(4.9)--4.9机电一体化与过程控制.ppt

3.步进电动机拖动系统运行性能驱动方法工作原理步进电动机与微机的接口技术步进电动机的运行要求足够功率的电脉冲信号按一定的顺序分配到各相绕组。可见，步进电动机的工作，需要专门的驱动电路。驱动电路主要包括：脉冲发生器（变频信号源）、环形分配器（又称脉冲分配器）和功率放大器3个基本部分。变频信号变频信号源源图40 步进电动机驱动系统示意图 变频信号源是一个频率可从几十Hz到几十KHz连续变化的脉冲发生器。经济型数控系统中，脉冲的产生和分配均由微机（单片机等控制器）来完成。下面主要介绍环形分配器和功率放大器。变频信变频信号源号源图40 步进电动机驱动系统示意图（1）环形分配器环形分配器的作用是将控制脉冲按规定方式分配到各相绕组上。环形分配器有硬件环形分配器、软件环形分配器。硬件环形分配器软件环形分配器 硬件环形分配器硬件环形分配器由门电路、触发器等基本逻辑功能元件组成，按一定的顺序导通和截止功率放大器，使相应的绕组通电或断电。硬件环形分配器可分为分立元件的、集成触发器的、单块MOS集成块的和可编程EPROM、FPGA等。集成元器件的使用，使环形分配器的体积大大缩小，可靠性和抗干扰能力提高，并具有较好的响应速度。目前市场上出售的环形分配器的种类很多，有的还具有其它许多功能，如斩波控制等。如用于两相步进电机控制的L297（L297A）（产生4相控制信号，可用于两相双极和四相单极步进电机），PMM8713；用于五相步进电动机控制的PMM8714。简单介绍8713集成电路芯片8713属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电机，可以选择不同的工作方式。三相步进电动机：单三拍、双三拍、六拍；四相步进电动机：单四拍、双四拍、八拍。转向控制5V。步进脉冲 3 13 4 12 8713 11 10 567A相驱动B相驱动C相驱动D相驱动 P1.0 P1.18051系列单片机 图41 8713脉冲分配器与单片机接口由于采用了脉冲分配器8713，单片机只需提供步进脉冲，进行速度和转向控制，脉冲分配的工作交给脉冲分配器8731来自动完成。软件环形分配器是完全用软件的方式进行脉冲分配。按照给定的通电换相顺序，通过单片机的I/O口向驱动电路发出控制脉冲。图42是控制五相步进电动机的硬件接口电路。利用8051单片机的P1.0P1.4这5条I/O线，向五相步进电动机传送控制信号。P1.0 P1.1 8051 P1.2系列 P1.3单片机 P1.4A相驱动 B相驱动 C相驱动 D相驱动 E相驱动 图42 用软件实现脉冲分配的接口示意图（2）功率放大器功率放大器的输出直接驱动电动机的控制绕组，因此功率放大电路的性能对步进电动机的运行状态有很大影响。对驱动电路要求的核心问题是如何提高电动机的快速性和平稳性。步进电动机的驱动电路有多种，下面介绍两种基础电路，单电压恒流功放电路、高低压（双电压）功率放大电路。单电压恒流功放电路常用于驱动电流较小的伺服步进电动机。图43 单电压功率放大电路 高低压（双电压）功率放大电路常用于驱动中功率和大功率伺服步进电动机。图44 步进电动机高低压驱动与波形3.步进电动机拖动系统运行性能驱动方法工作原理步进电动机与微机的接口技术 CBCPU B 口步进电机接口电 路8255 A 口步进电机驱动器步进电机步进电机类型及工作方式选择 图45 步进电机接口框图DBAB由于步进电动机的驱动电流比较大，所以微型机与步进电动机的连接都需要专门的接口电路及驱动电路。接口电路可以用缓冲器和锁存器组成，也可以选用并行I/O接口芯片，如8255、8155等。如图45所示，8255的A口接步进电动机驱动器，向步进电机提供各相的励磁电流；B口用来检测步进电机的类型及工作方式选择，开关的状态可根据需要来设置。驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。为了抗干扰，或避免一旦驱动电路发生故障，造成功率放大器中的高电平信号进入微型机而烧坏器件，在驱动器与微型机之间加一级光电隔离器，其原理接口电路如图46、图47所示。光电隔离管图47 步进电机与微机接口电路之二大功率复合管反向器图46 步进电机与微机接口电路之一小结（1）掌握步进电动机的驱动电路组成。（2）理解步进电动机与单片机的接口电路。