计算机控制原理与技术课件：第5章 数字程序控制技术

1、1,第五章数字程序控制技术,2,内容简介,5.1 概述 5.2 步进电机的控制,3,5.1 概述,能根据输入的指令和数据，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的自动控制，称为数字程序控制,数字程序控制主要应用于机床的自动控制，如用于铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等的自动控制系统中,什么是数字程序控制？,数字程序控制的应用,4,图2 闭环数字程序控制,图1 开环数字程序控制,数字程序控制系统分类（按伺服控制方式分类）,5,步进电机是一种将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电磁装置。 其转子的转角与输入的电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，

2、运动的方向由步进电机各相的通电顺序决定。 步进电机具有控制简单、运行可靠、惯性小等优点，主要用于开环数字程序控制系统中。,5.2 步进电机的控制,6,步进电机是工业生产过程控制、数字程序控制、计算机外部设备、控制仪表等常用的控制部件。,具体应用: 工业生产过程控制：执行元件(增量PID) 数字程序控制：各座标方向的驱动电机(数控车床、数控铣床、数控加工中心) 计算机外部设备：磁盘驱动器寻道电机，打印机打印头驱动电机,7,定子：3对磁极，6个齿 转子：4个齿,5.2.1 步进电机的结构,8,3相旋转式步进电机的结构,定子、转子两大部分均由铁磁材料构成,定子上有激磁绕组(线圈),定子上有3对磁极A

3、一A，B一B，C一C，它们各自的激磁绕组分别称为A相绕组、B相绕组、C相绕组,9, 工作过程： A相通电：A相磁极与0、2号齿对齐； B相通电：由于磁力线作用，B相磁极与1、3号齿对齐； C相通电：由于磁力线作用，C相磁极与0、2号齿对齐； A相通电：由于磁力线作用，A相磁极与1、3号齿对齐；,结论：定子按A-B-C-A相轮流通电，则磁场沿A、B、C 方向转动360度角，转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置。 （齿数为4，齿距角为90度，即转动1个齿距为转动了90度）,5.2.2 步进电机的工作原理,10, 步进电机的“ 相”和“ 拍” 相：绕组的个数 拍：绕组的通电状态，三拍表示一个周期共有

4、3种通电状态，六拍表示一个周期有6种通电状态，每个周期步进电机转动一个齿距 步进电机的步距角：步进电机每拍步进的角度 360/(N Z) (齿距角=360/Z) N：步进电机的拍数 Z：转子的齿数,11,单相三拍（单三拍）方式 正向旋转，通电顺序为 ABCA 反向旋转，通电顺序为 ACBA,5.2.3 步进电机的工作方式,12,双相三拍（双三拍）方式 正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB 反向旋转，通电顺序为 ABACCBAB,13, 三相六拍方式 正向旋转，通电顺序为 AABBBCCCAA 反向旋转，通电顺序为 AACCCBBBAA,14,控制步进电机，就是要按一定的工作方式按一定的顺序改

5、变通电状态 控制步进电机的转速，就是控制两个相邻通电状态之间的时间间隔 要步进电机走多少步，就是要改变多少次通电状态 掌握以上几点，对于如何实现对步进电机的控制是至关重要,5.2.4 步进电机的控制要点,15,步进电机常规控制系统 步进电机微机控制系统,5.2.5 步进电机控制系统,A B C,单片机步进电机控制系统,17,微机的运动控制功能 改变输出脉冲数，控制步进电机的走步数 改变各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转 改变输出脉冲的频率，控制步进电机的转速,18,1.脉冲信号的形成 软件产生脉冲信号：先输出高电平，然后延时。再输出低电平，然后延时。以上过程循环，脉冲频率由步进

6、电机的工作频率决定,19,例:PULSE1:MOV R3,#N DELAY1:MOV A,#data 1T PUSH A LOOP: DEC A 1T LOOP0: MOV P1,#0FFH JNZ LOOP 2T ACALL DELAY1 RET 2T MOV P1,#00H 延时时间: ACALL DELAY1 ts=3+(2+1)*data*T DJNZ R3 LOOP0 T:机器周期 POP A RET,20,2.时序脉冲信号的形成(通电状态字的实现) 例: (1)用单片机的P1.0;P1.1;P1.2分别控制步进电机的A;B;C相绕组 (2)根据步进电机的工作方式，确定控制模型(通电

7、状态字) (3)按控制模型顺序(通电状态字的顺序)向步进电机发控制脉冲 三相单三拍方式：ABCA 三相双三拍方式：ABBCCAAB 三相六拍方式： AABBBCCCAA,21, 单相三拍方式, 双相三拍方式,22, 三相六拍方式,23,*用寄存器移位方式实现控制模型(通电状态字),24,无论是单三拍，还是双三拍，在初始状态时CY要清零。且A寄存器内容必须置成49H(单三拍) 或DBH (双三拍) ，并将其输出至P1口。以后又必须执行RLC A 或 RRC A指令之后再将A的内容输出至P1口从而控制步进电机的正转或反转。步进电机的步进速度(工作频率)则由改变P1口通电模型的速度(改变通电状态的速

8、度)决定,25,转子轴带动负载转动,单片机控制三相步进电机系统原理框图,单 片 机,并 行 接 口,驱 动 电 路,步 进 电 机,3. 单片微机控制步进电机系统原理图,26, 判断旋转方向 按顺序传送控制脉冲 判断所要求的控制步数是否传送完毕,4. 步进电机控制程序的设计,例1：步进电机控制系统如图，试编程用寄存器移位方式实现单三拍控制，并让步进电机恒速正转的控制程序,START:MOV R3, #N;设置步数计数器 CLR C PUSH A;保存累加器A中的原值 MOV A, #49H;时序字节送累加器A MOV P1, A;输出时序脉冲 ACALL DELAY LOOP: RLC A;循

9、环移位时序字节 MOV P1,A;输出时序脉冲 ACALL DELAY DJNZ R3, LOOP;计数器不为0跳转 POP A,例2：步进电机控制系统如图，三相六拍控制模型(通电状态字在单片机8031片内RAM20H25H中，请编制步进电机恒速运动正反转的控制程序,20H,25H,正,反,系统主程序步进电机初始化部分: MOV P1,#01H ;初始A相通电 MOV R0,#20H ;当前通电状态字所在地址 步进电机控制子程序入口参数: R4中为进给步数 PSW.5=0 正转 PSW.5=1 反转 MOV R4,#NNH SETB PSW.5 ；反转 CLR PSW.5 ；正转,30,步进电

10、机控制子程序 START:PUSH A MOV R4,#NNH ；步数R4 CLR C ；清CY ORL C, PSW.5 ；C或运算PSW.5C JC ROTE ；若C=1，转ROTE（反向程序）,ZSTART:MOV A,R0 ；当前地址A XRL A,#25H ；当前地址=25H？ JNZ BJZZ1 ；0，则转 MOV R0,#20H ；=0，则20HR0 AJMP BJZZ2 BJZZ1: INC R0 ；当前地址加1 BJZZ2: MOV A,R0 ；当前地址中数据A MOV P1,A ；步进一步 ACALL DELAY；调延时 DJNZ R4,ZSTART；步数减1， 0，继续

11、POP A RET,ROTE:MOV A,R0 XRL A,#20H JNZ ROTE1 MOV R0,#25H AJMP ROTE2 ROTE1:DEC R0 ROTE2:MOV A,R0 MOV P1,A ACALL DELAY DJNZ R4 ROTE POP A RET,33, 一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动的瞬间采取加速的措施；反之，从高速运行到停止也应该有减速的措施 升、降速控制程序： 在启动时以低于响应频率的速度运行，然后慢慢加速，加速到一定速率后以此速率恒速运行；当快要到达终点时，又使其慢慢减速，在低于响应频率的速率下运行，直到走完规定的步数后停

12、止,5.2.6 步进电机升降速控制,升降速控制的速度曲线,升降速斜线实际是阶梯状，一般在一个速度阶梯走13步即升至或降至下一个速度阶梯, 变速控制的方法：均匀地改变脉冲时间间隔,35,单片机四相小功率步进电机控制系统,36,ORG 2000H STRT:MOV 20H,#00H ;20H的D7置0正转,D1D0地址偏移量 MOV P1,#01H ;步进电机初始化,P1给#01H,A相通电 MOV 42H,#C8H ;200送入延迟计数器42H,37,;加速步进程序 MOV R7,#64H ;100送入步进计数器R7 MLP0:MOV R6,42H ;延时 MLPX0:LCALL DEL ;调用

13、短延时子程序 DJNZ R6,MLPX0 DEC 42H ;将延迟计数器42H中的值减一 LCALL STEPS ;步进一步 DJNZ R7,MLP0 ;进给步数减1,不为零继续步进,38,;匀速步进程序 MOV R7,#64H ;100送入步进计数器R7 MLP1: MOV R6,42H ;延时 MLPX1:LCALL DEL ;调用短延时子程序 DJNZ R6,MLPX1 LCALL STEPS ;步进一步 DJNZ R7,MLP1 ;进给步数减1,不为零继续步进 RET,;步进一步子程序 STEPS:INC 20H ;地址偏移量加1 ANL 20H,#83H ;保留20H的D7、D1、D0位状态 JB 7, STPSC ;20H的D7=1反转, D7=0正转 MOV DPTR,#FTAB;正转表首址送DPTR SJMP STPW STPSC:MOV DPTR,#C