jī)的接口 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的連接一般有兩種形式： 一、由硬件完成脈沖分配的功能 二、由軟件完成脈沖分配工作第六頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖3、用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理第七頁(yè)，共三十三頁(yè)。一、由硬件完成脈沖分配的功能 在這種形式里，脈沖分配器（CH250）、驅(qū)動(dòng)電路由硬件完成。單片機(jī)只提供步進(jìn)脈沖和正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，步進(jìn)脈沖的產(chǎn)生與停止、步進(jìn)脈沖的頻率和個(gè)數(shù)都可用軟件控制。 第八頁(yè)，共三十三頁(yè)。脈沖分配器中由門(mén)電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加在脈沖放大器上，使步

3、進(jìn)電動(dòng)機(jī)按確定的運(yùn)行方式工作。下面著重介紹CH250環(huán)形脈沖分配器。CH250環(huán)形脈沖分配器是三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的理想脈沖分配器，通過(guò)其控制端的不同接法可以組成三相雙三拍和三相六拍的不同工作方式，如圖7、圖8所示。圖7 CH250三相雙三拍接法 圖8 CH250三相六拍接法 第九頁(yè)，共三十三頁(yè)。CH250環(huán)形脈沖分配器的功能關(guān)系如表1所列第十頁(yè)，共三十三頁(yè)。討論：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出步進(jìn)脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的通斷。一般來(lái)說(shuō)，硬件一旦確定下來(lái)，不易更改，這種方案，硬設(shè)備成本高，它的應(yīng)用受到了限制。 怎樣用軟件產(chǎn)生步進(jìn)脈沖呢？所謂軟件產(chǎn)生就是用軟件控制P30為1 或?yàn)?的次序和長(zhǎng)短。

4、如果先令P30=1，延時(shí)一段時(shí)間，再令P3.00，再延時(shí)一段時(shí)間后，又令P30=1，如此循環(huán)，就可構(gòu)成脈沖序列。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短決定了脈沖序列的周期，而脈沖序列的周期又與步進(jìn)電機(jī)的步矩有關(guān)。第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成 串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制。只要負(fù)載是在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi)， 每個(gè)脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的步距角度。根據(jù)步距角的大小及實(shí)際走的步數(shù)，只要知道初始 位置，便可知道步進(jìn)電機(jī)的最終位置。 特點(diǎn)：由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡(jiǎn)化，成本下降，而且可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案。二、由軟件完成脈沖分配工作第十二頁(yè)，共三十

5、三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理主要解決如下幾個(gè)問(wèn)題： (1) 用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖序列； (2) 步進(jìn)電機(jī)的方向控制； (3) 步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)。第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)。2 、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 1脈沖序列的生成圖4 脈沖序列第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 脈沖幅值 由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。 TTL 0 5V CMOS 0 10V 接通和斷開(kāi)時(shí)間可用延時(shí)的辦法控制。 要求：確保步進(jìn)到位。第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)。 2方向控制 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。 三相步進(jìn)電機(jī)有三種工作方式： 單三拍，通電順序?yàn)?ABC ； 雙三拍， 通電順序?yàn)?ABBCCA ； 三相六拍，

6、通電順序?yàn)?AABBBCCCA ；2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理3.步進(jìn)電機(jī)通電模型的建立：（1）用微型機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組， 【例如】用 8255 控制三相步進(jìn)電機(jī)時(shí)， 可用 PC.O、PC.1、PC.2 分別接至步進(jìn)電機(jī)的 A、 B、 C 三相繞組。（2）根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式，寫(xiě)出相應(yīng)控制方 式的數(shù)學(xué)模型。 上面講的三種控制方式的數(shù)學(xué)模型分別為：第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 三相單三拍步 序 控 制 位 工 作 狀 態(tài) 控 制 模 型 PC.7PC.6PC.5PC.4PC.3

7、PC.2C相 PC.1B相 PC.0A相 100000001A01H200000010B02H300000100C04H第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 三相雙三拍用 P1口 的 P1.2 、P1.1、P1.0 對(duì)應(yīng) C、B、A 相 進(jìn)行控制 。第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)。2、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 同理，可以得出雙三拍和三相六拍的控制模型： 雙三拍 03H，06H，05H 三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H，05H 以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序及數(shù)學(xué)模型， 如按逆序進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)將向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) 4.步進(jìn)電

8、機(jī)與微型機(jī)的接口電路（1）由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較大，所以微型機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的 連接都需要專(zhuān)門(mén)的接口及驅(qū)動(dòng)電路。接口電路可以是鎖存器，也可以是可編程接口芯片，如 8255、8155等。驅(qū)動(dòng)器可用大功率復(fù)合管，也可以是專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)器。 光電隔離器，一是抗干擾，二是電隔離，第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)圖5 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路之一100100100第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) 總之， 只要按一定的順序 改變 P1.0P1.2 三位通電的狀況， 即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)

9、計(jì) 由于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)功率較大，可在微型機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間增加一級(jí)光電隔離器，以防強(qiáng)功率的干擾信號(hào)反串進(jìn)主控系統(tǒng)。 如圖所示。為什么步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路采用光電隔離？ 步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路工作在較大脈沖電流狀態(tài)，采用光電耦合器將單片機(jī)與步機(jī)電機(jī)隔離可以避免單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)功率回路的共地干擾，此外，萬(wàn)一驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障。也不致讓功放中較高的電壓串入單片機(jī)而使其損壞。第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)圖6 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路之二001011100第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)2.步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)(1)步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是： 判斷旋轉(zhuǎn)

10、方向； 按順序傳送控制脈沖； 判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。（2）程序框圖下面以三相雙三拍為例說(shuō)明這類(lèi)程序的設(shè)計(jì).第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)。圖7 三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖第二十七頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) ORG0100HROUNT1：MOVA，#N；步進(jìn)電機(jī)步數(shù)A JNB00H，LOOP2；反向，轉(zhuǎn) LOOP2LOOP1： MOVP1，#03H；正向，輸出第一拍 ACALLDELAY；延時(shí) DECA；A0，轉(zhuǎn)DONE JZDONE MOVP1，06H；輸出第二拍 ACALLDELAY；延時(shí) DECA；A0，轉(zhuǎn)DONE JZDONE MOVP1，05H；輸出

11、第三拍 ACALLDELAY；延時(shí) DECA；A0，轉(zhuǎn)LOOP1 JNZLOOP1（3）程序 根據(jù)圖4-46可寫(xiě)出如下步進(jìn)電機(jī)控制程序第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) AJMP DONE ；A0，轉(zhuǎn)DONELOOP2： MOV P1，03H；反向，輸出第一拍 ACALL DELAY ；延時(shí)DEC A；A0，轉(zhuǎn)DON JZ DONE MOV P1，05H；輸出第二拍 ACALL DELAY；延時(shí) DEC A JZ DONE； MOV P1，06H；輸出第三拍 ACALL DELAY；延時(shí) DEC A ；A0，轉(zhuǎn)LOOP2 JNZ LOOP2DONE： RETDELAY

12、： 第二十九頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì) 對(duì)于節(jié)拍比較多的控制程序， 通常采用循環(huán)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三十頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)（4）循環(huán)程序 作法：把環(huán)型節(jié)拍的控制模型按順序存放在內(nèi)存單元中，逐一從單元中取出控制模型并輸出。節(jié)拍越多，優(yōu)越性越顯著。 以三相六拍為例進(jìn)行設(shè)計(jì)， 其流程圖如圖8所示。 第三十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。圖8 三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制程序框圖ROUTN2LOOP0LOOP2LOOP1第三十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。3、步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)ORG8100HROUTN2：MOVR2，COUNT；步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)LOOP0： MOVR3，#00HMOV