第10章 逻辑与数字控制电路

1、第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路w 10.1 二值逻辑控制与驱动电路二值逻辑控制与驱动电路w 10.2 数控机床控制驱动电路数控机床控制驱动电路w 10.3 数控机床控制指令与编程坐标系数控机床控制指令与编程坐标系w 10.4 数控机床的插补原理数控机床的插补原理w 10.5 可编程逻辑器件可编程逻辑器件作用：作用：实现逻辑状态的控制。实现逻辑状态的控制。控制电路：控制电路： w 开环控制开环控制w 闭环控制闭环控制 第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路开环控制：开环控制：图图1-8 开环控制系统的基本组成开环控制系统的基本组成 第第10章章 逻辑与数字控制电路

2、逻辑与数字控制电路测量电路测量电路 控制电路控制电路 扰动量扰动量传感器传感器放大放大电路电路输输出出转换转换电路电路设定设定电路电路执行执行机构机构给定给定机构机构被控被控对象对象开环控制的精度不高开环控制的精度不高: 1. 对扰动的测量误差影响控制精度。对扰动的测量误差影响控制精度。 2. 扰动模型的不精确性影响控制精度。扰动模型的不精确性影响控制精度。 第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路闭环控制闭环控制: 图图1-9 闭环控制系统的基本组成闭环控制系统的基本组成第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路 设定设定电路电路比较比较电路电路校正校正电路电路转换转换电路

3、电路给定给定机构机构执行执行机构机构被控被控对象对象输出输出传感器传感器扰动扰动放大放大电路电路控制电路控制电路闭环控制加校正电路闭环控制加校正电路: 主要考虑从发现输出量发生变化到执行控制需要一段主要考虑从发现输出量发生变化到执行控制需要一段 时间，为了提高响应速度常引入微分环节。时间，为了提高响应速度常引入微分环节。当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于控制作用当输出量在扰动影响下作周期变化时，由于控制作用 的滞后，可能产生振荡。为了防止振荡，需要引入适的滞后，可能产生振荡。为了防止振荡，需要引入适 当的积分环节。在实际电路中，往往比较电路的输出当的积分环节。在实际电路中，往往比较电路的输

4、出 先经放大再送入校正电路，视需要可能再次放大。先经放大再送入校正电路，视需要可能再次放大。 第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路10.1.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路按照电路中所采用的功率器件类型分类，常见的有晶按照电路中所采用的功率器件类型分类，常见的有晶 体管驱动电路、场效应管驱动电路和晶闸管驱动电路体管驱动电路、场效应管驱动电路和晶闸管驱动电路 等类型。等类型。按照电路所驱动的负载类型分类，常见的有电阻性负按照电路所驱动的负载类型分类，常见的有电阻性负 载驱动电路和电感性负载驱动电路等类型。载驱动电路和电感性负载驱动电路等类型。按照电路所控制的负载电源类型分类，常

5、见的有直流按照电路所控制的负载电源类型分类，常见的有直流 电源负载驱动电路和交流电源负载驱动电路等类型。电源负载驱动电路和交流电源负载驱动电路等类型。10.1 二值逻辑控制与驱动电路二值逻辑控制与驱动电路第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路10.1.1.1 晶体管直流负载功率驱动电路晶体管直流负载功率驱动电路 + +Ec VD ZL IL Ui R V I b 图图10-1 晶体管功率驱动电路晶体管功率驱动电路 负载所需的电流不太大：负载所需的电流不太大： 10.1.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路 当控制信号当控制信号Ui为低电平时，为低电平时，V截止，截止，IL=0； 当

6、当Ui为高电平时，为高电平时，V导通，导通，IL=(Ec-Uce)/ZL；VD续流二极管，保护续流二极管，保护V。 当当V截止时，感性负载所存截止时，感性负载所存储的能量通过储的能量通过VD的续流作用而的续流作用而泄放，避免泄放，避免V 被反向击穿。被反向击穿。设计要点设计要点: 合理确定合理确定Ui、R与与V的电流放大系数的电流放大系数 值之间的数值之间的数 值关系，充分满足值关系，充分满足 I b I L / 确保确保V导通时工作于饱和区，以降低导通时工作于饱和区，以降低V的导通电阻的导通电阻 并减小功耗。并减小功耗。 10.1.1.1 晶体管直流负载功率驱动电路晶体管直流负载功率驱动电路

7、 常用器件常用器件: 当当 IL500mA时采用一般晶体管：时采用一般晶体管：3DG102、T8050 当当 IL较大时采用复合管：较大时采用复合管：2S6039、DB651、S15001用于功率驱动电路的场效应管称为功率场效应管。功用于功率驱动电路的场效应管称为功率场效应管。功 率场效应管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，率场效应管是电压控制器件，具有很高的输入阻抗， 所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。功率场所需的驱动功率很小，对驱动电路要求较低。功率场 效应管具有较高的开启阈值电压，较高的噪声容限和效应管具有较高的开启阈值电压，较高的噪声容限和 抗干扰能力。抗干扰能力。10.1.1

8、.2 场效应管直流负载功率驱动电路场效应管直流负载功率驱动电路 10.1.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路场效应管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称场效应管大多数为绝缘栅型场效应管，亦称MOS场效场效 应管。功率场效应管在制造中多采用应管。功率场效应管在制造中多采用V沟槽工艺，简沟槽工艺，简 称为称为VMOS场效应管。其改进型称为场效应管。其改进型称为TMOS场效应管。场效应管。图图10-2a VMOS场效应管电极场效应管电极10.1.1.2 场效应管直流负载功率驱动电路场效应管直流负载功率驱动电路 该图是该图是VMOS及及TMOS场效应晶体管场效应晶体管引出电极的内部关系引出电极的内部关系简

9、图，虚线框表示其简图，虚线框表示其封装范围。其中二极封装范围。其中二极管管VD1是在制造过程中是在制造过程中形成的。与普通场效形成的。与普通场效应管不同，如果在使应管不同，如果在使用中将漏极用中将漏极D与源极与源极S接反，会导致性能丧接反，会导致性能丧失或损坏。失或损坏。漏极漏极D 栅极栅极G VD1 源极源极S VS VD2 V Ui R IL ZL +Ec 图图10-2b 场效应管驱动电路场效应管驱动电路 当控制信号当控制信号UiUGS时，时，V导通，导通，I L = Ec /(ZLRDS)。 稳压二极管稳压二极管VS 对控制信对控制信号号Ui进行箝位，保护功率场进行箝位，保护功率场效应管

10、效应管V。 常用器件：常用器件：IRF250、IRF350、IRF640等。等。10.1.1.2 场效应管直流负载功率驱动电路场效应管直流负载功率驱动电路 10.1.1.3 晶闸管交流负载功率驱动电路晶闸管交流负载功率驱动电路 交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。交流负载的功率驱动电路，通常采用晶闸管来构成。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。晶闸管有单向晶闸管和双向晶闸管两种类型。 10.1.1 功率开关驱动电路功率开关驱动电路1. 单向晶闸管单向晶闸管(单向可控硅单向可控硅-SCR)导通条件：导通条件：UAK0 UGK0 (触发电压触发电压) 导通后：导通后：IAKIH (维

11、持电流维持电流)关断条件：关断条件：IAK触发门限值，双向导通。触发门限值，双向导通。 关断条件：关断条件：IMT1.MT2IH 双向与单向晶闸管的主要区别：双向与单向晶闸管的主要区别：在触发之后是双向导通的；在触发之后是双向导通的；触发电压不分极性，只要绝对触发电压不分极性，只要绝对 值达到触发门限值即可双导通。值达到触发门限值即可双导通。常用器件：常用器件：BTA06、BTA08、BTA12 10.1.1.3 晶闸管交流负载功率驱动电路晶闸管交流负载功率驱动电路 3. 交流半波导通功率驱动电路交流半波导通功率驱动电路 Ui u V1 V3 R1 P1 R2 R3 R5 R4 P2 C ZL

12、 IL +E VD VS V2 VLC 4N25 K G A b1 b2 e V2单结晶体管，单结晶体管， V3单向晶闸管。单向晶闸管。 当控制信号当控制信号Ui为高电平时，为高电平时，V3导通，导通，IL0；当控制信号当控制信号Ui为低电平时，为低电平时，V3截止，截止，IL=0。10.1.1.3 晶闸管交流负载功率驱动电路晶闸管交流负载功率驱动电路 如果控制信号如果控制信号Ui为高电平，为高电平，V1截止，截止，P1与与P2间电位间电位差取决于差取决于VS。在。在u为正半周时，为正半周时，P1与与P2间电压使间电压使C充电，充电，导致单结晶体管导致单结晶体管V2的的e与与b1间突然导通，使

13、晶闸管间突然导通，使晶闸管V3导导通，又使通，又使C放电为放电为0。在。在u为负半周时，为负半周时，UAK0，ILIH，V3截止截止半波导通半波导通(Ui为高电平且为高电平且u为正半周，为正半周，V3导通导通)。 Ui u V1 V3 R1 P1 R2 R3 R5 R4 P2 C ZL IL +E VD VS V2 VLC 4N25 K G A b1 b2 e 10.1.1.3 晶闸管交流负载功率驱动电路晶闸管交流负载功率驱动电路 如果如果Ui为低电平，为低电平，V1导通，导通，P1与与P2间电位差显著降间电位差显著降低，低，V2无法建立使无法建立使V3导通的触发电平，导通的触发电平，IL=0

14、。调整调整C与与R2的数值，可改变的数值，可改变V3在在u正半周的导通角，正半周的导通角，从而达到改变负载从而达到改变负载ZL中平均电流中平均电流IL大小的目的。大小的目的。 Ui u V1 V3 R1 P1 R2 R3 R5 R4 P2 C ZL IL +E VD VS V2 VLC 4N25 K G A b1 b2 e 10.1.2 继电器与电磁阀驱动电路继电器与电磁阀驱动电路继电器与电磁阀均为继电器与电磁阀均为感性负载感性负载，是典型二值可控元件。，是典型二值可控元件。继电器广泛用于生产控制和电力系统中，具有接触电继电器广泛用于生产控制和电力系统中，具有接触电 阻小、流通电流大和耐压高等

15、优点，至今仍无法用无阻小、流通电流大和耐压高等优点，至今仍无法用无 触点器件取代。触点器件取代。对继电器或接触器的驱动，实际上是对其励磁线圈电对继电器或接触器的驱动，实际上是对其励磁线圈电 流通断的控制。继电器励磁线圈所需的励磁电源有直流通断的控制。继电器励磁线圈所需的励磁电源有直 流与交流两种。流与交流两种。10.1 二值逻辑控制与驱动电路二值逻辑控制与驱动电路对直流电源励磁的继电器可用图对直流电源励磁的继电器可用图10-1和图和图10-2，ZL为继为继电器的励磁线圈电器的励磁线圈(感性负载感性负载)，VD不可缺少。不可缺少。10.1.2 继电器与电磁阀驱动电路继电器与电磁阀驱动电路对交流电

16、源励磁的继电器，用图对交流电源励磁的继电器，用图10-4和和10-5。图。图10-5用直流继电器间接控制交流继电器。用直流继电器间接控制交流继电器。 3- -相相 /50Hz /380V A1 B1 C1 +5V KD1-1 KA1 Ui KA1-1 A2 B2 C2 VD KD1 R V V 10.1.2 继电器与电磁阀驱动电路继电器与电磁阀驱动电路 Ui为低电平时，为低电平时，V截止，截止，KD1的励磁线圈无电流，的励磁线圈无电流，触点触点KD1-1在常闭端。在常闭端。KA1的励磁线圈也无电流，触点的励磁线圈也无电流，触点KA1-1也在常闭端，也在常闭端，A2、B2、C2无电压输出。无电压

17、输出。 3- -相相 /50Hz /380V A1 B1 C1 +5V KD1-1 KA1 Ui KA1-1 A2 B2 C2 VD KD1 R V V 10.1.2 继电器与电磁阀驱动电路继电器与电磁阀驱动电路 3- -相相 /50Hz /380V A1 B1 C1 +5V KD1-1 KA1 Ui KA1-1 A2 B2 C2 VD KD1 R V V 当控制信号当控制信号Ui为高电平时，为高电平时，V导通，导通，KD1上电，接上电，接通通KA1的电源，的电源，A1、B1、C1处的处的380V三相交流电源经三相交流电源经A2、B2、C2端子输出供给用电设备。端子输出供给用电设备。10.2

18、数控机床控制驱动电路数控机床控制驱动电路数控机床运行控制电路有两类数控机床运行控制电路有两类： 第一类是只需做开关二值控制的驱动电路，其控第一类是只需做开关二值控制的驱动电路，其控制对象如：数控车床单纯实施工件旋转的主轴电动机、制对象如：数控车床单纯实施工件旋转的主轴电动机、数控铣床单纯实施刀具旋转的主轴电动机等。数控铣床单纯实施刀具旋转的主轴电动机等。 第二类是需要做给定空间轨迹运行控制的驱动电第二类是需要做给定空间轨迹运行控制的驱动电路，其控制对象如：数控车床按给定轨迹运行的刀具路，其控制对象如：数控车床按给定轨迹运行的刀具架拖动电动机、数控铣床按给定规迹运行的刀具架或架拖动电动机、数控铣

19、床按给定规迹运行的刀具架或工件运动的拖动电动机等。工件运动的拖动电动机等。第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路10.2 数控机床控制驱动电路数控机床控制驱动电路 三相交流电源三相交流电源L1、L2、L3经隔离开关经隔离开关QS、熔断器、熔断器FU1引入。转换开关引入。转换开关SW在手动位置，当按下按钮开关在手动位置，当按下按钮开关SB1时，时，继电器继电器KM1吸合，其主触点吸合，其主触点KM1-1闭合，电动机上电运行；闭合，电动机上电运行；10.2.1 异步电动机的二值控制电路异步电动机的二值控制电路L1QSM3L2L3KM1-1FR1KM1FU1FU2FR1-1SB2SWSB

20、1KM1-2KA1-1手动手动自动自动 由于继电器辅助触点由于继电器辅助触点KM1-2也同时闭合，故当松开也同时闭合，故当松开按钮开关按钮开关SB1时，时，KM1线圈仍不失电，从而保持电动机线圈仍不失电，从而保持电动机继续运行。当按下按钮继续运行。当按下按钮SB2时，时，KM1线圈失电，使主触线圈失电，使主触点点KM1-1脱开，电动机停止运行。脱开，电动机停止运行。10.2.1 异步电动机的二值控制电路异步电动机的二值控制电路L1QSM3L2L3KM1-1FR1KM1FU1FU2FR1-1SB2SWSB1KM1-2KA1-1手动手动自动自动 在主触点在主触点KM1-1与电动机之间接有热继电器与

21、电动机之间接有热继电器FR1，当，当电动机过载超过设定时间时，电动机过载超过设定时间时，FR1线圈发热使其与线圈发热使其与SB2串串联的触点联的触点FR1-1脱开，电动机停止运行。脱开，电动机停止运行。 当转换开关当转换开关SW扳向下方时为自动控制，此时由触点扳向下方时为自动控制，此时由触点KA1-1使主控继电器使主控继电器KW1动作控制电动机的运行。动作控制电动机的运行。10.2.1 异步电动机的二值控制电路异步电动机的二值控制电路L1QSM3L2L3KM1-1FR1KM1FU1FU2FR1-1SB2SWSB1KM1-2KA1-1手动手动自动自动10.2 数控机床控制驱动电路数控机床控制驱动

22、电路10.2.2 伺服电动机的控制电路伺服电动机的控制电路伺服电动机一般用于为实现给定伺服电动机一般用于为实现给定空间轨迹空间轨迹运行提供动运行提供动 力的部件，其控制系统力的部件，其控制系统(伺服系统伺服系统)需结合丝杠与导轨需结合丝杠与导轨 等行走机构具体配置。等行走机构具体配置。伺服系统接受来自数控系统的指令，经放大和转换来伺服系统接受来自数控系统的指令，经放大和转换来 驱动数控机床上的执行件驱动数控机床上的执行件(工作台或刀架工作台或刀架)，从而实现，从而实现 预期的运动，随时将运动结果反馈与输入指令相比较，预期的运动，随时将运动结果反馈与输入指令相比较， 力求实际运动轨迹与输入指令之

23、差为零。力求实际运动轨迹与输入指令之差为零。伺服系统包含功率放大和反馈，不仅控制执行件的速伺服系统包含功率放大和反馈，不仅控制执行件的速 度、方向，而且控制几个执行件按一定规律合成的轨度、方向，而且控制几个执行件按一定规律合成的轨 迹运动。迹运动。环形分配器环形分配器工作台工作台齿轮箱齿轮箱步进电动机步进电动机指令指令电源电源数控装置数控装置步进电动机步进电动机功率放大器功率放大器10.2.2.1 伺服系统的类型伺服系统的类型1. 开环伺服系统开环伺服系统 数控系统发出的指令信号经环形分配器驱动电路控数控系统发出的指令信号经环形分配器驱动电路控制和功率放大器，使步进电动机转动，通过变速齿轮和制

24、和功率放大器，使步进电动机转动，通过变速齿轮和滚珠丝杠螺母副驱动执行件滚珠丝杠螺母副驱动执行件(工作台或刀架工作台或刀架)移动。移动。 开环伺服系统一般包括脉冲频率变换、脉冲分配、开环伺服系统一般包括脉冲频率变换、脉冲分配、功率放大、步进电动机、变速齿轮、滚珠丝杠螺母副、功率放大、步进电动机、变速齿轮、滚珠丝杠螺母副、导轨副等组成环节。导轨副等组成环节。10.2.2.1 伺服系统的类型伺服系统的类型2. 全闭环伺服系统全闭环伺服系统 闭环伺服系统包含功率放大和反馈，从而使得输出闭环伺服系统包含功率放大和反馈，从而使得输出量值紧紧地响应输入量值的自动控制系统。在数控机床量值紧紧地响应输入量值的自

25、动控制系统。在数控机床上由于反馈信号所引出的位置不同，可分为全闭环系统上由于反馈信号所引出的位置不同，可分为全闭环系统和半闭环系统和半闭环系统。图。图10-8为全闭环伺服系统的典型构成。为全闭环伺服系统的典型构成。位置控制位置控制感应同步器感应同步器速度反馈速度反馈指令指令脉冲脉冲速度控制速度控制 伺服伺服电动机电动机弹性无间弹性无间隙联轴器隙联轴器位置反馈位置反馈10.2.2.1 伺服系统的类型伺服系统的类型2. 全闭环伺服系统全闭环伺服系统 全闭环伺服系统的反馈信号取自于机床工作台全闭环伺服系统的反馈信号取自于机床工作台(或或刀架刀架) 的实际位置，所以系统传动链的误差、环内各元的实际位置

26、，所以系统传动链的误差、环内各元件件(如丝杠螺母副、导轨副、联轴器等如丝杠螺母副、导轨副、联轴器等)的误差以及运动的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，因此跟随与定位精度很中造成的误差都可以得到补偿，因此跟随与定位精度很高高。但系统的设计和调整都有较大难度，价格也较贵，但系统的设计和调整都有较大难度，价格也较贵，只在大型、精密数控机床上采用。只在大型、精密数控机床上采用。位置控制位置控制感应同步器感应同步器速度反馈速度反馈指令指令脉冲脉冲速度控制速度控制 伺服伺服电动机电动机弹性无间弹性无间隙联轴器隙联轴器位置反馈位置反馈10.2.2.1 伺服系统的类型伺服系统的类型3. 半闭环伺服系统半

27、闭环伺服系统 半闭环伺服系统的反馈信号取自于系统的中间部位半闭环伺服系统的反馈信号取自于系统的中间部位(如驱动伺服电动机的旋转轴上如驱动伺服电动机的旋转轴上)，电机输出轴到最末端，电机输出轴到最末端件件(工作台或刀架工作台或刀架)之间的误差，如联轴器误差、丝杠的之间的误差，如联轴器误差、丝杠的弹性变形及螺距误差、导轨的摩擦阻尼等都没有得到补弹性变形及螺距误差、导轨的摩擦阻尼等都没有得到补偿，所以其精度较低偿，所以其精度较低。但系统安装调试容易，稳定性也但系统安装调试容易，稳定性也较好，结构也比较简单，广泛用于中小型数控机床上。较好，结构也比较简单，广泛用于中小型数控机床上。位置控制位置控制速度

28、反馈速度反馈指令指令脉冲脉冲速度控制速度控制 伺服伺服电动机电动机弹性无间弹性无间隙联轴器隙联轴器位置反馈位置反馈工作台工作台10.2.2.1 伺服系统的类型伺服系统的类型4. 双闭环伺服系统双闭环伺服系统 图图10-8所示的全闭环伺服系统为速度所示的全闭环伺服系统为速度-位置双闭环方位置双闭环方式；图式；图10-9所示的半闭环伺服系统为速度闭环所示的半闭环伺服系统为速度闭环-位置半闭位置半闭环方式。图环方式。图10-10所示的为速度所示的为速度-电流环双闭环伺服系统，电流环双闭环伺服系统，内环内环(电流环电流环) 的作用是由电流调节器对电动机电枢回路的作用是由电流调节器对电动机电枢回路中引起

29、滞后作用的某些时间常数进行补偿，使动态电流中引起滞后作用的某些时间常数进行补偿，使动态电流按所需的规律按所需的规律(通常按一阶过渡过程通常按一阶过渡过程)变化。变化。速度调节器速度调节器电流反馈电流反馈电流调节器电流调节器 伺服伺服电动机电动机速度反馈速度反馈10.2.2.2 开环伺服系统驱动电路开环伺服系统驱动电路伺服电动机一般用于为实现给定伺服电动机一般用于为实现给定空间轨迹空间轨迹运行提供动运行提供动 力的部件，其控制系统力的部件，其控制系统(伺服系统伺服系统)需结合丝杠与导轨需结合丝杠与导轨 等行走机构具体配置。等行走机构具体配置。伺服系统接受来自数控系统的指令，经放大和转换来伺服系统

30、接受来自数控系统的指令，经放大和转换来 驱动数控机床上的执行件驱动数控机床上的执行件(工作台或刀架工作台或刀架)，从而实现，从而实现 预期的运动，随时将运动结果反馈与输入指令相比较，预期的运动，随时将运动结果反馈与输入指令相比较， 力求实际运动轨迹与输入指令之差为零。力求实际运动轨迹与输入指令之差为零。伺服系统包含功率放大和反馈，不仅控制执行件的速伺服系统包含功率放大和反馈，不仅控制执行件的速 度、方向，而且控制几个执行件按一定规律合成的轨度、方向，而且控制几个执行件按一定规律合成的轨 迹运动。迹运动。10.2.2 伺服电动机的控制电路伺服电动机的控制电路三、步进电动机驱动电路三、步进电动机驱

31、动电路步进电动机简称步进电机，可在开环条步进电动机简称步进电机，可在开环条件下十分方便地将数字系统的脉冲数转件下十分方便地将数字系统的脉冲数转变成与其相对应的角位移或线位移，因变成与其相对应的角位移或线位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。而是控制系统中常用的自动化执行元件。 第第10章章 逻辑与数字控制电路逻辑与数字控制电路图图8-6步进电步进电动机控动机控制电路制电路框图框图 A+ 步进脉冲 脉 功 B+ 冲 率 C+ 步进方向 分 放 A 配 大 B 电源控制 电 电 C 路 路 电动机w脉冲分配电路亦称环行分配器，用来对输入的步脉冲分配电路亦称环行分配器，用来对输入的步进脉冲进行

32、逻辑变换，产生给定工作方式所需的各进脉冲进行逻辑变换，产生给定工作方式所需的各相脉冲序列信号。相脉冲序列信号。w功率放大电路对脉冲分配电路输出的信号进行放功率放大电路对脉冲分配电路输出的信号进行放大，产生使电动机旋转所需的激磁电流。大，产生使电动机旋转所需的激磁电流。w步进方向信号指定各相导通的先后次序，用以改步进方向信号指定各相导通的先后次序，用以改变步进电机旋转方向。变步进电机旋转方向。电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，电源控制信号用来在必要时使各相电流为零，以达到降低功耗等的目的。以达到降低功耗等的目的。 w 脉冲分配电路可用数字电路组合、软件序列分配、专门单片集成元件、GAL器件

33、等构成。 w功率放大电路的特性对步进电机的性能有极其明显的影响。功率放大电路有单电压、双电压、斩波稳流、步距细分等类型。 （一）单电压功率放大电路（一）单电压功率放大电路 图图8-7单电压功率放大电路单电压功率放大电路 Ui VD VS R RL RC L IL V +Ec 步进电机每相绕组的供电都是由功率开关电路来执行的，三相步进电机应有三个功率放大电路单元 图图8-8绕组电流绕组电流I L的波形的波形a）Ui频率低时频率低时b）Ui频率高时频率高时 Ui IL a) Ui IL b)同时增大外接电阻RC和电源电压Ec，可使步进电机转速高时的输出转矩显著提高，但同时使功耗急剧增大 功耗的增加

34、一方面降低了效率，使电源体积庞大；另一方面引起电气部件发热，增大系统故障的发生率。为此，发展了双电压、斩波稳流等驱动电路 （二）斩波稳流式功率放大电路（二）斩波稳流式功率放大电路 图图8-9斩波稳流式功率放大电路斩波稳流式功率放大电路 光耦合器 UR +80V VLC - + + N & 1 R D C Q DG1 DG2 DF R1 R2 R3 R4 R1 RL Up Ui VS2 VD2 VS1 V1 VD1 V2 +12V +5V L IL R6 Uq 经经D触发器引入触发器引入Up信号的主要目的是给信号的主要目的是给定超声斩波频率，以避免单纯由定超声斩波频率，以避免单纯由R6上

35、的上的电压波动来控制电压波动来控制V1通断引入的不规则噪通断引入的不规则噪声。声。 第二节可编程逻辑器件第二节可编程逻辑器件(PLD) PLD与定制器件的主要区别是可编程性，与定制器件的主要区别是可编程性，其逻辑功能可由用户构造或设置。其逻辑功能可由用户构造或设置。使用使用PLD设计优点设计优点 灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，灵活，研制周期缩短，空间尺寸减小，降低系统故障率。降低系统故障率。PLD从其出现至今，经历了由从其出现至今，经历了由PROM、FPLA到到PAL和和GAL的发展过程。的发展过程。图8-10PLD电路单元图形符号及其真值表 B = A A A A B D E F C =

36、 A 0 0 0 0 1 B 0 1 0 0 1 A B C 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 D E F 图8-11通常与门和PLD与门的图形符号 A B C A & B D & D C图8-12通常或门和PLD或门的图形符号 A B C A 1 B D 1 D C可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PAL（一）（一）PAL器件结构器件结构（二）（二）PAL器件的类型器件的类型（三）（三）PAL器件的应用实例器件的应用实例（一）（一）PAL器件结构器件结构图图8-13PAL器件的基本逻辑结构器件的基本逻辑结构 输入 & & & &

37、amp; & & & & & & & & & & & & 1 1 1 1 O2 O1 O0 O3 输出 可编程的 “与”阵列 不可编程的 “或”阵列 I0I1I2I3 （二）（二）PAL器件的类型器件的类型主要分主要分20引脚和引脚和24引脚两大类，还有引脚两大类，还有40（或（或44）和）和80（或（或84）引脚的宏）引脚的宏PAL器器件件 按电路能耗又可分为标准型、半功耗和按电路能耗又可分为标准型、半功耗和1/4功耗型；功耗型；按运行速度又可分为标准型、高速和超按运行速度又可分为标准型、高速和超

38、高速型；高速型；按可靠性又可分为军用和民用等。按可靠性又可分为军用和民用等。 （三）（三）PAL器件的应用实例器件的应用实例图8-14二相四绕组步进电动机驱动原理图 +E 步进电动机 步进时钟 CK 环 功 选中信号 E1 行 Q0 率 A 选中信号 E2 分 Q1 驱 B 初态设置 S 配 Q2 动 C 转向控制 D 电 Q3 电 D 路 路 图8-15环行分配器输出信号4序逻辑 Q0 1,0 1,1 Q2 0,0 0,1 表8-1 二相四绕组步进电机驱动步序 步进步序10101010正 转反 转 Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q31101010102100101103010101014011010011表8-2步进电机状态功能选择 升沿0001步进电机反向旋转CKE1E2SD状态功能任意1任意任意任意保持电动机当前状态任意任意1任意任意保持电动机当前状态升沿001任意设置输出为初状态升沿0000步进电机正向旋转图8-16电动机驱动步序卡诺图 Q0n Q0n 0 1 1 0 1 1 0 0 D 1 0 0 1 D 0 0 1 1 Q2n Q2n a) b) 8.1 已知某直流电磁阀的驱动电流为已知某直流电磁阀的驱动电流为6A，用用2