1、,3.5電機(jī)控制接口技術(shù) 3.5.1 PWM 直流電機(jī)調(diào)速 PWM：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。英文名稱是Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)寫(xiě)為PWM。 目前直流伺服電動(dòng)機(jī)大都采用PWM驅(qū)動(dòng)器。PWM通過(guò)改變周期性脈沖信號(hào)的占空比來(lái)改變加在電動(dòng)機(jī)上的平均電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方法具有恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性，機(jī)械特性好，調(diào)速范圍寬。,定頻調(diào)寬: 輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸入信號(hào)調(diào)制 . 在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。,PWM的實(shí)現(xiàn) :單極性不可逆功放電路,H型可逆雙極性功放電路,0-t1 V1,V4通 t1-T VD2,VD3通;V2,V3高電平,PA1=1 PA0=0: S1,S4通 PA1=0

2、PA0=1: S2,S3通,PWM直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： （1）功耗小，效率高。 （2）以高頻脈沖電流給繞組供電，由于繞組為感性負(fù)載，脈沖電流得以濾平，所以波系數(shù)小,電機(jī)發(fā)熱量小。 （3）系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶寬，起制動(dòng)非?？?。 （4）系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的性能好。 （5）高頻輸出避開(kāi)了電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)械的共振點(diǎn)，所以運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低。,微機(jī)產(chǎn)生PWM波形的方法 1 程序延時(shí)：高電平延時(shí)低電平延時(shí) 2 定時(shí)器中斷：PWM周期T定時(shí)中斷高電平t定時(shí)中斷 3 專用PWM指令: S7200PLC PLS指令,程序延時(shí)：8255的PA口地址80H,并已初始化為輸出方式。TMEM0為延時(shí)的時(shí)間基數(shù)。按雙極性可逆控制方式。,

3、START:MOV AL,01H OUT 80H,AL TIME1:MOV CX,T1 CALL TIME0 LOOP TIME1,MOV AL,02H OUT 80H,AL TIME2:MOV CX,T2 CALL TIME0 LOOP TIME2 JMP START,例中斷方式：采用8031 P1.0產(chǎn)生PWM波形，電機(jī)恒速。 T=X*T0, T1=Y*T0，T2=Z*T0。 X為T(mén)周期參數(shù)，放在20H單元。 Y為T(mén)1延時(shí)參數(shù)，Z為T(mén)2延時(shí)參數(shù)，放在21H單元，X=Y+Z 。 T0為延時(shí)的時(shí)間基數(shù)，由定時(shí)器確定，參數(shù)置 22H， 2 3H單元中。,ORG 0000H LJMP MAIN O

4、RG 000BH LJMP TT0 ； 跳轉(zhuǎn)到定時(shí)器0中斷程序 ORG 1000H MAIN: SETB P1.0 ； 脈沖的高電平 MOV R0,21H；(21H) 初始值為Y，存入R0中，延時(shí)T1 MOV TMOD, #01H MOV TL0,22H ；時(shí)間基數(shù)T0的定時(shí)參數(shù) MOV TH0,23H SETB TR0 ； 定時(shí)中斷設(shè)置 SETB ET0,SETB EA L1: CJNE R0, #00H, L2 ； CPL P1.0 ; MOV A,20H ； SUBB A,21H； MOV 21H,A ; MOV R0,A; L2: AJMP L1 TT0: MOV TL0, 22H ；

5、T0 定時(shí)中斷 MOV TH0, 23H DEC R0 ; R0-1 RETI,3.5.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服控制,（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理及特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（Step Motor），是一種用電脈沖信號(hào)控制，可將電脈沖信號(hào)按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理及特性,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 用于機(jī)床驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有兩類(lèi)，即反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，下圖中三相 定子A、B、C，三相每相兩極： AA,BB,CC，每

6、極 上五個(gè)齒。,步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),定子上線圈的繞法,三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子 （40齒）,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 A-B-C-A 逆時(shí)針 改變通電順序改變轉(zhuǎn)向 A-C-B-A 順時(shí)針,步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 三相步進(jìn)電機(jī)可工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。 單三拍工作方式 A-B-C-A,雙三拍工作方式 AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A-,步進(jìn)電機(jī)速度控制 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。 可采用軟件延時(shí)方法 或可采用定時(shí)器中斷方法。 步進(jìn)電機(jī)位置控制 步

7、進(jìn)電機(jī)位置控制：可采用計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖數(shù)的方法。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理及特性,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角： z轉(zhuǎn)子的齒數(shù)， k狀態(tài)系數(shù)(三拍為1;六拍為2)。 m定子的相數(shù),（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特性,步距角 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角是決定開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，數(shù)控機(jī)床中常見(jiàn)的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角一般為0.53，一般情況下，步距角越小，加工精度越高。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特性,起動(dòng)頻率fq ：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由靜止突然起動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率值，稱為起動(dòng)頻率或突跳頻率，用fq表示。 若起動(dòng)時(shí)頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就不能正常起動(dòng)。fq與負(fù)載慣量有關(guān)，一般說(shuō)來(lái)隨著負(fù)載慣量的增長(zhǎng)而下降。,步進(jìn)

8、電動(dòng)機(jī)特性,連續(xù)運(yùn)行最高工作頻率fmax：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，即保證不丟步運(yùn)行的極限頻率值。fmax稱為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特性,加、減速特性: 矩頻特性: 矩頻特性描述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而下降。,（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用,首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當(dāng)量小。但是脈沖當(dāng)量越小，系統(tǒng)的運(yùn)行速度越低。在脈沖當(dāng)量確定以后，又可以此為依據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。另外，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也將引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定

9、位誤差。通常應(yīng)將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距誤差、負(fù)載引起的定位誤差和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機(jī)床允許的定位誤差。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有兩條重要的特性曲線，一般將反映起動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的曲線標(biāo)為起動(dòng)矩頻特性，將反映轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的曲線稱為工作矩頻特性。 已知負(fù)載轉(zhuǎn)矩，可以在起動(dòng)矩頻特性曲線中查出起動(dòng)頻率。這是起動(dòng)頻率的極限值，實(shí)際使用時(shí)，只要起動(dòng)頻率不大于這一極限值，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就可以直接帶負(fù)載起動(dòng)。若已知步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率f就可以從工作矩頻特性曲線中查出轉(zhuǎn)矩Mdm，這也是轉(zhuǎn)矩的極限值，有時(shí)稱其為失步轉(zhuǎn)矩。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用,（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),步

10、進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作方式：它是采用脈沖控制方式工作的。只有按定規(guī)律對(duì)各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三相、四相、五相和六相等。通常為12相通電或23相通電，循環(huán)拍數(shù)為2m。,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成,步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),數(shù)控裝置,環(huán)形分配器,指令脈沖,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率放大器,電源,步進(jìn)電動(dòng)機(jī),齒輪箱,工作臺(tái),步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)沒(méi)有位置反饋回路與速度反饋回路，一 般用于對(duì)速度和精度要求不高的中、小型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 上。,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接:并行和串行,步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),微 機(jī),輸出端口,輸出端口,光電隔離電路,光電隔離電路,光電隔離電路,光電隔離電路,光電隔離電路

11、,A相放大電路,B相放大電路,C相放大電路,A相放大電路,B相放大電路,C相放大電路,環(huán)形分配器,步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī),A,B,C,A,B,C,進(jìn)給方向,進(jìn)給脈沖,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接,8031的P1口作輸出,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,脈沖分配 :有軟件和硬件，或并行和串型兩種。 采用軟件實(shí)現(xiàn)。利用查表或計(jì)算來(lái)進(jìn)行脈沖的環(huán)形分配，簡(jiǎn)稱軟環(huán)分。三相六拍分配狀態(tài)，可將表中狀態(tài)代碼01H、03H、02H、06H、04H、05H列入程序數(shù)據(jù)表中，通過(guò)軟件可順次在數(shù)據(jù)表中提取數(shù)據(jù)并通過(guò)輸出接口輸出即可，通過(guò)正向順序讀取和反向順序讀取可控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)。,軟件脈沖分配,硬件脈沖分配,采用專用環(huán)形分配器器件，如市售的CH250。它可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種環(huán)形分配。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,功率驅(qū)動(dòng)電路 單電壓驅(qū)動(dòng)電路,功率驅(qū)動(dòng)電路,高、低壓驅(qū)動(dòng)電路,功率驅(qū)動(dòng)電路,斬波驅(qū)動(dòng)電路,例如：采用8255芯片控制x, y軸步進(jìn)電機(jī)。,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理圖,采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路原理圖,MOV CX,100 L1 :MOV AL,01H OUT 80H,AL CALL TIME MOV AL,02H OUT 80H,AL