第4章_数字程序控制技术

1、第第4 4章章 数字程序控制技术数字程序控制技术 数字程序控制技术是综合应用计算数字程序控制技术是综合应用计算机、自动控制、智能仪器仪表、精密机械机、自动控制、智能仪器仪表、精密机械等高新技术的产物。它等高新技术的产物。它主要应用于铣床、主要应用于铣床、车床、加工中心、线切割机、焊接机、工车床、加工中心、线切割机、焊接机、工业机器人业机器人等自动控制系统中。数字程序控等自动控制系统中。数字程序控制系统具有制系统具有能加工形状复杂的零件、加工能加工形状复杂的零件、加工精度高、生产效率高、便于改变加工零件精度高、生产效率高、便于改变加工零件品种品种等特点，它是实现机床自动化的一个等特点，它是实现机

2、床自动化的一个重要发展方向。重要发展方向。 本本 章章 目目 录录所谓数字程序控制，就是所谓数字程序控制，就是计算机计算机根据输入根据输入的指令和数据，控制的指令和数据，控制生产机械生产机械（如各种加工机（如各种加工机床）按规定的工作顺序、床）按规定的工作顺序、运动轨迹运动轨迹、运动距离、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制自动控制。 数字程序控制系统一般由数字程序控制系统一般由输入装置、输出输入装置、输出装置、控制器和插补器装置、控制器和插补器等四大部分组成。随着等四大部分组成。随着计算机技术的飞速发展，数字程序控制系统的计算机技术的飞速发展，数字

3、程序控制系统的这些主要功能都由计算机来完成。这些主要功能都由计算机来完成。4.1 4.1 数字程序控制基础数字程序控制基础当给定当给定a a、b b、c c、d d各点坐标各点坐标x x和和y y值之后，如何确定各坐标值值之后，如何确定各坐标值之间的中间值之间的中间值? ?插补计算的插补计算的宗旨宗旨是通过给定的基点是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。是以一定的精度逼近给定的线段。为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的

4、是直线插补直线插补和和二次曲线插补二次曲线插补两种形式。两种形式。求得这些中间值的数值计算方法插值或插补插值或插补。xyabcd前期准备曲线分成若干段数字程序控制原理数字程序控制原理 基本思路基本思路 数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成，也可能，也可能有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线（曲线有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线（曲线基点和曲线属性）拟合加工轮廓。基点和曲线属性）拟合加工轮廓。 输出装置为输出装置为步进电机步进电机，驱动每个轴以一定距离，驱动每个轴以一定距离的步长运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑的步长运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑

5、曲线。曲线。 步骤：步骤： 1. 1. 曲线分段曲线分段 (1)(1)图图4-14-1中曲线分为中曲线分为三段三段，分别为，分别为abab、bcbc、cdcd，a a、b b、c c、d d四点坐标送计算机。四点坐标送计算机。 (2(2) )分割原则：分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内。的误差在允许范围之内。X Xd dc cb ba aO OY Y图图4-1 曲线分段曲线分段 2. 2. 插补计算插补计算 当给定当给定a a、b b、c c、d d各点坐标各点坐标x x、y y之后，之后，求这求这些点中间值的数字计算方法称插补些点中间值的数

6、字计算方法称插补。 (1)(1)插补计算：插补计算： 给定曲线基点坐标，求得曲给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法。线中间值的数值计算方法。 (2)(2)插补计算原则：插补计算原则：通过给定的基点坐标，以通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，这些中间点一定的速度连续定出一系列中间点，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段。的坐标值以一定的精度逼近给定的线段。 l直线插补直线插补 在给定的两基点之间用一条在给定的两基点之间用一条近似直线近似直线来来逼近。逼近。l二次曲线插补二次曲线插补 在给定的两基点之间用一条在给定的两基点之间用一条近似曲线近似曲线来来逼近。曲线

7、有圆弧、抛物线、双曲线等。逼近。曲线有圆弧、抛物线、双曲线等。直线插补直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直线，并不是真正的直线。似于一条直线，并不是真正的直线。 二次曲线插补二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧。似于曲线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。线和双曲线等。

8、 3. 3. 插补方法的计算机实现插补方法的计算机实现 把插补运算过程中给定的中间点，以脉冲信把插补运算过程中给定的中间点，以脉冲信号的形式去控制号的形式去控制x x、y y方向上的步进电机，来实现方向上的步进电机，来实现图形重现。图形重现。 一个脉冲信号代表步进电机走一步。也称为一个脉冲信号代表步进电机走一步。也称为折线逼近。折线逼近。xyX0，Y0X1，Y1折线逼近折线逼近常见插补方法：常见插补方法：逐点比较法、逐点比较法、数字积分法、数数字积分法、数字脉冲乘法器。字脉冲乘法器。（1 1）脉冲脉冲：每一个脉冲信号代表步进电机走一步；代：每一个脉冲信号代表步进电机走一步；代表的是加工过程中最

9、小的加工单位，就是步长。表的是加工过程中最小的加工单位，就是步长。（2 2）步长步长：对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉：对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，又称为步长，常用冲当量，又称为步长，常用xx和和yy来表示，并且总来表示，并且总是取是取xxyy。（3 3）脉冲个数（步数）脉冲个数（步数）：线段在：线段在x x轴和轴和y y轴的投影长轴的投影长度，和脉冲当量有关。度，和脉冲当量有关。 Nx=(Xe-X0) /x Ny=(Ye-Y0) /y 数字程序控制的数字程序控制的3 3种方式：种方式：点位控制、直线切削控点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制制、轮廓切削控制。 1 1）点位控制

10、）点位控制 只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，只是在准确到达指定位置后才开始加工。准确定位，只是在准确到达指定位置后才开始加工。（定位）（定位） 2 2）直线切削控制）直线切削控制 控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。工。（单轴切削）（单轴切削）4.1.2 数字程序控制方式数字程序控制方式 3 3）轮廓的切削控制）轮廓的切削控制 控制刀具沿工件轮廓曲线运动，并在运动过程中控制刀具沿

11、工件轮廓曲线运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式借助于插补器进行。将工件加工成某一形状。这种方式借助于插补器进行。（多轴切削）（多轴切削） 三种方式比较三种方式比较 点位控制：点位控制：驱动电路简单，无需插补驱动电路简单，无需插补 直线切削控制：直线切削控制：驱动电路复杂，无需插补驱动电路复杂，无需插补 轮廓切削控制：轮廓切削控制：驱动电路复杂，需插补驱动电路复杂，需插补 4.1.3 4.1.3 开环、闭环数字程序控制开环、闭环数字程序控制 1. 闭环数字程序控制闭环数字程序控制用于大型精密加工机床，结构复杂。用于大型精密加工机床，结构复杂。2. 开环数字程序控制开环数字程序控制

12、运用广泛，结构简单，可靠性高。运用广泛，结构简单，可靠性高。4.2 4.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理 逐点比较法：逐点比较法： (1)就是刀具或绘图笔就是刀具或绘图笔每走一步每走一步都要和给定轨迹都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方、左边或右边，从而决定下一步的进给方向。下方、左边或右边，从而决定下一步的进给方向。 (2)逐点比较法是逐点比较法是以阶梯折线来逼近以阶梯折线来逼近直线或圆弧直线或圆弧等曲线，它与给定的轨迹之间的最大误差为一个脉等曲线，它与给定的轨迹之间的最大误差为一个脉冲当量。冲当量。因此步长愈小加

13、工精度就愈高。因此步长愈小加工精度就愈高。走一步走一步 - - 比较一次比较一次 - - 决定下一步的走向决定下一步的走向逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补插补步骤插补步骤( (四节拍四节拍) )： 偏差判别偏差判别 - - 坐标进给坐标进给 - - 新偏差计算新偏差计算 - - 终点判断终点判断 走一步走一步 - - 比较一次比较一次 - - 决定下一步的走向决定下一步的走向- - 插补结束插补结束判断判断 图图5-3 5-3 第一象限内的直线插补第一象限内的直线插补 4.2.1 4.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补1.1.偏差计算式偏差计算式若点若点m m在在OAOA直线段上

14、，则有直线段上，则有x xm m/y/ym m=x=xe e/y/ye e 即即y ym mx xe e-x-xm my ye e0 0 于是取于是取偏差计算式为偏差计算式为 F Fm m=y=ym mx xe e-x-xm my ye e2.2.偏差判别偏差判别 偏差判别式：偏差判别式： 若若F Fm m = 0 = 0，则点，则点m m在在OAOA直线段上；直线段上； 若若F Fm m 0 0，则点，则点m m在在OAOA直线段的上方；直线段的上方；若若F Fm m 0 = 0 = 0时，沿时，沿+x+x轴方向走一步；轴方向走一步； 当当F Fm m 0 = 0 = 0，这时沿，这时沿+x

15、+x轴方向走一步至轴方向走一步至m m1 1点。点。 ( x( xm+1m+1， y ym+1m+1) = ( x) = ( xm m+1, y+1, ym m ) ) F Fm+1m+1= y= ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e= y= ym mx xe e-(x-(xm m+1)y+1)ye e = y = ym mx xe e-x-xm my ye e -y-ye e= = F Fm m y ye e （2 2）设加工点在）设加工点在m m点，若点，若F Fm m 0 = 0 = 0，F Fm+1m+1= F= Fm m y ye e 若若F Fm m 0 =0

16、F=0还是还是F0F0；（2 2）坐标进给：）坐标进给：根据所在象限和偏差判别的结根据所在象限和偏差判别的结果，决定进给坐标轴及其方向；果，决定进给坐标轴及其方向；（3 3）偏差计算：）偏差计算：计算进给一步后新的偏差，作计算进给一步后新的偏差，作为下一步进给的偏差判别依据；为下一步进给的偏差判别依据；（4 4）终点判断：）终点判断：进给一步后，终点计数器减进给一步后，终点计数器减1 1，判断是否到达终点，到达终点则停止运算；若判断是否到达终点，到达终点则停止运算；若没有到达终点，返回（没有到达终点，返回（1 1）。如此不断循环直）。如此不断循环直到到达终点。到到达终点。偏差偏差第第1象限象限

17、第第2象限象限第第3象限象限第第4象限象限偏差公式偏差公式Fm0+x-x-x+xFm+1= Fm-yeFm0+y+y-y-yFm+1= Fm+xe2.2.四个象限的直线插补四个象限的直线插补 4象限内的直线插补象限内的直线插补 2象限：象限：1象限以象限以y轴镜象轴镜象4象限：象限：1象限以象限以x轴镜象轴镜象3象限：象限：1象限旋转象限旋转180度度 偏差计算：偏差计算： Fm0，Fm+1=Fm-|ye| Fm00，M M点在圆弧外点在圆弧外 F Fm m0 - 坐标进给坐标进给 - - 偏差计算偏差计算 -坐坐标计算标计算- - 终点判断终点判断 直线插补：直线插补：偏差计算使用终点坐标偏

18、差计算使用终点坐标x xe e，y ye e 圆弧插补：圆弧插补：偏差计算使用前一点坐标偏差计算使用前一点坐标x xm m，y ym m2.四个象限的圆弧插补四个象限的圆弧插补(1)(1)第一象限顺圆弧的插补计算第一象限顺圆弧的插补计算 若若Fm0,则沿则沿-y方向进给一步，到方向进给一步，到(m+1)点，新加工点点，新加工点坐标将是坐标将是(xm , ym-1)，可求出新的偏差为，可求出新的偏差为 Fm+1=Fm-2ym+1 若若Fm0，则沿，则沿+x方向进给一步至方向进给一步至(m+1)点，新加工点，新加工点的坐标将是点的坐标将是(xm+1, ym)，同样可求出新的偏差为，同样可求出新的偏

19、差为 Fm+1=Fm+2xm+1(2)(2)四个象限的圆弧插补四个象限的圆弧插补 圆弧类型Fm0时的进给方向、偏差计算和坐标计算Fm0时的进给方向、偏差计算和坐标计算SR1-y，Fm+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，Fm+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR2+x，Fm+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，Fm+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1SR3+y，Fm+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，Fm+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR4-x，Fm+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，Fm+1=Fm+2ym+1，ym+1=y

20、m+1NR1-x，Fm+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，Fm+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR2-y，Fm+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，Fm+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1NR3+x，Fm+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，Fm+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR4+y，Fm+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，Fm+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1表表4-3 4-3 四象限八种圆弧插补计算公式和进给方向四象限八种圆弧插补计算公式和进给方向圆弧插补计算的程序实现圆弧插补计算的程序实现 内存单元数据内存

21、单元数据 X0X0：起点：起点X X坐标坐标 Y0Y0：起点：起点Y Y坐标坐标 NXYNXY: : 总步数，总步数， Nxy Nxy Nx + Ny Nx + Ny FMFM：加工点偏差；：加工点偏差； XMXM：xm xm YMYM： ym ym RNSRNS：圆弧种类，：圆弧种类，1 1、2 2、3 3、4 4和和5 5、6 6、7 7、8 8分别代表分别代表 SR1SR1、SR2SR2、SR3SR3、SR4SR4和和NR1NR1、NR2NR2、NR3NR3、NR4NR4。 ZFZF：进给方向，：进给方向， 1 1、2 2、3 3、4 4代表在代表在+x+x、x x、+y+y、-y-y方

22、方向进给。向进给。例例4.2 4.2 加工第加工第1 1象限逆圆弧象限逆圆弧ABAB，起点为，起点为A A（4 4，0 0），），终点为终点为B (0B (0，4)4)，试进行插补并作走步轨迹图。，试进行插补并作走步轨迹图。 解：进给总步数解：进给总步数 N Nxy xy |4-0|+|4-0|=8|4-0|+|4-0|=8图图4-7 例例4-2图图步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别0F0=0 x0=4, y0=0Nxy=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=-7x1=x0-1=3, y1=0Nxy=72F10+yF2=F1+2y1+1=-6x2=3, y2=y1+1=1Nxy=6

23、3F20+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3, y3=y2+1=2Nxy=54F30+yF4=F3+2y3+1=2x4=3, y4=y3+1=3Nxy=45F40-xF5=F4-2x4+1=-3x5=x4-1=2, y5=3Nxy=36F50+yF6=F5+2y5+1=4x6=2, y6=y5+1=4Nxy=27F60-xF7=F6-2x6+1=1x7=x6-1=1, y7=4Nxy=18F70-xF8=F7-2x7+1=0 x8=x7-1=0, y8=4Nxy=0表表4.4 圆弧插补计算过程圆弧插补计算过程4.3 4.3 步进电动机控制步进电动机控制 步进电机：是一种将电脉冲信号转换为角

24、位移步进电机：是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数摸（的机电式数摸（D/AD/A）转换器。）转换器。 又称为脉冲电机。又称为脉冲电机。 输入：脉冲输入：脉冲 输出：位移输出：位移 脉冲数：决定位移量脉冲数：决定位移量 脉冲频率：决定位移的速度脉冲频率：决定位移的速度4.3.1 4.3.1 步进电机的工作原理步进电机的工作原理 三相反应式步进电机：三相反应式步进电机： 定子：三对磁极，六定子：三对磁极，六个齿；转子：四个齿，分别为个齿；转子：四个齿，分别为0 0、1 1、2 2、3 3齿。齿。图图4-8 三相反应式步进电机三相反应式步进电机工作过程工作过程三相反应式步进电动机原理：三相反应式

25、步进电动机原理：磁力线总是要通过磁阻最小磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合的路径闭合 结论：结论： 定子按定子按A-B-C-AA-B-C-A相轮流通电，则相轮流通电，则磁场沿磁场沿A A、B B、C C方向转动方向转动360360角，转子沿角，转子沿ABCABC方向转动了一个齿距的位置。齿数为方向转动了一个齿距的位置。齿数为4 4，齿距角为，齿距角为9090，即，即1 1个齿距转动了个齿距转动了9090。 (1) (1)步进电机的步进电机的“ 相相”和和“ 拍拍” “ 相相”绕组的个数；绕组的个数； “ 拍拍”绕组的通电状态。绕组的通电状态。 三拍三拍: :一个周期共有一个周期共有3 3种通电

26、状态，种通电状态， 六拍六拍: :表示一个周期有表示一个周期有6 6种通电状态，种通电状态， 每个周期步进电机转动一个齿距。每个周期步进电机转动一个齿距。(2)(2)步进电机的步距角：步进电机的步距角： 步距角步距角360/(NZ) 360/(NZ) ：步进电机每拍步进的角步进电机每拍步进的角度。度。N N：步进电机的拍数为：步进电机的拍数为Z Z：转子的齿数为。：转子的齿数为。ACABCB例如：例如：N=3,Z=40 N=3,Z=40 步距角步距角360/(3360/(340) =340) =3度度 步进电机有三相、四相、五相、六相等多种步进电机有三相、四相、五相、六相等多种 对于相数固定的

27、步进电机，可工作于单相通电方对于相数固定的步进电机，可工作于单相通电方式，双相通电工作方式，单相双相交叉通电工作式，双相通电工作方式，单相双相交叉通电工作方式。方式。 以三相电机为例，有单三拍，双三拍，三相六拍以三相电机为例，有单三拍，双三拍，三相六拍三种工作方式。三种工作方式。4.3.4 4.3.4 步进电机的工作方式步进电机的工作方式 1. 1. 单三拍单三拍步进电机正向旋转，各相的通电顺序为：步进电机正向旋转，各相的通电顺序为： AB C A ABCCPA B C A B C A B C 三相单三拍三相单三拍D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 0 1 01H 0 1 0 02H 1

28、0 0 04H 0 0 1 01H CABBCA3412CABBCA34121C342CABBA思考：在三相三拍工思考：在三相三拍工作状态下，如果让电作状态下，如果让电机反转，各相的通电机反转，各相的通电顺序如何，控制字如顺序如何，控制字如何？何？2. 2. 双三拍双三拍每拍有两相绕组通电，各相通电顺序为每拍有两相绕组通电，各相通电顺序为 AB BC CA AB D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 1 1 03H 1 1 0 06H 1 0 1 05H 0 1 1 03H AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412思考：在三相双三拍思考

29、：在三相双三拍工作状态下，如果让工作状态下，如果让电机反转，各相的通电机反转，各相的通电顺序如何，控制字电顺序如何，控制字如何？如何？3. 3. 三相六拍三相六拍单相双相交叉通电，各相通电顺序为单相双相交叉通电，各相通电顺序为 A AB B BC C CA A D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 0 1 01H 0 1 1 03H 0 1 0 02H 1 1 0 06H 1 0 0 04H 1 0 1 05H 0 0 1 01HCABBCA3412CABBCA3412CABBCA34123412CABBCA思考：在三相六拍工思考：在三相六拍工作状态下，如果让电作状态下，如果让电机反转，各相

30、的通电机反转，各相的通电顺序如何，控制字如顺序如何，控制字如何？何？4.3.24.3.2步进电机控制系统原理图步进电机控制系统原理图步进控制器：脉冲分配功能步进控制器：脉冲分配功能 方向选择功能方向选择功能 功率放大器：脉冲分配器的输出电路不足以驱功率放大器：脉冲分配器的输出电路不足以驱 动步进电机，进行功率放大。动步进电机，进行功率放大。图图5-22 步进电机控制系统组成步进电机控制系统组成步进电机驱动控制步进电机驱动控制计算机软件功能：计算机软件功能：脉冲发生器、脉冲发生器、 脉冲分配器、脉冲分配器、 方向方向 控制控制优点：优点：简化控制电路，降低成本，提高系统的可靠简化控制电路，降低成

31、本，提高系统的可靠性和灵活性。性和灵活性。计算机控制步进电机原理：计算机控制步进电机原理：4.3.3 4.3.3 步进电机的驱动电路步进电机的驱动电路电压电压E E：1010100V100V左右，有的高达左右，有的高达200V200V。 晶体管晶体管T T：开关；：开关； L L： 步进电机的一相绕组；步进电机的一相绕组； R RL L ：绕组电阻；：绕组电阻； R RC C ：限流电阻；：限流电阻； D D： 续流二极管。续流二极管。 缺点：工作效率低。电阻缺点：工作效率低。电阻R RC C消耗消耗相当大的一部分能量，且相当大的一部分能量，且R RC C的发热直的发热直接影响电路的稳定工作状

32、态，所以接影响电路的稳定工作状态，所以单电压功率放大电路一般只用来驱单电压功率放大电路一般只用来驱动小功率步进电机。动小功率步进电机。单单相相放放大大三相步进电机单片机控制系统接口电路示意图三相步进电机单片机控制系统接口电路示意图 图中，单片机主要完成以下功能：图中，单片机主要完成以下功能： (1)(1)脉冲序列的产生脉冲序列的产生 步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行，通常将通电换相过程称为脉冲分配。的工作方式进行，通常将通电换相过程称为脉冲分配。例如，三相步进电动机的单三拍工作方式，各相通电例如，三相步进电动机的单三拍工作方式，

33、各相通电顺序为顺序为A-B-C-AA-B-C-A，单片机通过，单片机通过P1.0P1.0、P1.1P1.1、P1.2P1.2输出输出脉冲必须按照这一顺序分别控制脉冲必须按照这一顺序分别控制A A、B B、C C相的通电和相的通电和断电。单片机用软件实现脉冲输出的方法是先输出一断电。单片机用软件实现脉冲输出的方法是先输出一高电平，然后利用软件延时一段时间，而后输出低电高电平，然后利用软件延时一段时间，而后输出低电平，再延时。延时时间的长短由步进电机的工作速率平，再延时。延时时间的长短由步进电机的工作速率来决定。来决定。 (2) (2)步进电动机的方向控制步进电动机的方向控制 通过前面介绍的步进电

34、动机原理可知，如果通过前面介绍的步进电动机原理可知，如果按照给定的工作方式正序通电换相，步进电动机按照给定的工作方式正序通电换相，步进电动机就正转；如果按照反序通电换相，步进电机就反就正转；如果按照反序通电换相，步进电机就反转。例如三相步进电动机工作在单三拍方式，通转。例如三相步进电动机工作在单三拍方式，通电换相的正序是电换相的正序是A-B-C-AA-B-C-A，电动机正转；如果按反，电动机正转；如果按反序序A-C-B-AA-C-B-A，电动机就反转。，电动机就反转。 (3) (3)步进电动机的速度控制步进电动机的速度控制 如果给步进电动机发一个控制脉冲，它就转如果给步进电动机发一个控制脉冲，

35、它就转动一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉动一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转得越快。因此，冲的间隔时间越短，步进电机就转得越快。因此，输出脉冲的频率决定了步进电动机的转速。单片输出脉冲的频率决定了步进电动机的转速。单片机很容易调整输出脉冲的频率，从而可以方便地机很容易调整输出脉冲的频率，从而可以方便地对步进电动机进行调速控制。对步进电动机进行调速控制。步进电机控制接口步进电机控制接口微机同时控微机同时控制制X X轴和轴和Y Y轴两轴两台步进电机，台步进电机，选用可编程并选用可编程并行接口芯片行接口芯片82558255三相六拍控制方式的输出控制字。三相

36、六拍控制方式的输出控制字。X轴步进电机输出字表轴步进电机输出字表Y轴步进电机输出字表轴步进电机输出字表存储地址存储地址标号标号PA口输出字口输出字存储地址存储地址标号标号PB口输出字口输出字ADX1ADX2ADX3ADX4ADX5ADX600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HADY1ADY2ADY3ADY4ADY5ADY600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HZF=1ZF=1、2 2、

37、3 3、4 4分别表示分别表示+x+x、-x-x、+y+y、-y-y走步方走步方向。向。4.3.5 4.3.5 步进电动机控制程序设计步进电动机控制程序设计步进电机控制程序流程图思考题：试写出四相八拍控制模型，编制控制程序（实验内容）。补充：步进电机升降速设计补充：步进电机升降速设计 理论：理论：步进电机的速度是靠输入的脉冲信号的变化来步进电机的速度是靠输入的脉冲信号的变化来改变的，每给一个改变的，每给一个CP，步进电机就旋转一个步距角。，步进电机就旋转一个步距角。 实际：实际：如果如果CP信号变化太快，步进电机由于惯性降跟信号变化太快，步进电机由于惯性降跟随不上电信号的变化，会产生堵转和丢步

38、现象。随不上电信号的变化，会产生堵转和丢步现象。 措施：措施：启动时设计升速过程，停止时有降速过程。启动时设计升速过程，停止时有降速过程。步进电机选择过程步进电机选择过程步步进进电电机机参参数数（1）力矩与功率换算）力矩与功率换算力矩与功率换算公式：力矩与功率换算公式：P= M =2n/60 P=2nM/60其其P为功率（瓦），为功率（瓦），为每秒角速度（弧度），为每秒角速度（弧度），n为每为每分钟转速，分钟转速，M为力矩（牛顿为力矩（牛顿米）米）或或P=2fM/400(半步工作）半步工作）其中其中f为每秒脉冲数（简称为每秒脉冲数（简称PPS)步步进进电电机机参参数数（2 2）步距角的选择）步距角的选择 电机的步距角取决于电机的步距角取决于负载精度的要求负载精度的要求，将，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。机的步距角应等于或小于此角度。 市场上步进电机的步距角一般有市场上步进电机的步距角一般有0.360.36度度/0.72/0.72度（五相电机）、度（五相电机）、0.90.9度度/1.8/1.8度（二、四度（二、四相电机）、相电机）、1.51.5度度/3/3度度 （三相电机）等。