第六章 電動機的微機控制

6.1概述運動控制（motioncontrol）可分為：氣動、液壓和電動三大類。電機的控制是運動控制的基礎。電機功率電機伺服電機步進電機直流電機調速系統(tǒng)交流電機調速系統(tǒng)直流電機伺服系統(tǒng)交流電機伺服系統(tǒng)第六章

電動機的微機控制

6.2直流伺服電機的控制伺服系統(tǒng)（servomechanism）：由伺服電機組成的控制系統(tǒng)。其作用是：伺服系統(tǒng)應用：船舶駕駛、火炮控制、雷達控制、導航和制導、數控機床、機器人等。伺服系統(tǒng)基本概念：運動規(guī)劃；坐標系統(tǒng)；最小運動增量和分辨率；準確度或精度；精密度與重復性；超調；調整時間；跟蹤誤差和穩(wěn)態(tài)誤差；振動。以下功率指令信號去控制大功率負載。實現遠距離同步傳動控制。通過運動指令對機械設備實施精確控制。6.2.1直流伺服電機及其控制直流伺服電機分電磁式、永磁式、杯型電樞式、無槽電樞式、圓盤電樞式、無刷式等。直流伺服電機的結構和直流電機相同。它由定子和轉子兩大部分組成。在定子上裝有磁極，電磁式伺服電機的定子磁極上繞有勵磁繞組。

直流伺服電機可采用電樞控制或磁場控制。

PWM晶體管功率放大器，即脈沖寬度調制晶體管功率放大器，它由兩部分組成：一部分是電壓—脈寬變換器，另一部分是開關式功率放大器。

脈寬調制PWM原理（1）伺服電機在PWM功率放大器驅動下可以處于停止、正轉和反轉三種狀態(tài)。（2）控制信號UI的特性決定了伺服電機的工作狀態(tài)。UI=0電機停止；UI>0電機正轉，|UI|越大正轉越快；UI<0電機反轉，|UI|越大反轉越快。

PWM功率放大器的脈寬調制波形

橋式PWM功率放大器6.2.2伺服電機的功率接口標準型的PWM功率放大器計算機和PWM功率放大器的接口

6.2.3伺服系統(tǒng)檢測元件十進制數二進制數循環(huán)碼0000000001000100012001000113001100104010001105010101116011001017011101008100011009100111011010101111111011111012110010101311011011141110100115111110006.2.4直流伺服電機系統(tǒng)的設計伺服系統(tǒng)是一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)。在伺服控制系統(tǒng)中，計算機除了要控制系統(tǒng)的功率主回路外，同時還要實時檢測伺服系統(tǒng)的狀態(tài)。典型的伺服系統(tǒng)中，除了PWM功率放大器之外，還有電壓負反饋、速度負反饋、位置負反饋等環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)組成系統(tǒng)傳遞函數系統(tǒng)仿真（連續(xù)）仿真結果1、角度響應曲線2、速度響應曲線3、控制輸出系統(tǒng)仿真（離散）角度階躍響應曲線速度響應曲線控制輸出6.3步進電機的微機控制6.3.1步進電機結構及工作原理三相反應式步進電動機的定子為三對磁極，每相一對，相對的極屬一相，不過每一個定子磁極的磁靴上有許多小齒，轉子圓周上也有許多小齒，根據工作要求，定、轉子齒寬距必須相等。

（1）在同相的幾個磁極下，定、轉子齒應同時對齊或同時錯開，這樣才能使幾個磁極的作用相加，產生最大轉矩。

（2）在不同相的磁極下，定、轉子齒的相對位置應依次錯開1/m齒距（m為相數），這樣才能在連續(xù)改變通電狀態(tài)下，獲得連續(xù)不變的步進運動。

步進電機的齒距角θZ

θZ=2π/Nτ如果轉子有40個齒，那么，轉子的齒距角θZ為：θZ=360°/40=9°6.3.2步進電機的工作方式

為了使步進電機能反向旋轉，對于圖6-22而言就是逆時針步進，對各相的通電順序采用如下方式：ABC6.3.2步進電機的工作方式

6.3.2步進電機的工作方式

6.3.2步進電機的工作方式

6.3.2步進電機的工作方式

6.3.2步進電機的工作方式

6.3.2步進電機的工作方式

6.3.3步進電機的功率放大電路在實際應用中，脈沖分配回路有各種構成的辦法。最常用的是環(huán)行分配器電路，現在已漸漸采用微型計算機代替舊式的環(huán)行分配器；而在控制系統(tǒng)中，大量采用的是單片微型機。功率放大電路的結構對步進電機的性能有著十分重要的作用。功率放大電路有單電壓、雙電壓、斬波形、調頻調壓型和細分型等型式的電路。

（一）單電壓功率放大電路

單電壓功率放大電路是步進電機控制中最簡單的一種驅動電路。Ｌ是步進電機的一相繞組電感；ＲＬ是繞組電阻；ＲＣ是外接電阻，也是限流電阻；Ｒd是續(xù)流電阻；Ｄ是續(xù)流二極管。

Tj=L/(RL+RC)回路的時間常數（二）雙電壓功率放大電路

雙電壓功率放大電路就是采用兩種工作電源電壓的功放電路。由于這兩種電源電壓分別是高壓和低壓電源，故也稱高低壓功率放大電路。簡易四相步進機驅動各種工作方式控制模型表工作方式PB3PB2PB1PB0控制模型單四拍000101H001002H010004H100008H雙四拍001103H011006H11000CH100109H工作方式PB3PB2PB1PB0控制模型四相八拍000101H001103H001002H011006H010004H11000CH100008H100109H步進電機控制程序;***************根據CHECK配置信息修改下列符號值*******************IOY0EQU0d200H;片選IOY0對應的端口始地址;*****************************************************************MY8255_AEQUIOY0+00H*4;8255的A口地址MY8255_BEQUIOY0+01H*4;8255的B口地址MY8255_CEQUIOY0+02H*4;8255的C口地址MY8255_MODEEQUIOY0+03H*4;8255的控制寄存器地址STACK1SEGMENTSTACK DW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTCW_TABLEDB01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09HDATAENDSCODESEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATA MOVDS,AXMAIN:MOVDX,MY8255_MODE;定義8255工作方式0，

MOVAL,80H ;A口和B口為輸出

OUTDX,AL

;MOVBP,1 ;設置運行步數A1: MOVBX,OFFSETTTABLE MOVCX,0008HA2: MOVAL,[BX] MOVDX,MY8255_B OUTDX,AL CALLDELAY INCBX LOOPA2

;DECBP ;JNZA1 ；運行步數未到，繼續(xù)

MOVAH,1 ;判斷是否有按鍵按下

INT16H JZA1 ;無按鍵則跳回繼續(xù)循環(huán)，有則退出QUIT:MOVAX,4C00H;返回到DOS INT21HDELAYPROCNEAR;軟件延時子程序

PUSHCX PUSHAX MOVCX,0FFHD1: MOVAX,5000HD2: DECAX JNZD2 LOOPD1 POPAX POPCX RET DELAYENDPCODEENDS ENDSTART注：步進機的速度和方向如何控制？如