执行元件的驱动与控制

1、执行元件的控制与驱动,一、步进电动机的控制与驱动 （一）脉冲分配控制 控制原理：将脉冲指令按照一定规律分配给步 进电动机的各相绕组。 实现这一功能的器件为脉冲分配器或环形分配器，可由硬件电路或软件程序实现。 1.硬件脉冲分配器 分立元件搭成的分配器体积大、成本高、可靠性差。,脉冲分配器芯片 集成脉冲分配器的主要性能,集成脉冲分配器各管脚的功能,励磁（通电）方式控制表 励磁控制端为A0，A1，通过控制两端的控制信号的状态来控制励磁方式,通用微机接口芯片8255和脉冲分配器YB014构成的步进电动机脉冲分配控制电路原理图 A0接电源，A1接地，构成四相八拍控制，PA0输出高电平时，步进电动机正转，

2、输出低电平时，步进电动机反转，PA1输出的脉冲数决定了步进电动机的转角速度。,（二）速度控制 原理：通过改变脉冲分配器分配脉冲的频率来实现速度控制。 硬件的方法：在脉冲分配器的时钟脉冲输入端（CP端）接一个可变频的脉冲发生器，改变脉冲发生器的振荡频率来实现速度控制,（三）自动升降速控制 启动时，由低速逐渐加速，制动时，由高速逐渐降到较低频率再制动。 1，硬件自动升降速控制 原理图,可逆计数器：用于对输入频率的加法运算和对反馈频率的减法运算 数/模转换器：将脉冲数N转变成电阻值R 振荡器：将阻值的变化转变成频率的变化 同步器：将脉冲指令与反馈信号同步，保证计数正确,自动升降速规律,（四）步进电动

3、机的驱动 要使步进电动机输出足够的转矩以驱动负载工作，必须对控制信号进行放大，这就需要驱动电路或功放电路 单电源驱动电路：单一电源驱动，结构简单，成本低，但波形差，处理小。 双电源驱动电路：高低压驱动电路，高电压供电，以加快电流上升速度，延迟一段时间后，低压供电，各种性能都有所改善，但效率低。,斩波限流驱动电路：单一高压供电，加快电流上升速度，对绕组电流检测，控制功放管的开和关，使电流在控制脉冲持续期间保持在规定值上下。出力大、功耗小、效率高。,斩波限流驱动电路原理图,二、直流伺服电动机的控制和驱动 对于永磁式直流伺服电动机，通过控制电枢上电压来控制输出的转速和转矩。 计算机给定控制信号，通过

4、接口和功放电路来驱动直流伺服电动机。 功放电路实质上就是功率放大器，有晶闸管功率放大器和晶体管脉宽调制（PWM）功率放大器。,PWM晶体管功率放大器有两部分构成。结构如图,电压脉宽变换器的作用是根据控制指令对输出信号的脉冲宽度进行调制，以便用脉冲信号控制功率放大器的导通时间。 比较器是工作在开环状态的运算放大器，具有极高的开环增益和限幅开关特性，一般情况下，比较器负端接地，信号UI+UT0时，输出满幅度的正电平，否则，低电平。,波形图如下 由于比较器的限幅特性，使输出信号的幅度不变，但脉冲由UI决定，频率由UT决定,开关功率放大器 对输入的Us信号进行放大，输出足够功率的信号Up，以驱动电动机工作。 采用大功率晶体管构成。根据基极所加控制电压波形不同，分为单极性输出、双极性输出、有限单极性输出。,H型桥式PWM晶体管功率放大器的电路原理图,（二）数学模型 输出电压Up与输入指令信号Ui的数学表达式,可以得到数学模型 输入输出特性曲线,（三）设计功放电路应注意的问题 1，切换频率的选择 A,切换频率硬是电动机轴产生微震，以克服静摩擦，改善运行特性 B,切换频率应选足够高，使电动机电枢感抗足够大，减少电动机内产生的高频功耗和交流分量的影响 C,切换频率应高于系统中任一部件的谐振频率