步進(jìn)電機控制
步進(jìn)電機控制,步進(jìn),電機,機電,控制,節(jié)制
一種控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速的方法 劉 清 (南京師范大學(xué) ,江蘇南京 210042 ) 中圖分類號 :TM383. 6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :E 文章編號 :1004 - 7018( 2004) 01 - 0047 - 01 1 用系數(shù)乘法器實現(xiàn)步進(jìn)電機調(diào)速 對步進(jìn)電機進(jìn)行高精度和平滑調(diào)速 ,就需要高精度和平 滑變化的輸入脈沖頻率。而采用硬件定時器無法產(chǎn)生高精度 頻率的脈沖信號 ,對脈沖信號的頻率也無法實現(xiàn)高分辨率的 平滑調(diào)整。為此 ,作者設(shè)計了一個利用系數(shù)乘法器產(chǎn)生頻率 在 1～ 9999. 9 Hz 范圍內(nèi) ,最小分辨率為 0. 1 Hz 平滑變化的脈 沖信號 ,實現(xiàn)步進(jìn)電機的高精度和平滑調(diào)速。 1. 1 系數(shù)乘法器的作用 采用系數(shù)乘法器產(chǎn)生頻率高精度 、平滑變化的脈沖信號 的電路原理如圖 1 所示。它由 5 片 CD4527 串聯(lián)組成。輸入 圖 1 系數(shù)乘法器原理圖 信號由時鐘信號分頻產(chǎn)生 ,頻率 f 為 1MHz ,比例系數(shù)乘法器的 系數(shù)輸入端 A1～ A4 、 B1～ B4 、 C1～ C4 、 D1～ D4 、 E1～ E4 ,分別接到 8155 的輸出口 PA0～ PA7、 PB0～ PB7 、 PC0～ PC3 ,由單片機將設(shè)置 的系數(shù)送到 8155 輸出口 ,從而使比例系數(shù)乘法器的系數(shù)產(chǎn)生 變化 ,變化范圍在 1～ 9999. 9 之間 ,而乘法器輸出信號的頻率 F 為 : F = (10000A + 1000B + 100 C + 10 D + E) × f/ 100000 其最高頻率是 A = B = C = D = E = 9 時 ,輸出信號頻率 F = 9999. 9 × 100Hz ;其最低頻率是 A = B = C = E = D = 0 時 ,輸出 信號頻率 F = 0。通過改變乘法器輸入系數(shù) ,可使乘法器輸出 信號的頻率平滑變化 ,即系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 ± 1 ,乘法器輸 出信號頻率變化為 : Δ F = ± ( f/ 100000) × 1 = ± 10Hz 系數(shù)乘法器輸出信號不是方波脈沖 ,不能直接作為步進(jìn) 電機的輸入脈沖 ,所以必須進(jìn)行處理。處理的方法是將系數(shù) 乘法器的輸出信號作為 8155 芯片定時器的計數(shù)脈沖 ,并使定 時器工作在連續(xù)方波輸出方式。通過對系數(shù)乘法器輸出脈沖 計數(shù) ,定時器輸出驅(qū)動步進(jìn)電機的脈沖信號。 為實現(xiàn)高精度步進(jìn)電機調(diào)速 ,根據(jù)電機的調(diào)速范圍 ,將定 時器時間常數(shù)設(shè)置分為三種情況 : ⑴當(dāng)步進(jìn)電機調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 f ≥ 1000Hz 時 , 8155 定時器時間常數(shù)為 100。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 ± 1 ,乘法器輸出信號頻率變化 ± 10Hz ,定時器的輸出脈沖頻率變 化 ± 0. 1Hz ,且最高頻率為 9999. 9Hz。相對誤差 < 0. 1 %。 ⑵當(dāng)步進(jìn)電機調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 100 ≤ f < 1000Hz 時 ,8155 定時器時間常數(shù)為 1000。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變 化± 1 ,定時器的輸出脈沖頻率變化 ± 0. 01Hz ,且最高頻率為 999. 99Hz。相對誤差 < 0. 1 %。 ⑶當(dāng)步進(jìn)電機調(diào)速范圍要輸入脈沖頻率 f < 100Hz 時 , 8155 定時器時間常數(shù)為 10000。這樣 ,系數(shù)乘法器系數(shù)每變化 ± 1 ,定時器的輸出脈沖頻率變化 ± 0. 001Hz ,且最高頻率為 99. 999 Hz。相對誤差 < 0. 1 %。 1. 2 用系數(shù)乘法器實現(xiàn)步進(jìn)電機調(diào)速 用系數(shù)乘法器實現(xiàn)步進(jìn)電機控制器如圖 2 所示 ,它由 89C51 單片機、 8155 接口、系數(shù)乘法器、 CH250 相位分配器以及 人機接口組成。 圖 2 步進(jìn)電機控制器 1. 2. 1 步進(jìn)電機的高精度速度控制 根據(jù)步進(jìn)電機的運行速度 ,首先計算出輸出到相位分配 器的脈沖信號頻率 f ;然后 ,由步進(jìn)電機運行速度的范圍確定 8155 定時器的時間常數(shù) X ;最后 ,確定系數(shù)乘法器的系數(shù) A、 B、 C、 D、 E。時間常數(shù)和系數(shù)的設(shè)置由單片機實現(xiàn)。 1. 2. 2 步進(jìn)電機的平滑起動與變速 步進(jìn)電機能夠響應(yīng)的變速頻率比較低 ,在進(jìn)行步進(jìn)電機 的起動和變速時 ,若起動和變速頻率大于步進(jìn)電機的允許的 極限變速頻率時 ,步進(jìn)電機將失步。例如 :步進(jìn)電機允許加速 度 a ≤± 200 步 / s2 ,即 :所對應(yīng)的驅(qū)動脈沖頻率變化加速度為 fa ≥ 400Hz ,若超過這個范圍 ,步進(jìn)電機將失步。為了使步進(jìn)電 機在起動和變速時不產(chǎn)生失步 ,在此采用驅(qū)動脈沖頻率定時 遞增 (減 )的方式進(jìn)行起動和變速 ,即 :每 2. 5 ms 使系數(shù)乘法器 的“十位”系數(shù) ± 1 ,驅(qū)動脈沖該頻率遞增 (減 ) 1Hz ,這樣經(jīng) CH250 后 ,步進(jìn)電機變速的加速度 ≤± 300 步 / s2 ,而不會使步 進(jìn)電機失步。 2 結(jié) 語 采用定時器實現(xiàn)步進(jìn)電機的速度控制 ,因定時器產(chǎn)生的 脈沖信號頻率不是線性變化的 ,所以無法實現(xiàn)步進(jìn)電機的高 精度和平滑調(diào)速。為此 ,作者設(shè)計了一個采用系數(shù)乘法器的 步進(jìn)電機控制器 ,該控制器可以使步進(jìn)電機驅(qū)動信號的頻率 高精度、平滑變化 ,使原用定時器無法解決的問題 ,在此變得 十分簡單。另外 ,用該控制器控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速 ,實現(xiàn)汽車車 速表校驗的檢測系統(tǒng)已在重慶長安汽車公司投入使用。 為進(jìn)一步提高本刊的編輯質(zhì)量 ,請您對此文在讀 者服務(wù)卡上圈上數(shù)字代碼 : 有價值 ,請圈 39 ;沒有價值 ,請圈 40。 74 微特電機 2004 年第 1 期 R 讀者園地eaders’ home ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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