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步进电机控制系统中的可调细分电路

时间:2017/8/23 9:36:00   来源:本网   添加人:admin

  详细的讨论,并给出了其控制系统的软硬件设计。

  -刖言在传统步进电机的控制电路中,步进电机的转动常采用方波脉冲来进行控制,通过控制脉冲的频率、个数等,从而控制电机的转速、转向、位移等。但是电机在工作过程中,由于各种原因可能会产生共振,影响电机低频、低速时的工作特性,为了避免电机工作的共振点,改善电机在低频低速时的工作特性,并进一步提高步进电机的控制精度,细分电路通常用来解决这一问题12.可是传统的细分控制电路,步进电机在各种转速下,其细分的倍数都相同,因此很难同时满足电机运行时的低频特性与高频特性,其结果是满足了低速运转特性,却牺牲了高速运转特性。如果采用可调细分电路的方法,即在启动或低速运转条件下,采用高细分方法来保证低速平稳不丢步的性能;当运转进入高速时,逐渐减小细分的倍数,直至取消细分,以实现高频脉冲的输出,转速再进一步提高时,还可由原来的单8拍转为单4拍驱动,减速时与此相反31.总而言之,用不断改变细分倍数的方法,保证电机在各转速下的最佳特性。

  1系统设计系统采用89C51单片机为核心,利用键盘和LCD显示模块来完成细分倍数及加减速时间的设置调整141.细分输出采用恒频脉冲调宽细分电路。

  1.1细分电路工作原理步进电机是由脉冲电压来进行供电的。每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角。根据电压脉冲的分配方式,一般情况下,步进电机各相绕组的电流轮流切换,从而使电机旋转。如果每次脉冲切换时,改变对应绕组中额定电流的一部分,则转子相应的转动也必然是原有步距角的一部-),男,江西泰和人,江西师范大学物理与电子通信学院讲师。

  分。即可通过控制绕组中电流的数值来调整步进电机步距的大小,从而把原步距角细分成若干步来完成。如原来对应于一个电压脉冲,转子转动一步为15°经10步细分后则每走一步为015:从而达到了细分的目的。

  1.2系统硬件设计系统硬件结构框图如所示。单片机89C51外接24M的晶振,以满足系统的实时性。

  键盘采用4键的塑膜键盘,完成参数选择模式;数字量的加减;各项参数的设置确定。LCD显示模块采用图形液晶模块IMA 97S005AD该模块为从中也可以看出,若想调整电流的波动,只需调整定时器T0的输出频率即可,但是为避免电机铁芯的铁损,定时器T0的输出频率不可过高。

  系统的细分电路采用恒频脉冲调宽细分电路。控制系统细分阶梯电流波形形成的示意图如所示。89C51的P1口输出阶梯数字量,DA转换器的输出电压Vin就以阶梯方式突变,而绕组上的电流因为不能突变,因此运算放大器电压VaVin所以电压比较器输出“升沿时,将D触发器置位,使GBT导通,因此绕组电流i上升,这个过程一直持续到Va=Vin从128X64点阵,可以显示中文、数字及ASC码。而保证了绕组电流i较大幅度的上升。Vin下降D/A模块采用8位AD558输出电压量程有0V突变的情况与之类似。

  1.3系统软件设计~10V0V~256V两种,本系统采用0V~2 56V以方便细分倍数的计算。运算放大器采用IM324同时将采样电阻上电压Ve放大到与DA模块相同数量级的电压Va电压比较器采用IM339用于比较D/A输出电压Vin与运算放大器输出电压Va控制D触发器的置位与清零。而功率驱动器件采用IR公司的GBT模块-R-BC30M.这样整个系统具有良好的人机界面,并且系统功耗小,开关速度快,能够满足细分的需要。

  系统硬件结构框图系统的工作原理(以步进电机其中一相为例)系统上电后,利用参数设置键设置启动频率工作频率加减速步进数及细分倍数等。当参数设置完毕后,选择系统运行,运行时系统根据设置的参数输出相应的数字量,经过D/A转换为Vin当Vin为一个定值时,定时器T0送出时钟信号CLK并且在其上升沿将D触发器置位,使GBT模块导通,则电机绕组得电,电流开始上升。

  而当电流上升到一定程度时,即电流达到Va>Vin时,电压比较器IM339输出低电平,将D触发器清0使GBT截至,而绕组将进行放电,电流下降。在下一个时钟信号CIK到来时,不断重复上述过程从而保证流过绕组的电流波动比较小。

  系统程序采用C51语言编写,这样即可以借助于C语言开发较为复杂的运算,又具有单片机强大的位操作功能,并且调试方便,可移植性强。

  系统初始化模块主要完成对定时器T0T1的设置。其中T0用于产生5KHz的方波信号作为D触发器的时钟脉冲;T1定时用于产生步进电机的步进周期。在电机加减速阶段,不需要进行细分控制;而在正常工作时,根据实际要求,采用设定细分倍数进行细分控制。为加强系统的实时性,步进电机的加减速及细分控制输出时,采用查表的方法进行,即预先编制几张表存放在89C51的ROM中,通过用户输入的参数查表得到对应的输出数字量,从而提高系统的实时性。整个系统的软件程序框图如所示。

  2结束语在低速工作时电机的加速力矩明显减小,因为工作力矩=(输出力矩一加速力矩)输出力矩为步进电机静止时可产生的最大力矩,它的值一般大于工作输出力矩。由于加速力矩的减小,可以使输出工作力矩增加,所以细分后电机带负载能力提高,尤其在启动和低速状态。由于加速度的减小,步进电机低速运行噪声也大大减小,改善了工作环境。