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步进 电机 控制

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步进电机控制,步进,电机,控制

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89C2051驱动步进电机的电路和源码程序stepper.c stepper.hex /* * STEPPER.C * sweeping steppers rotor cw and cww 400 steps * Copyright (c) 1999 by W.Sirichote */ #include c:mc518051io.h /* include i/o header file */ #include c:mc518051reg.h register unsigned char j,flag1,temp; register unsigned int cw_n,ccw_n; unsigned char step8=0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x90 #define n 400 /* flag1 mask byte 0x01 run cw() 0x02 run ccw() */ main() flag1=0; serinit(9600); disable(); /* no need timer interrupt */ cw_n = n; /* initial step number for cw */ flag1 |=0x01; /* initial enable cw() */ while(1) tick_wait(); /* wait for 10ms elapsed */ energize(); /* round-robin execution the following tasks every 10ms */ cw(); ccw(); cw() if(flag1&0x01)!=0) cw_n-; /* decrement cw step number */ if (cw_n !=0) j+; /* if not zero increment index j */ else flag1&=0x01; /* disable cw() execution */ ccw_n = n; /* reload step number to ccw counter */ flag1 |=0x02; /* enable cww() execution */ ccw() if(flag1&0x02)!=0) ccw_n-; /* decremnent ccw step number */ if (ccw_n !=0) j-; /* if not zero decrement index j */ else flag1&=0x02; /* disable ccw() execution */ cw_n = n; /* reload step number to cw counter */ flag1 |=0x01; /* enable cw() execution */ tick_wait() /* cputick was replaced by simpler ASM code 10ms wait */ asm JNB TCON.5,*; /* wait for TF0 set */ asm CLR TCON.5; /* clear TF0 for further set */ asm ORL TH0,#$DC; /* reload TH0 with $DC, TL0 = 0 */ energize() P1 = step(j&0x07); /* only step 0-7 needed */ 电路图返回顶部 打印2 0 0 5 年第6 期 ： 堡 1 2 7 文 章 编 号 ： 1 0 0 3 0 7 9 4 【 2 0 0 5 】 0 6 0 1 2 卜0 3 步进电机的控制原理及其单片机控制实现 丁伟雄 ，杨定 安 ，宋晓光 ( 佛 山科学技术学院 机电与信 息 工程学院 ，广东 佛 山 5 2 8 0 0 0 ) 摘 要 ：首先对步进 电机作 了概要性介绍， 然后 对步进 电机的控制原理 包括步进 电机 的控制 方式和驱动方式作 了系统的说 明， 最后采 用 8 0 5 1单片机 来控制 步进 电机 ， 并给 出了步进 电机 的双 相 三拍 控 制 和三 相 六拍 的单 片机 控制 的具体 实现 方 法。 关键词 ：步进 电机 ；单片机 ；控制 中图 号 ：T M 3 8 3 6 文献 标识 码 ：A 1 前 言 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精 度控制。步进电机作 为控 制执行元件 ， 是机电一体 化的关键产 品之一，广泛应用在各种 自动化控制系 统和精密机械等领域。随着微电子和计算机技术的 发展 ， 步进电机的需求量与 日俱增 ， 在各个 国民经济 领域都有应用。 步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接 受脉冲信号的控制 。 现在 比较 常用 的步进 电机包 括反应 式步进 电 机、 永磁式步进 电机、 混合式步进 电机和单相式步进 电机等。其 中反应式步进电机的转子磁路由软磁材 料制成 ， 定子上有多相励磁绕组 ， 利用磁导的变化产 生转矩。现阶段 ， 反应式 步进电机获得最多的应用 。 步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱 动的形式， 正是这个特点 ， 步进电机可以和现代的数 字控制技术相结 合。不过步进电机在控制的精度、 速度变化范围、 低速性能方 面都不如传统 的闭环控 制的直流伺服电动机 。在精度不是需要特别高的场 合就可以使用步进电机 ， 步进电机可 以发挥其结构 简单 、 可靠性高和成本低的特点。使用恰 当的时候 ， 甚 至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 2步进电机的控制原理 步进电机 2个相邻磁极 之间的夹 角为 6 o 。 。线 圈绕过相对的 2个磁极 ， 构成一相 ( AA ， ， BB ， 。 C C ) 。磁极上有 5个均匀分布的矩形小齿 ， 转子上 没有绕组 ， 而有 4 0个小齿均匀分布在其 圆周上 ， 且 相邻 2个齿之间的夹角为 9 。 。 体摩擦 变为非完全液体摩擦或半干摩擦 ， 而容易使 轴瓦发生磨损烧蚀。 预防措施 ： ( 1 ) 柴油机使用 中要避免长时间在大 负荷 ， 尤其是在超载工况下运行。( 2 ) 长时间行驶的 汽车， 一定要按照技术要求定期更换润滑油， 要随时 注意检查润滑油的 品质 ， 一旦发现润滑油受到污染 及理化指标大大 下降时， 要立即更换 。这样可减少 轴瓦磨损烧蚀的现象发生 。 6结 语 通过 以上 的分析可以看到 ， 柴油机 曲轴轴瓦的 磨损烧蚀 ， 不但柴油机润滑系有关外 ， 柴油机的其它 系统及使用工况也会对其产生影响 ， 应该引起重视。 只要加强 日常的维护保养 ， 使柴油机有 良好 的技术 状况。及时发现故障隐患 ， 并进行系统 的机理分析 ， 找到发生故障的根源 ， 这样就可 以减少或避免此类 故障的发生。 作者简介 ：刘 秋军 ( 1 9 7 1一) ， 山东 陵县 人， 工程 师 ， 工程 硕 士 1 9 9 4年毕业于原黑龙江矿业学院机械 系机械 制造工 艺及设备 专 业 ， 毕业后工作 于内蒙 古霍林河露 天煤业股 份有 限公 司机电管 理部 ， 主 要从 事设备 管理方面的工作 收稿 日期 ： 2 0 0 5 、 0 2 0 3 Th e An a l y s i s o f Ca u s e o f Ab l a t i on a n d Pr e v e n t i o n M e a s ur e a b o u t t h e S e a t o f Di e s e l Cr a n k s h a f t LI U Qi uj 哪 。WA NG Yuc h e n g 。GUO Qi uy a n 【 1 Hu o l i n h e S t r i p C o a l Mi n e L i mi t e dL i a b i l i t y C o r p o r a t i o n o f I n n e r m o n g o l i a ，Hu o l i n g u o l e 0 2 9 2 0 0， C h i n a ： 2 S h e n y a n g B e i e h e n S t e l l S t r u c tu r e C o mp a n y 。 S h e n y a n g 1 1 0 1 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t ： T h e p a p e r d i s c u s s e s a ma i n c a u s e o f a b l a t i o n a b o u t t h e s e a t o f d i e s e l e n n e c r a n k s h a f t -a n a l v z e s t h e f a c t o t s o n t h e u s e o f l u b e， t h e o i l p r e s s u r e o f l u br i c a t i o n s y s t e m， t h e i n t e n s i t y o f c o o l i n g o f c ool a nt s y s t e m a n d t h e wo r k i n g c o n d i t i o n o f d i e s e l e n g i n e I a n d p r e s e n t s t h e pr e v e n t i o n me a s u r e Ke y wo r d s： d i e s e l e n g i n e ；t he s e a t o f c r a n k s h aft ；c a u s e o f a b l a t i o n；p r e v e n t i o n me B s u r e 维普资讯 1 2 8 步进电机的控制原理及其单片机控制实塑_二 堡丝： 竺 堡笙 垒 塑 当某组绕组通电时， 相应的 2 个磁极就分别形 成 NS极 ， 产生磁场 ， 并与转子形成磁路。如果这 时定子 的小齿 与转 子 没有 对齐 ， 则 在磁 场 的作用 下 转子将 转动一定 的角 度 ， 使 转子齿 与定子齿对齐 ， 从 而使步 进电机 向前 “ 走” 一步 。 2 1 步进 电机 的控 制方式 如果 通过单 片机按顺序给绕组施 加有序的脉 冲 电流 ， 就可 以控制 电机 的转 动 ， 从 而实现数字一 角度 的转换 。转动 的角度 大小 与施 加 的脉 冲数 成正 比， 转动 的速度与脉 冲频 率 成正 比， 而转 动方 向则 与脉 冲的顺 序有关 。以三 相 步进 电机 为例 ， 电流脉 冲 的 施加共 有 3种方式 。 ( 1 ) 单相 三拍方式 ( 按单相绕组施 加电流脉 冲) ： 一A B c 一正 转 ； 一 A c B 一反 转。 ( 2 ) 双 相三拍方式 ( 按双相绕组施 加电流脉 冲) ： 一 A B B c c A 一正转 ； 一A C c B A B 一反转 。 ( 3 ) 三 相六拍方式 ( 单相绕组 和双相绕组交替施 加 电流脉 冲) ： 一 A A B B B c c c A 一正 转 ； 一 AA C C C B B B A 一 反转 。 单相 三拍方式 的每一 拍步 进角 为 3 D ， 三 相六 拍 的步进角则 为 1 5 0 ， 因此 ， 在 三相 六拍 下 ， 步 进 电机 的运行反转平稳 柔 和 ， 但在 同样 的运行 角度 与速 度 下 ， 三相六拍驱 动脉冲的频率需 提高 1 倍 ， 对驱 动开 关管 的开关特性要求较 高。 2 2步进 电机 的驱动 方式 步进 电机 常用 的驱动 方式是 全 电压驱 动 ， 即在 电机 移步与锁步时都 加载额定 电压 。为了防止电机 过流及 改善驱动 特性 ， 需加 限 流 电阻。 由于步进 电 机锁 步时 ， 限流电阻要消耗掉 大量的功率 ， 故限流 电 阻要有较 大 的功 率容 量 ， 并且 开 关管也 要有 较 高 的 负 载能力 。 步进 电机 的另 一种驱 动方式 是高 低压 驱动 ， 即 在 电机移步时 ， 加额定或 超过额定值 的电压 ， 以便在 较 大的 电流驱动 下 ， 使 电机 快速 移 步 ； 而在锁 步时 ， 则加低 于额定值 的 电压 ， 只 让 电机绕组 流过 锁 步所 需 的电流值 。这样 ， 既可 以减少 限流 电阻 的功率 消 耗 ， 又可以提高 电机 的运 行速度 ， 但 这种驱动方式 的 电路 要复 杂一些 。 驱动 脉 冲的分 配可 以使用 硬件 方法 ， 即用 脉 冲 分 配 器 实 现。现 在 ， 脉 冲分配 器 已经标 准 化 、 芯片 化 ， 市场上 可 以买 到。但 硬件方法结构复杂 ， 成本也 较 高。 步进 电机控 制( 包括 控制脉 冲的产生 和分配 ) 也 可 以使 用软件方法 ， 即用 单片机实现 ， 下面给 出具体 的使用单 片机 以软 件 方式 驱 动 步进 电机 的 实现 方 法 。 3步进 电机的单片机控 制 步进 电机 控制 的最大 特点是 开环 控制 ， 不需要 反馈信号 。因为步进电机的运动不产生旋 转量 的误 差 累积 。 由单 片机 实 现 的 步进 电机 控 制 系 统 如 图 1所 示 。 照 驱 片 动 ， 机 L l 步 进 电 帆 1 电 系 统 路 图 1 单 片机 控 制步 进 电机 F i g 1 S C M c o n t r o l s t e p p i n g mo t o r 假 定以 8 0 5 1的 P 口线接 步 进 电机 的绕 组 ， 输 出控 制电流脉冲 ， 其 中 P 。接 A， P 接 B， P 接 c 。 ( 1 ) 双相三拍控制 双相三拍 的控制模型如表 1 所示 。 表 1 双 相三 拍控 制模 型 Ta b 1 Th e c o n t r o l mo d e l o f t wop h a s e t h r e es t r i k e s t e p p i n g mo t o r 假定有如下工作单元 和工作位定 义 ： R 0为步进 数寄存器 ； P S W 中 ， F 0为方向标 志位 ， F o=0正 转 ， F o 0反转 。 参考程序如下 ： B E G I N： J B F o ， ； 判正反转 I J0OP 2 L O O P 1 ： MO V A， #0 3 H ； 第 1 拍控制码 MOV P l ， A ； L C A L L D E L A Y ； 延时 D J N Z R 0 ， D O N E ； MO V A， #0 6 H ； 第 2拍控制 码 MOV P 1， A ； LCALL DELA Y ； D J N Z ， DONE ； MO V A， #0 5 H ； 第 3拍控制 码 MO V P l ， A ； LCAL L DELA Y ； D J N Z R 0 ， D O N E ； A J MP L O O P ； 循环 L O O P 2 ： M O V A， #0 3 H； 反转 维普资讯 一2 0 0 5年第 6 期 - =：=一 M0V LCAL L DJ NZ MOV MOV LCAL L D J N Z MOV MOV LCALL D J NZ A J MP DONE： RET 步 进电 机的 控制原理及 基皇 蕉 塞 墨二二工堡 鳖! 箜一 _ 二 翌 P【 A DEL Y R o ， DON E A#0 5H PI ， A DEL Y R o ， D ON E A #0 6H Pl ， A DEL Y R o ， DO NE L OOP 2 _ 一 M O V R 。 ， # P O I N T； 建 立 正 转 数 据 指 针 ； 循环 ； 返 回 ( 2 ) 三相六拍控制程序 在双相三拍程序 中 ， P 。口输出 的控制字 是在程 序中给定 的。而在 三相六拍 的控制 中 ， 由于控制字 较多 ， 故可以把这 些控制 字 以表 的形式预先 存放在 内部 R A M单元 中 ， 运 行程序时以查表 的方式逐个取 出并输 出。 假定正 反转 控 制字 依次 存放 在 以 P O I N T为首 地址 的内部 R A M中， 表的内容如下 ： P O I N T ：D B 0 1 H ； 正转 A DB 0 3H ； AB DB 0 2H ； B DB 0 6H ； BC DB 0 4H ； C DB 0 5H ； CA D B 0 0 H ； 循环标志 D B 0 1 H ； 反转 A DB 0 5H ； AC DB 0 4H ； C DB 0 6H ； CB DB 0 2H ； B DB 0 3H ； BA D B 0 0 H ； 循 环标志 参考程序如下 ： B E G I N：J B F 0 ， L O O P 2 ； 判正反转 L O O P 1 ：MO V A， R 。 ； 读控制字 J Z L O O P 3 ； 结束符转 MOV Pl ， A ； A C A L L D E L A Y ； 延时 I N C R ； 数据 指针加 1 A J MP L O O P 1 ； 循环 L O O P 2 ：MO V A， P O I N T ； 建立反转数据 指针 ADD A#0 6H MOV Rl ， A ； AJ MP L O OP 1 ； L O O P 3 ：D J N Z R o ， B E G I N ； 判步数 到否 RET ； 4结 语 使用 单片机 以软件方式驱 动步进 电机 ， 不但 可 以通过编程方法 ， 在 一定范 围 内 自由设定 步进 电机 的转速、 往返转动的角度 以及转动次数 等 ， 而且还可 以方便灵活地控制步 进 电机 的运行状 态 ， 以满 足不 同用户的要求。 因此 ， 常把 单片 机步进 电机控制 电 路称之为可编程步进电机控制驱动器 。步进电机控 制( 包括控制脉 冲的产生和 分配 ) 使用 软件 方法 ， 即 用单片机 实现 ， 这样 既简化 了电路 ， 也降低 了成本。 参 考文献 ： 1 张洪润 ， 蓝清华 单 片 机应 用技 术教 程 M 北 京 ： 清 华大 学 出 版 社 1 9 9 7 2 秦 曾煌 电工 学 M 北京 ： 高等教育 出版社 ， 1 9 9 9 3 常斗南 ， 等 可编 程 序控 制器 原理 、 应 用、 实 验 M 北京 ： 机 械 工 业 出版 社 1 9 9 8 4 于海生 ， 等 微 型计 算 机控 制技 术 M 北 京 ： 清 华大 学 出版社 ， 1 9 作者简 介 ：丁伟雄 ( 1 9 7 1一) 。 广东 梅州人 ， 工程实 践教 学 中心 副 主任 ， 计算机 及应用工程 师 ， 在佛 山科学技 术学院从 事机 电一 体化 教 学 和科 研工作 ， 主要研究方 向为 ： 网络工程 、 信息 系统 、 计算 机控制 及 E D A技术 等 T e l ： 0 7 5 78 3 8 8 8 0 1 2 Em a l l ：f s d w x 1 6 3 c o l n 收稿 日期 ： 2 0 0 5 一 O 1 2 4 Th e Co n t r o l Pr i n c i p l e a nd S CM Co nt r o l Re a l i z a t i o n s o f t he S t e p p i n g M o t o r DI NG W e i x i o n g YANG Di n ga n SONG Xmog ua ng ( F o s h a n U n i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y E l e c t r o m e e h a n i c a l and I n f o r m a ti o n E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e 。 F o s h an 5 2 8 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T hi s p a p e r i n t r o d u c e s o u t l i ne o f t h e s t e p p i n g mo t o r a t fir s t 。the n i n t r o d u c e s t h e c o n t r o l prin c i p l e。i n c l u d e s t h e c o n t r o l me t h o d a n d t h e d riv e wa y o f t h e s t e p p i n g mo t o r 。a d o p t s S CM 8 0 5 1 t o c o n t r o l t o t h e s t e p p i n g mo t o r fin a l l y。 g i v e s the S CM c o n t r o l r e a l i z a t i o n s o f t h e s t e p p i n g mo t o r 。 i n c l u d e t wop h a s e t h r e e s t rik e s a nd t h r e e p h ase s i x s t rik e s i mp l e me n t a t i o n me t h o d Ke y wo r ds ： s t e p pi n g mo t o r ； S CM ； c o n t r o l 维普资讯 TMC428是TRINAMIC公司最新开发的步进电机运动控制器，它可减少电机控制软件设计的工作量，降低开发成本。以它为核心（包括TMC236型步进电机驱动器）构成的3轴步进电机驱动控制系统具有尺寸小、控制简单的优点，可同时控制3个两相步进电机。 1、主要性能特点 TMC428是小尺寸、高性价比的二相步进电机控制芯片。它带有二个独立的SPI口，可分别与微处理器和带有SPI接口的步进电机驱动器相连以构成完整的系统。其控制指令可由微处理器通过SPI接口给定。TMC428提供了所有与数字运动控制有关的功能，包括位置控制、速度控制及微步控制等步进电机常用的控制功能。这些功能如果让微处理器来完成，则需占用大量的系统资源，所以它的使用可将微处理器解放出来，以把资源用在接口的扩展和对步进电机的更高层次的控制上。此外，TMC236也是TRINAMIC公司开发的带有串行接口的步进电机驱动器。3个TMC236连结构成的菊花链（Daisychain）结构便是一种基于串行通讯的网络结构，可以使多个具有串行通信接口的设备以接力的方式传递数据。TMC428可以通过SPI接口与它们相连接，以同时控制3个二相步进电机。 TMC428的主要特点如下： 根据不同的应用提供有SSOP16、SOP24、DIL20三种封装可选形式。 可以同时对3个二相步进电机进行控制，所有电机可独立工作。 根据微处理器给定的电机运动参数（位置，速度、加速度），依照梯形或三角形的速度由线产生驱动脉冲波形和顺序，来对电机进行位置和速度控制。它有4种工作模式。其中位置控制有RAMP模式和SOFT模式，速度控制有VELOCITY模式和HOLD模式。 可微步控制。采用6位分辨率的微步细分。包括满步、半步直至64细分。每个电机可分别选择其需要的微步分辨率。满步频率最高达20kHz。 通过可编程电流比例捉控制，可以使电机在不同的工作状态下采用大小不同的工作电流。控制电机工作可在8个档次上，分别是最大电流的12.5%、25%、37.5%、50%、62.5%、75%、87.5%、100%。 可以对多种参数进行设置，包括最大加速度、最大速度、加速运行和位置保持时电机线圈的电流大小、微步细分分辨率、波形发生器和脉冲发生器的参数等20个多个参数。 可在线改变运动参数（位置、速度、加速度）。 带有4线串行SPI接口，串行通信使用32bit数据长度的简单协议。使用简单。 可通过另一个SPI口与电机驱动器连接，其数据传输率高达1Mbit/s。 低功耗（1.25mA,4MHz），时钟输入范围宽且时钟频率最高可达16MHz。 3.3V或5V的CMOS/TTL兼容电平供电。 2、引脚功能图1 TMC428的引脚排列 图1所示为TMC428采用SSOP16封装时的引脚排列，各个引脚的功能如下： 1，2，3脚（REF1，2，3）：参考开关输入1，2，3，可以外接限位开关，以引发TMC428内部中断功能。本文没有使用该功能。 4脚（TEST）：测试脚。使用时接地，接地应尽可能在引脚附近。 5脚（CLK）：时钟输入。 6脚（nSCS_C）:SPI控制接口的片选信号输入，低电平有效。 7脚（SCK_C）:SPI控制接口的时钟输入。 8脚（SDI_C）:SPI控制接口的数据输入。 9脚（SDO_C）:SPI控制接口的数据输出，高阻。 10脚（SDO_S）:驱动SPI接口的数据输出。 11脚（SCK_S）：驱动SPI接口的时钟输出。 12脚（nSCS_S）：驱动SPI接口的片选信号输出。 13脚（V5）：+5V电源。 14脚（V33）：+3.3V电源，应外接470nF电容器。 15脚（GND）：地。 16脚（SDI_S）：驱动SPI接口数据输入，应接上拉或下拉电阻器。P 3、内部结构和工作原理 TMC428的内部结构如图2所示。TMC428是由各个单元的寄存器和片内RAM构成的。其内部包括二个外部串行接口、波形发生器和脉冲发生器、微步单元、多口RAM控制器和中断控制器。图2 TMC428的内部结构 TMC428一般从微处理器获得控制指令，微处理器则通过发送和接收固定长度的数据包对TMC428寄存器和RAM进行读写操作。TMC428的寄存器和片内RAM的功能有所不同。寄存器用于存储电机总体配置参数和运动参数，而片内RAM用于存储 驱动串行接口的配置和微步表。电机总体参数是指对驱动器菊花链中TMC236的配置。运动参数包括各电机的当前位置、目标位置、最大速度、最大加速度、电流比例、波形发生器和脉冲发生器参数以及微步细分分辨率等。片内RAM包括64个地址的数据空间，每个地址可存储24位宽的数据，前32位地址数据是对驱动器菊花链串行通信数据包的配置，后32位地址的数据为微步细分表。 初始化以后，TMC428即可自动发送数据包到菊花链的每个TMC236，也就是说，驱动串行接口经过初始化后便可以自动工作，而不需要微处理器的参与。只要把位置、速度写进指定的寄存器就可以控制电机。TMC428的多口RAM控制器可管理数据的存取时序。这样，微处理器就可以在任何时间读写寄存器和片内RAM的数据。 通过波形发生器可以处理存储在寄存器里的运动参数并计算电机运动速度曲线。脉冲发生器则根据波形发生器计算得到的速度来产生步进脉冲。步进脉冲产生时TMC428的驱动串行接口将自动发送数据包给步进电机驱动器菊花链以驱动步进电机。当采用微步控制时，微步单元即开始处理根据脉冲发生器产生的步进脉冲，同时根据选择的微步分辨率来产生全步、半步和微步脉冲，并通过驱动串口送给驱动器菊花链。 驱动串行接口是TMC428与驱动器菊花链之间的通信接口。从TMC428到驱动器之间的串行数据包的长度是可配置的，以适应由不同类型和厂家的电路构成的SPI环形结构，最大数据长度为64bit。初始化后，TMC428与步进电机驱动器之间的通信是自动完成的。不同类型的带有SPI接口的驱动器都可以混合构成菊花链结构与TMC428进行连接。 4、应用 4.1 兼容性 TMC428与大多数厂商生产的步进电机驱动电路兼容。它可以直接连接带有SPI口的步进电机驱动器，也可以通过附加的器件连接常用的并口驱动器。甚至带有步进、方向输入的步进电机驱动器也可以由TMC428来控制。将步进电机驱动电路TMC236非常简单地连接成串行菊花链结构，用TMC428构成3轴步进电机控制系统进行控制可更好地发挥TMC428的特点。4.2 状态检测 实时监测电机运行状态对整个系统的安全和控制是很重要的，TMC428就提供有状态检测功能。每次每处理器发送数据包给TMC428的同时，TMC428会返回数据给微处理器。大部分带有串行口的电机驱动电路都提供有不同的状态位（工作，不工作等）和错误标志（短路，开路，温度过高等）。这样，TMC428就可以在任何时候提供当前电机的运动参数和工作模式以及各状态位。从电机驱动菊花链返回给TMC428的数据包有48bit长。TMC428将其放在二个24bit的寄存器中。这样，微处理器就可以直接读取这些寄存器里的信息。 5、系统构成的应用 笔者采用DSP作为系统的微处理器，结合TMC428和TMC236构成步进电机驱动控制系统。TMC236内部集成了HVCMOSFET构成的双全桥驱动电路，它采用恒流斩波驱动方式来驱动双极性二相步进电机，并具有功耗低、效率高的特点。图3所示就是3个TMC236构成3轴电机驱动器并由TMC428进行控制的原理电路图。图3 基于TMC428的3轴步进定级驱动控制系统电路 由图3可见，采用专用步进电机运动控制器和驱动电路组成的系统具有外围电路简单、系统抗干扰能力强和可靠性高等优点，可减少控制电路的开发成本。整个系统除了电源之外只有5个IC，因此，体积小，控制简单，特别适用于3轴步时电机的驱动。实验证明该驱动器控制的步时电机定位精度高，加、减速性能良好，同时，启停、反转性能也很优良。 上篇文章：基于PLC控制的气动物料搬运系统的研制下篇文章：快速成型技术在铸造中的应用阅读：87人次【 我也要发表机电论文 】 【 打印 】 相关文章 热泵的应用与发展实证性研究 2006-04-29一种控制步进电机转速的方法刘 清(南京师范大学,江苏南京210042 ) 中图分类号:TM383.6 文献标识码:E文章编号:1004 - 7018(2004)01 - 0047 - 011用系数乘法器实现步进电机调速对步进电机进行高精度和平滑调速,就需要高精度和平滑变化的输入脉冲频率。而采用硬件定时器无法产生高精度频率的脉冲信号,对脉冲信号的频率也无法实现高分辨率的平滑调整。为此,作者设计了一个利用系数乘法器产生频率在19999.9 Hz范围内,最小分辨率为0. 1 Hz平滑变化的脉冲信号,实现步进电机的高精度和平滑调速。1.1系数乘法器的作用采用系数乘法器产生频率高精度、 平滑变化的脉冲信号的电路原理如图1所示。它由5片CD4527串联组成。输入图1 系数乘法器原理图信号由时钟信号分频产生,频率f为1MHz ,比例系数乘法器的系数输入端A1A4、B1B4、C1C4、D1D4、E1E4,分别接到8155的输出口PA0PA7、PB0PB7、PC0PC3,由单片机将设置的系数送到8155输出口,从而使比例系数乘法器的系数产生变化,变化范围在19999. 9之间,而乘法器输出信号的频率F为:F = (10000A +1000B +100C +10D + E)f/ 100000其最高频率是A=B=C=D=E= 9时,输出信号频率F=9999.9100Hz;其最低频率是A=B=C=E=D= 0时,输出信号频率F= 0。通过改变乘法器输入系数,可使乘法器输出信号的频率平滑变化,即系数乘法器系数每变化 1 ,乘法器输出信号频率变化为:F =(f/ 100000)1 =10Hz 系数乘法器输出信号不是方波脉冲,不能直接作为步进电机的输入脉冲,所以必须进行处理。处理的方法是将系数乘法器的输出信号作为8155芯片定时器的计数脉冲,并使定时器工作在连续方波输出方式。通过对系数乘法器输出脉冲计数,定时器输出驱动步进电机的脉冲信号。为实现高精度步进电机调速,根据电机的调速范围,将定时器时间常数设置分为三种情况:当步进电机调速范围要输入脉冲频率f1000Hz时,8155定时器时间常数为100。这样,系数乘法器系数每变化 1 ,乘法器输出信号频率变化 10Hz ,定时器的输出脉冲频率变化 0.1Hz ,且最高频率为9999.9Hz。相对误差 0.1 %。当步进电机调速范围要输入脉冲频率100f 1000Hz时,8155定时器时间常数为1000。这样,系数乘法器系数每变化 1 ,定时器的输出脉冲频率变化 0. 01Hz ,且最高频率为999.99Hz。相对误差 0.1 %。 当步进电机调速范围要输入脉冲频率f 100Hz时,8155定时器时间常数为10000。这样,系数乘法器系数每变化1 ,定时器的输出脉冲频率变化 0.001Hz ,且最高频率为99.999 Hz。相对误差 0.1 %。1.2用系数乘法器实现步进电机调速用系数乘法器实现步进电机控制器如图2所示,它由89C51单片机、8155接口、 系数乘法器、CH250相位分配器以及人机接口组成。图2 步进电机控制器1.2.1步进电机的高精度速度控制根据步进电机的运行速度,首先计算出输出到相位分配器的脉冲信号频率f ;然后,由步进电机运行速度的范围确定8155定时器的时间常数X;最后,确定系数乘法器的系数A、B、C、D、E。时间常数和系数的设置由单片机实现。1.2.2步进电机的平滑起动与变速步进电机能够响应的变速频率比较低,在进行步进电机的起动和变速时,若起动和变速频率大于步进电机的允许的极限变速频率时,步进电机将失步。例如:步进电机允许加速度a200步/ s2,即:所对应的驱动脉冲频率变化加速度为fa400Hz ,若超过这个范围,步进电机将失步。为了使步进电机在起动和变速时不产生失步,在此采用驱动脉冲频率定时递增(减)的方式进行起动和变速,即:每2. 5 ms使系数乘法器的 “十位” 系数 1 ,驱动脉冲该频率递增(减) 1Hz ,这样经CH250后,步进电机变速的加速度 300步/ s2,而不会使步进电机失步。2结 语采用定时器实现步进电机的速度控制,因定时器产生的脉冲信号频率不是线性变化的,所以无法实现步进电机的高精度和平滑调速。为此,作者设计了一个采用系数乘法器的步进电机控制器,该控制器可以使步进电机驱动信号的频率高精度、 平滑变化,使原用定时器无法解决的问题,在此变得十分简单。另外,用该控制器控制步进电机转速,实现汽车车速表校验的检测系统已在重庆长安汽车公司投入使用。 为进一步提高本刊的编辑质量,请您对此文在读者服务卡上圈上数字代码:有价值,请圈39;没有价值,请圈40。74 微特电机 2004年第1期 R读者园地eadershome 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.一种高精度步进式位置伺服系统设计本文来自2006年第5期“交流伺服系统”上 ,已经被阅读过462次关键词： 运动控制卡步进电机位置伺服系统细分驱动器 步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的控制电机，在数字控制系统中作为执行电动机，由专门的、可以产生一定频率、功率和时序的电脉冲的驱动器驱动。步进电机易于起动、停止、正反转及变速，响应性好。步进电机可用数字信号直接进行开环控制组成位置控制系统，并且系统定位度高，具有良好的跟踪性能，没有积累误差。步进电机转子的位移量是严格正比于输入脉冲数，平均转速严格正比于输入脉冲频率。尤其是混合式步进电动机具有小步距角、快速启停、消耗功率小、断电时有定位转矩的特点，越来越多在工业中得到应用。同时采用细分控制策略又大幅度提高步进电动机了分辨率，并且有效地抑制单步运行中所产生的噪声和振荡现象，无需专门的阻尼器，既减小了控制器的体积，又降低了成本。利用两相混合式步进电机及细分驱动器的优点，基于DEC4T运动控制卡组成一套双坐标的位置伺服控制系统。该系统配备了基于网络技术的视窗交互式控制软件，可以实现二维运动轨迹的合成、插补运算以及在线高速轨迹跟踪和控制，同时具有图示化的编程功能。基于该平台可方便的实现各种数控系统的实验及仿真研究。系统控制方案及软硬件结构设计 以步进电机及其驱动器作为的执行部件的位置伺服系统，它最大的优点就是能够在开环系统中达到精确的控制。在该开环步进式位置伺服系统中指令信号是单向流动的，由DEC4T卡发出的指令脉冲，经细分驱动器、两相混合式步进电机，通过滚珠丝杠驱动双坐标平台移动。系统开环控制方案如图1所示。 图1 系统开环控制方案图基于ISA总线的运动控制卡 DEC4T运动控制卡是德国MOVTEC公司开发出来的针对ISA总线的运动控制卡。它用于控制步进电机和数字伺服电机，最多可以控制4轴4联动，进行直线、圆弧插补和样条函数等运动。DEC4T运动控制卡作为步进电机的上位单元，与计算机构成主从式控制结构。计算机主要完成人机交互界面的管理、控制系统的检测和控制工作；运动控制卡接收计算机CPU的发出的指令，进行运动轨迹的规划。这包括脉冲的方向和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位开关等信号的检测。系统具有软件搜索参考点和软件限位功能，这样可以保证电机和滚珠丝杠等精密部件不在系统运行中损坏。系统执行机构 系统的执行机构采用整体式稀土永磁混合两相步进电动机，该类电机兼有反应式和永磁式步进电机的优点。它既可以像反应式步进电机一样实现小步距角运转，有较高的起动和运行频率；同时又可以像永磁式步进电机那样，控制功率小，功耗低，输出力矩大，具有定位转矩。为了减小低速转矩脉动和噪音，提高运行平稳性、分辨率和精度，电机采用小步距角细分控制，以确保步进电机不丢步，速度实现连续平滑调节。步进伺服系统控制器与步进电机平台如图2所示。 图2 步进伺服系统控制器与步进电机平台系统的控制软件 系统采用通用数控软件EdiTasc来实现对硬件的控制功能。其中包括连续点动、搜索参考点、软件限位、在线编写运动轨迹等。EdiTasc是由德国MOVTEC公司为