第5章 數(shù)字程序控制技術(shù)

第五章

數(shù)字程序控制技術(shù)1內(nèi)容簡介5.1概述5.2步進(jìn)電機(jī)的控制25.1概述

能根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)完成工作的自動(dòng)控制，稱為數(shù)字程序控制

數(shù)字程序控制主要應(yīng)用于機(jī)床的自動(dòng)控制，如用于銑床、車床、加工中心、線切割機(jī)以及焊接機(jī)、氣割機(jī)等的自動(dòng)控制系統(tǒng)中什么是數(shù)字程序控制？數(shù)字程序控制的應(yīng)用3圖2閉環(huán)數(shù)字程序控制

圖1開環(huán)數(shù)字程序控制

數(shù)字程序控制系統(tǒng)分類（按伺服控制方式分類）

4

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電磁裝置。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的電脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，運(yùn)動(dòng)的方向由步進(jìn)電機(jī)各相的通電順序決定。步進(jìn)電機(jī)具有控制簡單、運(yùn)行可靠、慣性小等優(yōu)點(diǎn)，主要用于開環(huán)數(shù)字程序控制系統(tǒng)中。5.2步進(jìn)電機(jī)的控制5步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過程控制、數(shù)字程序控制、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、控制儀表等常用的控制部件。具體應(yīng)用:工業(yè)生產(chǎn)過程控制：執(zhí)行元件(增量PID)數(shù)字程序控制：各座標(biāo)方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心)計(jì)算機(jī)外部設(shè)備：磁盤驅(qū)動(dòng)器尋道電機(jī)，打印機(jī)打印頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)6定子：3對(duì)磁極，6個(gè)齒轉(zhuǎn)子：4個(gè)齒5.2.1步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)73相旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子、轉(zhuǎn)子兩大部分均由鐵磁材料構(gòu)成定子上有激磁繞組(線圈)定子上有3對(duì)磁極A一A’，B一B’，C一C’，它們各自的激磁繞組分別稱為A相繞組、B相繞組、C相繞組8

◆工作過程：—A相通電：A相磁極與0、2號(hào)齒對(duì)齊；—B相通電：由于磁力線作用，B相磁極與1、3號(hào)齒對(duì)齊；—C相通電：由于磁力線作用，C相磁極與0、2號(hào)齒對(duì)齊；—A相通電：由于磁力線作用，A相磁極與1、3號(hào)齒對(duì)齊；結(jié)論：定子按A->B->C->A相輪流通電，則磁場(chǎng)沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動(dòng)360度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。（齒數(shù)為4，齒距角為90度，即轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)齒距為轉(zhuǎn)動(dòng)了90度）5.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理9

◆

步進(jìn)電機(jī)的“相”和“拍”—相：繞組的個(gè)數(shù)—拍：繞組的通電狀態(tài)，三拍表示一個(gè)周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距

◆

步進(jìn)電機(jī)的步距角：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度

θ＝360/(NZ)(齒距角=360/Z)

—N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)—Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)10◆單相三拍（單三拍）方式—正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳→B→C→A—反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳→C→B→A5.2.3步進(jìn)電機(jī)的工作方式11◆雙相三拍（雙三拍）方式—正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳B→BC→CA→AB—反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳B→AC→CB→AB12

◆三相六拍方式—正向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A—反向旋轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳→AC→C→CB→B→BA→A13控制步進(jìn)電機(jī)，就是要按一定的工作方式按一定的順序改變通電狀態(tài)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就是控制兩個(gè)相鄰?fù)姞顟B(tài)之間的時(shí)間間隔要步進(jìn)電機(jī)走多少步，就是要改變多少次通電狀態(tài)掌握以上幾點(diǎn)，對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制是至關(guān)重要5.2.4步進(jìn)電機(jī)的控制要點(diǎn)14步進(jìn)電機(jī)常規(guī)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)5.2.5步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)15ABC單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)16微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能

◆

改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)

◆改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)

◆改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速171.脈沖信號(hào)的形成軟件產(chǎn)生脈沖信號(hào)：先輸出高電平，然后延時(shí)。再輸出低電平，然后延時(shí)。以上過程循環(huán)，脈沖頻率由步進(jìn)電機(jī)的工作頻率決定18例:PULSE1:MOVR3,#NDELAY1:MOVA,#data1TPUSHALOOP:DECA1TLOOP0:MOVP1,#0FFHJNZLOOP2TACALLDELAY1RET2TMOVP1,#00H延時(shí)時(shí)間:ACALLDELAY1ts=[3+(2+1)*data]*TDJNZR3LOOP0T:機(jī)器周期POPARET19

2.時(shí)序脈沖信號(hào)的形成(通電狀態(tài)字的實(shí)現(xiàn))例:(1)用單片機(jī)的P1.0;P1.1;P1.2分別控制步進(jìn)電機(jī)的A;B;C相繞組(2)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作方式，確定控制模型(通電狀態(tài)字)(3)按控制模型順序(通電狀態(tài)字的順序)向步進(jìn)電機(jī)發(fā)控制脈沖三相單三拍方式：ABCA三相雙三拍方式：ABBCCAAB三相六拍方式：A

ABBBCCCAA20步序控制位通電狀態(tài)控制數(shù)據(jù)P1.2/C相P1.1/B相P1.0/A相1001A01H2010B02H3100C04H步序控制位通電狀態(tài)控制數(shù)據(jù)P1.2/C相P1.1/B相P1.0/A相1011AB03H2110BC06H3101CA05H

—單相三拍方式—雙相三拍方式21—三相六拍方式步序控制位通電狀態(tài)控制數(shù)據(jù)P1.2/C相P1.1/B相P1.0/A相1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H22*用寄存器移位方式實(shí)現(xiàn)控制模型(通電狀態(tài)字)001001001CBACYD7RLCA(正)D0A寄存器RRCA(反)單相三拍方式23雙相三拍方式011011011CYD7RLCA(正)D0RRCA(反)無論是單三拍，還是雙三拍，在初始狀態(tài)時(shí)CY要清零。且A寄存器內(nèi)容必須置成49H(單三拍)或DBH(雙三拍)，并將其輸出至P1口。以后又必須執(zhí)行RLCA或RRCA指令之后再將A的內(nèi)容輸出至P1口從而控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)速度(工作頻率)則由改變P1口通電模型的速度(改變通電狀態(tài)的速度)決定24

轉(zhuǎn)子軸帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)單片機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理框圖單片機(jī)并行接口驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)3.單片微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理圖25◆判斷旋轉(zhuǎn)方向◆按順序傳送控制脈沖◆判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢

4.步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)26例1：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖，試編程用寄存器移位方式實(shí)現(xiàn)單三拍控制，并讓步進(jìn)電機(jī)恒速正轉(zhuǎn)的控制程序START:MOVR3,#N ;設(shè)置步數(shù)計(jì)數(shù)器 CLRC PUSHA ;保存累加器A中的原值 MOVA,#49H ;時(shí)序字節(jié)送累加器A MOVP1,A ;輸出時(shí)序脈沖 ACALLDELAYLOOP:RLCA ;循環(huán)移位時(shí)序字節(jié) MOVP1,A ;輸出時(shí)序脈沖 ACALLDELAY DJNZR3,LOOP ;計(jì)數(shù)器不為0跳轉(zhuǎn) POPA27例2：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖，三相六拍控制模型(通電狀態(tài)字在單片機(jī)8031片內(nèi)RAM20H~25H中，請(qǐng)編制步進(jìn)電機(jī)恒速運(yùn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)的控制程序20H25H正反10100000001000000110000001000000110000001000000028系統(tǒng)主程序步進(jìn)電機(jī)初始化部分:MOVP1,#01H;初始A相通電MOVR0,#20H;當(dāng)前通電狀態(tài)字所在地址步進(jìn)電機(jī)控制子程序入口參數(shù):R4中為進(jìn)給步數(shù)PSW.5=0正轉(zhuǎn)PSW.5=1反轉(zhuǎn)MOVR4,#NNHSETBPSW.5；反轉(zhuǎn)CLRPSW.5；正轉(zhuǎn)29

步進(jìn)電機(jī)控制子程序START: PUSHA MOVR4,#NNH；步數(shù)→R4 CLRC；清CY ORLC,PSW.5；C或運(yùn)算PSW.5→C JCROTE；若C=1，轉(zhuǎn)ROTE（反向程序）30ZSTART: MOVA,R0；當(dāng)前地址→A XRLA,#25H；當(dāng)前地址=25H？ JNZBJZZ1；≠0，則轉(zhuǎn) MOVR0,#20H；=0，則20H→R0 AJMPBJZZ2BJZZ1: INCR0；當(dāng)前地址加1BJZZ2: MOV；當(dāng)前地址中數(shù)據(jù)→A MOVP1,A；步進(jìn)一步 ACALLDELAY；調(diào)延時(shí) DJNZR4,ZSTART；步數(shù)減1，≠0，繼續(xù) POPA RET31ROTE: MOVA,R0 XRLA,#20H JNZROTE1 MOVR0,#25H AJMPROTE2ROTE1: DECR0ROTE2: MOV MOVP1,A ACALLDELAY DJNZR4ROTE POPA RET32◆一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動(dòng)的瞬間采取加速的措施；反之，從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有減速的措施◆升、降速控制程序：在啟動(dòng)時(shí)以低于響應(yīng)頻率的速度運(yùn)行，然后慢慢加速，加速到一定速率后以此速率恒速運(yùn)行；當(dāng)快要到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，又使其慢慢減速，在低于響應(yīng)頻率的速率下運(yùn)行，直到走完規(guī)定的步數(shù)后停止5.2.6步進(jìn)電機(jī)升降速控制33升降速控制的速度曲線升降速斜線實(shí)際是階梯狀，一般在一個(gè)速度階梯走1~3步即升至或降至下一個(gè)速度階梯tL1L2L30f(v)f0L=L1+L2+L3◆變速控制的方法：均勻地改變脈沖時(shí)間間隔34803175452P1.075452P1.1P1.2P1.3126712673535

D繞組

A繞組

B繞組

C繞組+5V單片機(jī)四相小功率步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)35 ORG2000HSTRT: MOV20H,#00H;20H的D7置0正轉(zhuǎn),D1D0地址偏移量 MOVP1,#01H;步進(jìn)電機(jī)初始化,P1給#01H,A相通電 MOV42H,#C8H;200送入延遲計(jì)數(shù)器42H36;加速步進(jìn)程序 MOVR7,#64H;100送入步進(jìn)計(jì)數(shù)器R7MLP0: MOVR6,42H;延時(shí)MLPX0:LCALLDEL ;調(diào)用短延時(shí)子程序DJNZR6,MLPX0 DEC42H;將延遲計(jì)數(shù)器42H中的值減一LCALLSTEPS;步進(jìn)一步DJNZR7,MLP0;進(jìn)給步數(shù)減1,不為零繼續(xù)步進(jìn)37;勻速步進(jìn)程序 MOVR7,#64H;100送入步進(jìn)計(jì)數(shù)器R7MLP1:MOVR6,42H;延時(shí)MLPX1:LCALLDEL