步进电机控制
步进电机控制,步进,电机,机电,控制,节制
一种控制步进电机转速的方法 刘 清 (南京师范大学 ,江苏南京 210042 ) 中图分类号 :TM383. 6 文献标识码 :E 文章编号 :1004 - 7018( 2004) 01 - 0047 - 01 1 用系数乘法器实现步进电机调速 对步进电机进行高精度和平滑调速 ,就需要高精度和平 滑变化的输入脉冲频率。而采用硬件定时器无法产生高精度 频率的脉冲信号 ,对脉冲信号的频率也无法实现高分辨率的 平滑调整。为此 ,作者设计了一个利用系数乘法器产生频率 在 1 9999. 9 Hz 范围内 ,最小分辨率为 0. 1 Hz 平滑变化的脉 冲信号 ,实现步进电机的高精度和平滑调速。 1. 1 系数乘法器的作用 采用系数乘法器产生频率高精度 、平滑变化的脉冲信号 的电路原理如图 1 所示。它由 5 片 CD4527 串联组成。输入 图 1 系数乘法器原理图 信号由时钟信号分频产生 ,频率 f 为 1MHz ,比例系数乘法器的 系数输入端 A1 A4 、 B1 B4 、 C1 C4 、 D1 D4 、 E1 E4 ,分别接到 8155 的输出口 PA0 PA7、 PB0 PB7 、 PC0 PC3 ,由单片机将设置 的系数送到 8155 输出口 ,从而使比例系数乘法器的系数产生 变化 ,变化范围在 1 9999. 9 之间 ,而乘法器输出信号的频率 F 为 : F = (10000A + 1000B + 100 C + 10 D + E) f/ 100000 其最高频率是 A = B = C = D = E = 9 时 ,输出信号频率 F = 9999. 9 100Hz ;其最低频率是 A = B = C = E = D = 0 时 ,输出 信号频率 F = 0。通过改变乘法器输入系数 ,可使乘法器输出 信号的频率平滑变化 ,即系数乘法器系数每变化 1 ,乘法器输 出信号频率变化为 : F = ( f/ 100000) 1 = 10Hz 系数乘法器输出信号不是方波脉冲 ,不能直接作为步进 电机的输入脉冲 ,所以必须进行处理。处理的方法是将系数 乘法器的输出信号作为 8155 芯片定时器的计数脉冲 ,并使定 时器工作在连续方波输出方式。通过对系数乘法器输出脉冲 计数 ,定时器输出驱动步进电机的脉冲信号。 为实现高精度步进电机调速 ,根据电机的调速范围 ,将定 时器时间常数设置分为三种情况 : 当步进电机调速范围要输入脉冲频率 f 1000Hz 时 , 8155 定时器时间常数为 100。这样 ,系数乘法器系数每变化 1 ,乘法器输出信号频率变化 10Hz ,定时器的输出脉冲频率变 化 0. 1Hz ,且最高频率为 9999. 9Hz。相对误差 0. 1 %。 当步进电机调速范围要输入脉冲频率 100 f 1000Hz 时 ,8155 定时器时间常数为 1000。这样 ,系数乘法器系数每变 化 1 ,定时器的输出脉冲频率变化 0. 01Hz ,且最高频率为 999. 99Hz。相对误差 0. 1 %。 当步进电机调速范围要输入脉冲频率 f 100Hz 时 , 8155 定时器时间常数为 10000。这样 ,系数乘法器系数每变化 1 ,定时器的输出脉冲频率变化 0. 001Hz ,且最高频率为 99. 999 Hz。相对误差 0. 1 %。 1. 2 用系数乘法器实现步进电机调速 用系数乘法器实现步进电机控制器如图 2 所示 ,它由 89C51 单片机、 8155 接口、系数乘法器、 CH250 相位分配器以及 人机接口组成。 图 2 步进电机控制器 1. 2. 1 步进电机的高精度速度控制 根据步进电机的运行速度 ,首先计算出输出到相位分配 器的脉冲信号频率 f ;然后 ,由步进电机运行速度的范围确定 8155 定时器的时间常数 X ;最后 ,确定系数乘法器的系数 A、 B、 C、 D、 E。时间常数和系数的设置由单片机实现。 1. 2. 2 步进电机的平滑起动与变速 步进电机能够响应的变速频率比较低 ,在进行步进电机 的起动和变速时 ,若起动和变速频率大于步进电机的允许的 极限变速频率时 ,步进电机将失步。例如 :步进电机允许加速 度 a 200 步 / s2 ,即 :所对应的驱动脉冲频率变化加速度为 fa 400Hz ,若超过这个范围 ,步进电机将失步。为了使步进电 机在起动和变速时不产生失步 ,在此采用驱动脉冲频率定时 递增 (减 )的方式进行起动和变速 ,即 :每 2. 5 ms 使系数乘法器 的“十位”系数 1 ,驱动脉冲该频率递增 (减 ) 1Hz ,这样经 CH250 后 ,步进电机变速的加速度 300 步 / s2 ,而不会使步 进电机失步。 2 结 语 采用定时器实现步进电机的速度控制 ,因定时器产生的 脉冲信号频率不是线性变化的 ,所以无法实现步进电机的高 精度和平滑调速。为此 ,作者设计了一个采用系数乘法器的 步进电机控制器 ,该控制器可以使步进电机驱动信号的频率 高精度、平滑变化 ,使原用定时器无法解决的问题 ,在此变得 十分简单。另外 ,用该控制器控制步进电机转速 ,实现汽车车 速表校验的检测系统已在重庆长安汽车公司投入使用。 为进一步提高本刊的编辑质量 ,请您对此文在读 者服务卡上圈上数字代码 : 有价值 ,请圈 39 ;没有价值 ,请圈 40。 74 微特电机 2004 年第 1 期 R 读者园地eaders home 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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