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1、机电一体化3 七.步进电机的驱动的限制 1.驱动： 这个功能由驱动电源行使的。 驱动电源由（脉冲安排器）和（功率放大器）组成 脉冲安排器作用：接收来自变频信号源的脉冲信号，并安排给电机绕组，使电机绕组的通电依次按肯定规律交换的元件。 功率放大器作用：从计算机输出口令从环形安排器输出的信号脉冲电流一般只有几个毫安，不能干脆驱动步进电机，必需采纳功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增长到几至十几安培，从而驱动步进电机运转。 驱动原理：从变频信号源发出的电脉冲信号，经过脉冲安排器，按肯定规律的安排，然后又经过功率放大器的放大就可以驱动步进电机运转了。 细分驱动 1） 2） 概念：将一个步距角细分成若干
2、步的驱动方法。 原理：在每次电机输入脉冲切换时，我们不将绕组的电流全部通入或切除，而是只变更一部分。 3） 细分驱动两个主要特点： a：不变更电机结构参数，使步距角减小，但不够精确，功放电路也较困难。 b：能使电机运行平稳，提高匀速性，并能减弱或消退振荡。 限制：这个功能主要是由单片机来执行。有串行和并行两种方式。 串行限制：这种方式与前面所讲的驱动原理基本相同。单片机发出脉冲信号和方向信号，给脉冲安排器，经过脉冲安排器的安排再送给功率放大器，经放大后驱动步进电机。 并行限制：这种限制方式与串行不同，用微机各个端口输出限制信号，干脆限制电机各项的驱动电路，至于脉冲安排器的功能由微机自己来完成。
3、 速度限制：前面讲过，可以通过限制脉冲的频率来限制电机的转速，也就是说限制微机系统发出时钟脉冲的频率或者换相周期来限制电机转速，有两种方法： a.软件延时：是通过调用延时子程序的方法来实现的，它占用CPU的时间。 b.定时器：是通过设置定时时间常数的方法来实现的。 加减速限制 在一位限制系统中，电机的速度改变有这样的过程。 加速恒速减速低恒速停止 用微机为步进电机进行加减速限制，事实上就是变更输出脉冲的时间间隔，开速时使脉冲串渐渐加密，也就是减小脉冲的时间间隔，使频率增大，减速时使脉冲串渐渐稀疏，也就是增大脉冲的时间间隔使脉冲频率下降。 开速的规律一般有两种选择： a.根据直线规律开速： 加速
4、度为恒定值，这就要求电机产生的转矩有所下降。 b.按指数规律开速：加速及在开速过程中是下降的这种方式接近于电机输出转矩随转速改变的规律。 开环与闭环限制 开环限制：没有速度或位置反馈，电机输出转矩和速度，取决于驱动电源和限制方式。 闭环限制：干脆或间接检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当处理，自动给出驱动的脉冲串，采纳闭环限制不仅可以获得更加精确的位置限制和高得多，平稳得多的转速。 本章思索题： 1、直流伺服电机、沟通伺服电机、步进电机的驱动原理及其区分。 2、机电一体化系统对执行元件的基本要求 3、步距角、矢量限制的定义 4、步距角的计算方法 第四章 微机限制系统的接口设计 本章教学重点
5、： 1、 2、 3、 4、 5、专用与适用，硬件与软件的权衡与选择 如何选择微型计算机 微型计算机的系统构成与种类 微型计算机的分类 运用PLC的工作过程 一、专用与适用，硬件与软件的权衡与选择 机电一体化系统的限制功能一般是采纳微机来完成的，微机包括单板机、单片机和微型计算机等几种类型。由于产品不同所须要的限制功能，限制形式和动作限制方式都不完全相同。所以机电一体化系统的设计就是：选用微机、设计接口、选用限制形式和动作限制方式的问题。要解决这些问题必需具备微机限制理论，数字电路，设计等方面的学问，还应具备肯定的生活和生产工艺学问，在设计中常会遇到以下几种问题。 2.专用与适用的选择 解决这个
6、问题是依据生产量的大小，假如是大批量生产，那么就要设计一种专用部件，可以长期运用，可以降低成本，提高效率。假如是中小批量生产，那么就应当选用通过部件。因为在产品转型时通用部件不会失去作用，这也是降低成本的一种算途径。在限制系统中，适用与专用的选择依据也大致相同。 专用限制系统 依据：用于大批量生产 实质：选用适当的通用芯片组成限制系统，以便与执行元件和检测传感器相匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个限制系统集成在一块或几块芯片上。 通用限制系统 依据：中、小批量生产的产品 实质：合理选择主限制微机型，设计与其执行元件和检测传感元件之间的接口，并在此基础上限制应用软件的问题。 2.硬件与软件
7、的权衡 硬件的特点：a 分散元件（二极管、三极管）组成的小规模集成电路结构困难，体积圈套，不易变更。 b 大规模集成电路芯片(LSI)，结构简洁，体积较小，易于改动，牢靠性高，处理速度快。 软件的特点：运算和推断功能强，并且简单修改，适应性强。 知道了硬件与软件的特点就可以进行权衡。 主要依据是：依据经济性、牢靠性的标准来确定的。 例如：在选用软件和硬件都可以实现某种功能的状况下，依据软、硬件的特点。在必需用分 元件组成硬件的状况下，不如运用软件，如能用通用的LSI芯片来组成所需的电路则最好采纳硬件。 二、限制系统的一般设计思路 1.确定系统整体限制方案 首先：要了解被控对象的限制要求构思整体
8、方案，通常先考虑采纳开环限制还是闭环限制。在这里还涉及到检测传感元件的选用问题。 其次：采纳执行元件采纳的方式：电动式，液动式，还是气动式。 第三：考虑在限制方面是否有特别要求，如：在牢靠性、快速性及限制精度等方面的要求。 第四：考虑微机在整个限制系统中须要完成哪些任务，从而确定微机要具备哪些功能。 第五：应初步估算成本。 2.确定限制算法 首先是建立系统的数字模型：它是选择限制算法的依据，所谓数字模型就是系统动态特性的数字表达式，它反映了系统输入、内部状态、输出之间的数量和逻辑关系，依据这些关系就可以推算出限制算法，计算机就是依据所推出的限制算法进行运算处理，进而进行限制的。 按所设计的是何
9、限制对象和不同的限制性能指标要求，心脏所适用的微型机处理功能，它是一种限制算法。 3.选择微型计算机 限制系统中的微机要完成其限制功能需满意下列条件 较完善的中断系统：具有以下优势 a：同步操作：有了中断功能，可以使CPU和外设同时工作，当外设把数据打算好以后，发出中断申请，恳求CPU中断电源在执行的主程序，执行输入或输出程序。执行完毕后，CPU复原执行主程序，外设也接着工作，这样就大大提高了CPU的率，也提高了输入输出的速度。 b：实现实时处理：当计算机用于实时限制时，现场的各个参数信息如须要刚好修改，可在任何时间发出中断恳求，要求CPU处理，CPU在中断开放的状况下，立刻就可以响应，并予以
10、处理。 c:故障处理：指计算机在运行时，内部出现故障，如存储出错，运算溢出，或者输入输出异样等状况下，可以利用中断系统自行处理。 足够的存储容量 完善的输入输出通道和实时时钟 输入输出通道是外部过程和主机交换信息的通道：依据限制系统的要求不同有开点通道，模拟量通道以及干脆数据通道。 实时时钟：在过程限制中给出时间参数，登记某部件发生的时间，同时使系统能按规定时间依次完成各种操作。 其它特别要求 a、字长：指的是并行数据总路途的线数，字长干脆影响到数据精度，寻址实力，指令数目和执行操作时间，所以要依据详细状况，如对限制系统的精度要求，处理速度要求选择四位、八位、十六位等。 b、速度：可与字长的选
11、择一并考虑，字长长时处理速度高。 c、指令：一般来说指令数多，针对特定操作的指令就多，可以缩短程序，处理速度加快。 此处还要考虑成本，程序编制难易及扩充输入输出接口是否便利等问题。 4.系统总体设计 是对限制方案进行详细实施步骤的设计，通常包括以下三个方面： 1) 接口设计 在对限制系统进行接口设计时，首先要合理运用微机接口，当通用接口不够时，应进行接口扩展，扩展方法通常有以下三种。 a) 选用功能接口板：其上有多种数字量，模拟量通道，这种方法硬件工作量小，牢靠性高，但价格较贵。 b) 选用通用接口电路：用于较小的限制系统，由于电路标准化可进行随意扩展。 c) 用集成电路自行设计接口电路：中、
12、小规模集成电路运用便利，价格便宜。 2) 通道设计：输入输出通道是计算机与被控对象相互交换信息的部件。包括开关量、数字量、模拟量输入输出通道。开关量输入主要解决电平转换，去抖动及抗干扰等问题。开关输出要解决功率驱动问题，模拟量输入通道主要电信号处理装置采样单元，采样保持器和放大器，A/D转换器等组成模拟量输出通道主要由D/A转换放大器等组成。 3) 操作限制台设计 限制台相当于微机的键盘，便一般不能用键盘代替，主要考虑到现场操作人员不肯定对微机的结构熟识避开发生操作失误。 5.软件设计：微机软件主要分两类 1) 系统软件：包括操作系统，诊断系统，开发系统和信息处理系统这些系统是机器固有的，不需
13、用户设计。 2) 应用软件：由用于自行设计，方法有两种： 模块设计方法 模块是指能完成肯定功能相对独立的程序段，依据所要完成的任务，把要设计的整个程序分成若干部分，也就是分成若干模块分别编程。 结构化设计方法 指给程序施加了肯定的约束，采纳规定的结构类型和操作依次，使编出的程序操作依次分明，便于查找和订正错误，常用的方法有直线依次结构，条件结构，循环结构和选择结构。 最终是系统调试：步骤为：硬件调试软件调试系统调试 4-2微型计算机的系统构成与种类 一 微型计算机的系统构成 “微机”是微处理器（CPU），微型计算机（MC）和微型计算机系统（MCS）的总称。 1.微处理器：简称CPU，是一种大规
14、模（LSI）或超大规模（ULSI）集成电路器件，能完成计算机对信息的处理与限制。但它并非是完整的计算机，一般由运算器和限制器组成。 2.微型计算机：简称MC，是以CPU为中心，加上只读存储器（ROM），读写存储器（RAM），I/O接口电路，系统总体和其它逻辑电路组成。 我们一般认为CPU存储器构成微型计算机。 3.微型计算机系统：简称MCS 是在微型计算机基础上加上系统软件，外设、系统总体和接口而构成的。硬件构成看图42。 各组成部分由数据总线，地址总线和限制总线相联。 （1）主存储器：又叫内部存储器，主要有RAM和ROM两部分构成。 ROM：只读存储器，存储固定程序和数据。（由于只读写入后不能擦去，更改） RAM：读写存储器，存储输入/输出数据和作业领域的数据。 （2）输入/输出装置：主要执行数据和程序的输入/输出，以及用于限制时输入检测元件的信息和输出限制执行元件的信息。 （3）协助存储装置：可作为存储器运用。 输入/输出装置与协助存储装置。统称为计算机外围设备。 二 微型计算机的分类。有3种分类方式 1.按组装形式分类：单片机、单板机、微机、微机系统。 （1）单片机：在一块集成电路芯片上装有CPU、ROM、RAM以及输入/输出端口电路，该芯片
