第五章数字控制技术

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1、第五章第五章 数字控制技术数字控制技术5.1 数字控制基础数字控制基础5.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理5.3 直流电动机调速直流电动机调速5.4 步进电机的微机控制步进电机的微机控制5.5 伺服电机的控制伺服电机的控制逮课哥悉瘦渴抨黔歹饺治勉役报绥惰兑牛乌罢追渴亮郸或荣振嫩绵蓉啼锦第五章数字控制技术第五章数字控制技术15.1 数字控制基础数字控制基础5.1.1 数字控制的基本原理数字控制的基本原理1、计算机在绘图仪或加工装置上重现平面曲线图形的步骤、计算机在绘图仪或加工装置上重现平面曲线图形的步骤(1) 将曲线分割成若干点；将曲线分割成若干点；图形分割原则图形分割原则保证线段连接成

2、的曲线与原图形的误差在允许范围内；保证线段连接成的曲线与原图形的误差在允许范围内；(2) 确定各端点坐标值的中间值；确定各端点坐标值的中间值；a.插值插值/插补插补求中间值的数值计算方法；求中间值的数值计算方法；b.插补计算宗旨插补计算宗旨通过给定基点，以一定速度连续确定一系列中间点；通过给定基点，以一定速度连续确定一系列中间点；c.插补形式插补形式直线插补、二次曲线插补；直线插补、二次曲线插补；l直线插补直线插补由中间点连接起来的折线近似直线；由中间点连接起来的折线近似直线；l二次曲线插补二次曲线插补给定的两个基点间用近似曲线逼近；给定的两个基点间用近似曲线逼近；幂虎怪肯雨零偿貉谬项翟芯蚌抹

3、浊压晕朱铂袖毛贪李潘廓村匝硒宣袄奔氖第五章数字控制技术第五章数字控制技术2(3) 用脉冲信号形式控制用脉冲信号形式控制x、y方向上的步进电机，绘制图形；方向上的步进电机，绘制图形；脉冲当量脉冲当量(步长步长)对应于每个脉冲移动的相对位置；对应于每个脉冲移动的相对位置；(4) 插补计算实质插补计算实质如何分配脉冲数，使实际的中间点轨迹尽可能地逼近如何分配脉冲数，使实际的中间点轨迹尽可能地逼近 理想轨迹；理想轨迹；2、插补方法、插补方法(1) 数字脉冲乘法器数字脉冲乘法器MIT(2) 数字积分法数字积分法DDA(3) 逐点比较法逐点比较法毡羡乘侣定剑艳圆咖属浆脚蹋转赐食群苟蚌菌舒骑锋幢差蛀哨错亚鸳

4、铝光第五章数字控制技术第五章数字控制技术35.1 数字控制基础数字控制基础5.1.2 数字控制方式数字控制方式1、点位控制、点位控制只要求控制刀具行程终点的坐标值；只要求控制刀具行程终点的坐标值；2、直线切削控制、直线切削控制控制行程的终点坐标值；控制行程的终点坐标值；3、轮廓的切削控制、轮廓的切削控制控制刀具沿工件轮廓曲线不断运动；控制刀具沿工件轮廓曲线不断运动；5.1.3 数字控制系统结构数字控制系统结构1、 闭环数字控制闭环数字控制用于大型精密加工机床，很少使用；用于大型精密加工机床，很少使用；2、 开环数字控制开环数字控制结构简单、可靠性高、成本低、易于调整和维护；结构简单、可靠性高、

5、成本低、易于调整和维护； 应用广泛；应用广泛；喇勒类锻蹄关蒲庚枕步你啤度磊凹镁鸟坤荚文释瑚垦咕各颠基躲魄俊涸氯第五章数字控制技术第五章数字控制技术45.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理准备知识：准备知识：(1) 逐点比较法插补逐点比较法插补与给定轨迹上的坐标值进行比较，决定下一步的进与给定轨迹上的坐标值进行比较，决定下一步的进 给方向；给方向；(2) 逐点比较法原理逐点比较法原理用阶梯折线逼近直线或圆弧；用阶梯折线逼近直线或圆弧；5.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补5.2.2 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补棍充嘲誓侧丧罗容珐扩额罢虽脉剁传帮颂烈袱鸿熔棘瑚乡巡蹬呵杂蹦嚏

6、菇第五章数字控制技术第五章数字控制技术55.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补1、第一象限内的直线插补、第一象限内的直线插补(1) 直线插补计算原理直线插补计算原理设原点设原点O(0,0)，终点，终点A(xe,ye)，刀具，刀具P(x,y)；a.P在直线在直线OA上，上，OP与与OA重合重合 y/x= ye/xe;b.P在直线在直线OA上方上方 y/xye/xe;c.P在直线在直线OA下方下方 y/x0时，时，P点位于直线点位于直线OA上方；上方； F0时，向时，向+x方向走一步；方向走一步； F0；l进给方向；进给方向；l偏差运算；偏差运算；l终点判别；终点判别；部阴酵蔑峭隅确册肠

7、娶毡意杖罐苹贝敖硕凹鹅拽前舟苯灸怯汰丑掳主诡杭第五章数字控制技术第五章数字控制技术7(2) 直线插补计算举例直线插补计算举例已知：起点坐标为已知：起点坐标为(0,0)，终点坐标为，终点坐标为(5,4)，且，且F=0则计算长度则计算长度即即x方向走方向走5步，步，y方向走方向走4步。步。尺甚旨又俺寨拳啄扳涛但绢丧缀肋篷意颇闻狞方樊殊钒冈帛中驱检忽假读第五章数字控制技术第五章数字控制技术85.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补2、四个象限内的直线插补、四个象限内的直线插补(1) 插补原理插补原理a.F0 向向x方向进给；方向进给；l一、四象限一、四象限向向+x方向进给；方向进给；l二、三

8、象限二、三象限向向-x方向进给；方向进给；b.F0 向向y方向进给；方向进给；l一、二象限一、二象限向向+y方向进给；方向进给；l三、四象限三、四象限向向-y方向进给；方向进给；拎途棚穗皂彬氢途岿徊讼敏疙勿级瓢匣袒愉我穗婶创昏擂沤农腮佛冲诧锣第五章数字控制技术第五章数字控制技术95.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补(2)四象限的直线插补举例四象限的直线插补举例设直线设直线OA的起点为坐标原点，终点坐标为的起点为坐标原点，终点坐标为xe=-3，ye =-2； xe=-30，ye =-20，向圆内，向圆内(-x)方向进给一步；方向进给一步；lP在圆弧内在圆弧内 F0，刀具向，刀具向-x

9、方向走一步，到达方向走一步，到达(x-1,y)；lP在圆内，在圆内，F0，刀具向，刀具向+y方向走一步，到达方向走一步，到达(x,y+1)；灾舶警幸仗疆妊掉乌拟叉没邵溪悍转卯膘扁蔼引喻凡灌寓趋俏前酬喷夸恒第五章数字控制技术第五章数字控制技术12d.终点判别终点判别长度计数器的初值长度计数器的初值例：第一象限逆圆弧例：第一象限逆圆弧AB，起点，起点A(x0,y0)为为(4,3)， 终点坐标终点坐标B(xe,ye)为为 (0,5)，则长度计算器初值为，则长度计算器初值为碌晌美薛侨雪言呈开犯扫蘑岂坦痘坍统曼盆纷队急上皆霜竞毗财誊折蓉泳第五章数字控制技术第五章数字控制技术132、四象限内的圆弧插补、四

10、象限内的圆弧插补(1) 四象限圆弧插补计算原理四象限圆弧插补计算原理SR1、SR2、SR3、SR4 代表一、二、三、四象限的顺圆弧；代表一、二、三、四象限的顺圆弧；NR1、NR2、NR3、NR4代表一、二、三、四象限的逆圆弧；代表一、二、三、四象限的逆圆弧；a.NR1、NR3、SR2、SR4 一组；一组；lF0，向，向x方向进给方向进给NR1、SR4向向-x方向进给，方向进给， SR2、NR3向向+x方向进给；方向进给；lF0，向，向y方向进给方向进给NR1、SR2向向+y方向进给，方向进给， NR1、SR4向向-y方向进给；方向进给；蒜据超盂在唱瘟睛疟僻运儒郸忽颜肿伞铭瘁林风决扎陕候乘鳖婪齿

11、膜隐下第五章数字控制技术第五章数字控制技术142、四象限内的圆弧插补、四象限内的圆弧插补b.SR1、NR2、SR3、NR4 一组；一组；lF0，向，向y方向进给方向进给SR1、NR2向向-y方向进给，方向进给， SR3、NR4向向+y方向进给；方向进给；lF0，向，向x方向进给方向进给SR1、NR4向向+x方向进给，方向进给， SR3、NR4向向-x方向进给；方向进给；(2) 四象限圆弧插补的计算程序四象限圆弧插补的计算程序市骆胰震听野炽斜丽甥滦祈确椅度檀筑呵悯民辗庭址的欣腮绢盈蛰弟潘式第五章数字控制技术第五章数字控制技术155.3 步进电机的微机控制步进电机的微机控制5.3.1 5.3.1

12、步进电机的结构及工作原理步进电机的结构及工作原理步进电机的结构及工作原理步进电机的结构及工作原理5.3.2 5.3.2 步进电机的工作方式步进电机的工作方式步进电机的工作方式步进电机的工作方式5.3.3 5.3.3 步进电机的功率放大电路步进电机的功率放大电路步进电机的功率放大电路步进电机的功率放大电路5.3.4 5.3.4 步进电机的主要性能指标和使用注意事项步进电机的主要性能指标和使用注意事项步进电机的主要性能指标和使用注意事项步进电机的主要性能指标和使用注意事项5.3.5 5.3.5 步进电机微机控制系统步进电机微机控制系统步进电机微机控制系统步进电机微机控制系统撰永沙盾迪狮型皱制寸色请

13、曹幽力涸匣兵二断椒辆反芦惺裴先阁弄湖奸法第五章数字控制技术第五章数字控制技术165.3.1 步进电机的结构及工作原理步进电机的结构及工作原理1、直流电机原理和应用、直流电机原理和应用(1) 优点优点a.调速性能好：调速范围广，易于平滑调节；调速性能好：调速范围广，易于平滑调节；b.起动、制动转矩大，易于快速起动、停车；起动、制动转矩大，易于快速起动、停车；c.易于控制。易于控制。(2) 应用应用a.轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。备。b.用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。用蓄电池做电源的地方，

14、如汽车、拖拉机等。c.家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具。梨陀嘘凿功蛰泵滤圃三擎瞒常引膳跪篮兹校隙妊竭俱船腊坎财箩活玛憎仇第五章数字控制技术第五章数字控制技术17(3)工作原理工作原理 U+NS电刷电刷换向片换向片直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈II脯谎沥汽观狼驶闰疯掐呢文朝捆桶分甭肠曾赎诱涟半父门姓赋戚决良裳恭第五章数字控制技术第五章数字控制技术18注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。半边的电流向里，下半边的电流向外。

15、电刷压在换向片上。FFU+NS电刷电刷换向片换向片II溜揪吩崭酬贷地净瞻评桔攫纤獭妹得矫滩刘铲林律迟描瓢教挣填卵逆样五第五章数字控制技术第五章数字控制技术19FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反感应电动势的方向与电流的方向相反。社砷影靴蹿雨而纬柱驴搬郎婶眺烤葱绣峡皱优浇纠佐视途霄檬铁匠待流熟第五章数字控制技术第五章数字控制技术20NSNS(4)(4)(4)(4)直流电动机的结构直流电动机的结构直流电动机的结构直流电动机的结构极掌极掌极掌极掌极心极心

16、极心极心励磁绕组励磁绕组励磁绕组励磁绕组机座机座机座机座转子转子转子转子直流电动机的磁极和磁路直流电动机的磁极和磁路直流电动机的磁极和磁路直流电动机的磁极和磁路 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等和机座等部分构成。部分构成。呐质凳沟拨揍绩零共阀某懊梆族弱涨烧汹值考持疑笼晒稳喂唾痪抠兰绿券第五章数字控制技术第五章数字控制技术21a.转子转子（又称电枢）（又称电枢） 由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。b.定子定子定子的分类：定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励磁式：磁

17、极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，磁极上的线圈通以直流电产生磁通， 称为励磁。称为励磁。醋宠侯廷萧柞截预稿安滇耍恍姑溪眼肘简域佐绥灭壤株四虫氯叭驭描敲羔第五章数字控制技术第五章数字控制技术222 2、电枢电动势及电压平衡关系、电枢电动势及电压平衡关系电枢通入电流电枢通入电流后，产生电磁转矩，后，产生电磁转矩，使电机在磁场中转动使电机在磁场中转动起来。通电线圈在磁起来。通电线圈在磁场中转动，又会在线场中转动，又会在线圈中产生感应电动势圈中产生感应电动势（用（用E表示）。表示）。(1)(1)电枢中的感应

18、电动势电枢中的感应电动势FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE裁宗亥盗艇钠革历攀巳蔼兑缩诸慷骄烹戏嚼能瑰酌在抚捎汞穗竖柑帜晨中第五章数字控制技术第五章数字控制技术23根据右手定则知，根据右手定则知，E和原通入的电流方向相反，和原通入的电流方向相反，其大小为：其大小为：KE：与电机结构有关的常数：与电机结构有关的常数n：电动机转速：电动机转速 ：磁通：磁通单位：单位： （韦伯），（韦伯），n（转（转/每分），每分），E（伏）（伏）FFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE坛胰辈瘸栅芳宠颧缩佛妆孺碉彬慨碰蜗叔坞碧预皋饶宜殷顺但挠片淮舵须第五章数字控制技术第五章数字控制技术24(2) 电枢绕组中电压

19、的平衡关系电枢绕组中电压的平衡关系因为因为E与通入的电流方向相反，所以叫反电势。与通入的电流方向相反，所以叫反电势。U：外加电压，：外加电压，Ra:绕组电阻绕组电阻MRaIaE+U以上两公式反映的概念：以上两公式反映的概念：a.电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想电枢反电动势的大小和磁通、转速成正比，若想 改变改变E，只能改变，只能改变 或或 n。b.若忽略绕组中的电阻若忽略绕组中的电阻Ra，则，则 可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反可见，当外加电压一定时，电机转速和磁通成反 比，通过改变比，通过改变 可调速；外加电压与转速成正比可调速；外加电压与转速成正比。煤馁臭剪义整贮磋肿靶

20、谅限赚钝捻疾干读腋禁旗角酚瀑耙怪探江抿塞外骏第五章数字控制技术第五章数字控制技术253、步进电机的结构及工作原理、步进电机的结构及工作原理(1)(1)特点特点特点特点: :a.a.a.a.来一个脉冲，转一个步距角；来一个脉冲，转一个步距角；来一个脉冲，转一个步距角；来一个脉冲，转一个步距角；b.b.b.b.控制脉冲频率，可控制电机转速；控制脉冲频率，可控制电机转速；控制脉冲频率，可控制电机转速；控制脉冲频率，可控制电机转速；c.c.c.c.改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。 步步进进电电机机是是利利用用电电磁

21、磁铁铁的的作作用用原原理理，将将脉脉冲冲信信号号转转换换为为线线位位移移或或角角位位移移的的电电机机。每每来来一一个个电电脉脉冲冲，步步进进电电机机转转动动一一定角度，带动机械移动一小段距离。定角度，带动机械移动一小段距离。 区别在于励磁式步进电机的转子上区别在于励磁式步进电机的转子上区别在于励磁式步进电机的转子上区别在于励磁式步进电机的转子上有有有有励磁线圈，反应式步励磁线圈，反应式步励磁线圈，反应式步励磁线圈，反应式步进电机的转子上进电机的转子上进电机的转子上进电机的转子上没有没有没有没有励磁线圈。励磁线圈。励磁线圈。励磁线圈。(2)种类种类：励磁式励磁式和和反应式反应式反应式反应式两种。

22、两种。哼斧缕搜狸倍闲颐澄曙嘘噎椽埋务嘉迫霞堡杖施闹线臼详纽巷奈楔傲疹沃第五章数字控制技术第五章数字控制技术26(3)结构结构(定、转子齿宽距必须相等定、转子齿宽距必须相等)a.在在同相同相的几个磁极下，定、转子齿应同时对齐多同时错开，这样才能的几个磁极下，定、转子齿应同时对齐多同时错开，这样才能 使几个磁极的作用相加，产生使几个磁极的作用相加，产生最大转矩最大转矩。b.在在不同相不同相的磁极下，定、转子齿的相对位置应依次错开的磁极下，定、转子齿的相对位置应依次错开1/m齿距齿距(m为相为相数），这样才能在连续改变通电状态下，获得连续不变的步进运动。否数），这样才能在连续改变通电状态下，获得连续

23、不变的步进运动。否则，当任一相通电，转子齿都将处于磁极的则，当任一相通电，转子齿都将处于磁极的磁导为最大位置磁导为最大位置上。上。(4) 名词解释名词解释拍拍一个工作周期定子绕组通电改变的次数；一个工作周期定子绕组通电改变的次数；单拍单拍只有单个绕组通电为单拍；只有单个绕组通电为单拍；双拍双拍须且只须两个绕组通电为双拍；须且只须两个绕组通电为双拍；步距角步距角每拍转子转过的角度。每拍转子转过的角度。施货期绍锋伙盏耳翼绸饶月池阐第首碉米阑蓉陨状歌暴山毕慕突幅悬胚弥第五章数字控制技术第五章数字控制技术27定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作用下每次转过一定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁

24、场作用下每次转过一定的角度。定的角度。实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多。实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多。(5) 反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理接线与结构接线与结构A相绕组通电相绕组通电B相绕组通电相绕组通电C相绕组通电相绕组通电迷事椭溅品枫夯绞停除挤隋约铭弊蔑晋掣阿檀廖脑孰挂椭撒完憾吟潦衬秉第五章数字控制技术第五章数字控制技术28ABCIAIBIC 定子内圆周均匀定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成两个相对的绕组组成一相。一相。 转子有四个齿。转子有四个齿。定子定子转

25、子转子(5) 反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理蹭拴妥抛赶毡棱独琵碱票拆吵刻密惫涨滴产睛翁唬局游贤琳竭棒蜀仔法醋第五章数字控制技术第五章数字控制技术29反反应式步式步进电机的机的齿距距Z可以用下式表示：可以用下式表示：Z = 2/ N, N是是转子子齿数数例：典型的三相反例：典型的三相反应式步式步进电机，每相极性空机，每相极性空间上相差上相差120，两相，两相邻则相差相差60，如果，如果转子有子有40个个齿，那么，那么，转子的子的齿距角距角Z为：Z = 360/ 40=9(5) 反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理土烤法龄简蓬彤超颤柑肿吃蓑卡坪掸乱薪丽竭钓球谷勉丫揩吨

26、氨侯瓤寺单第五章数字控制技术第五章数字控制技术301 1 1 1、三相单三拍、三相单三拍、三相单三拍、三相单三拍CABBCA3412(1)A相绕组通电，相绕组通电，B、C相不通相不通电。电。由于在磁场作用下，转子由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：转到左图所示位置：1、3齿与齿与A、A极对齐。极对齐。5.3.2 步进电机的工作方式步进电机的工作方式吞敬疥摊稍讥状己锯构樱吁能必肌祖卧店布睛榷密裹筏睦筑大躲铺蹄同眼第五章数字控制技术第五章数字控制技术31CABBCA34121C342CA

27、BBA(3) 当当C相通电时相通电时，转子，转子再转过再转过30 角，角，1、3齿齿和和C、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。(2) B相通电时相通电时，转子会转，转子会转过过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；磁极轴线对齐；朴簧骋辅奖蔬坪视立雏昌属可肛寝嘉狂测绥正掉戍赶督邪哄濒谱优鞭价眠第五章数字控制技术第五章数字控制技术32CABBCA3412CABBCA34121C342CABBACABBCA23410 A相相0 B相相0 C相相0 A相相野烩跟厌博寻煎术忽先抠料幌屑碳市俊肠柑瞅贾竖鼻函童壳学汗碗楞翟族第五章数字控制技术第五章数字控制技术33 这种工作方式下，三个绕组依次通电一

28、次为一个循环这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三相单三拍三拍工作方式。工作方式。 按按AB C A 的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30( (步距步距角角) )，每个通电循环周期，每个通电循环周期( (3拍拍) )转过转过90( (一个齿距角一个齿距角) )。览慰哨隧婿搭障馏惯普怨士皖角迸烷囚配渗墨轮区炙挤驹滤灼爷适穷换仙第五章数字控制技术第五章数字控制技术342 2、三相双三拍三相双三拍三相双三拍三相

29、双三拍 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通电。的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电每拍有两相绕组同时通电。独攻皱菇端戳舒净末参曰媳蹦膊结驯习污负慧急灰夹螟尘汲辜聂痞白衰滞第五章数字控制技术第五章数字控制技术35AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期循环周期也分为也分为三拍三拍。每拍转子转过。每拍转子转过30 ( (步距角步距角) )，一一个通电循环周个通电循环周期期( (3拍拍) )转子转过转子转过90 ( (齿距角齿距角) )。萨

30、菩租捕猩锋追延蝇矗据障神舶衡止割耘正绽憨快撮越竿苏狰待拽椰属肢第五章数字控制技术第五章数字控制技术363 3、三相六拍三相六拍三相六拍三相六拍 按按AAB B BC C CA的顺序给三相绕组轮的顺序给三相绕组轮流通电。流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。这种方式可以获得更精确的控制特性。明暖教酋烽魏寒矿珠蛛啄蓟眺莉殿拭倒讲圭昼屿景讹甜她鄂瞻川歉寥卞温第五章数字控制技术第五章数字控制技术37CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。 A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉

31、住2、4齿，齿，转子转转子转过过15 ，到达左图到达左图所示位置。所示位置。雌叠谐纱写猿鞍呆分樊书聋捣渠家坍阿茶隋蔽钧冲棍采翟肝跑汤直抑擒踊第五章数字控制技术第五章数字控制技术38CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐, ,又转又转过过15 。3412CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C 、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15 。拈丁绰竿赔厢算痰钒议嫉扰间涎宜愉察竿庭介界震遥矢萝可犀缀蛾膛漆权第五章数字控制技术第五章数字控制技术39CABBCA3412CABBCA3412CABB

32、CA3412CABBCA34121C342CABBA0 A15AB30 B45 BC60 CCABBCA341275 CACABBCA234190 A笑若梅铆穴勒鸿呕苍卜蔡怔养见靳皋凋彪篱蔚陡氢巳扒谷饥让傲崔仓昭硝第五章数字控制技术第五章数字控制技术40 三相反应式步进电动机的一个三相反应式步进电动机的一个通电循环周期通电循环周期如下：如下：AAB B BC C CA，每个循环周期分为六拍。每个循环周期分为六拍。每拍转子转过每拍转子转过15 （步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期( (6拍拍) )转转子转过子转过90 ( (齿距角齿距角) )。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步

33、进角更小，更适与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要用于需要精确定位精确定位的控制系统中。的控制系统中。诣榔嚏医橡愁曳呵怎跳炔标意疏坛卉骡续佰诵脾龟徊皿擂剩旭会蛙泞倡秦第五章数字控制技术第五章数字控制技术41 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：得步距角计算公式：s = 2/ (N*K)其中：其中：K是工作方式的拍数，是工作方式的拍数，N是转子齿数。是转子齿数。 对于单三拍工作方式的三相反应式步进电机，它的相数，对于单三拍工作方式的三相反应式步进电机，它的相数，亦既是磁极对数亦既是磁极对数m=k，故步距角也可写为：，故步距角也

34、可写为： s = 2/ (N*m)其中：其中：N是转子齿数，是转子齿数，m是相数。是相数。 实用步进电机的步距角多为实用步进电机的步距角多为3 和和1.5 。剖景揽阑反沮止泥鸽睛殴掩喇改翅浪凛癸丫篓耗沿眠屯雕屑我布如位矗费第五章数字控制技术第五章数字控制技术42哮方边阴胶携练电厘狗迎缩区辅票侄肪姓萌撂磅治条颐取优嚣赊够酞灵桨第五章数字控制技术第五章数字控制技术434、步进电机控制系统、步进电机控制系统 典型的步进电机控制系统如图所示。典型的步进电机控制系统如图所示。甲脂林糊浑裹反夺柴抡蛔赂石即汤岸齐樊真榨汪除踢拢矗必缄忆碘粱害机第五章数字控制技术第五章数字控制技术44 如果如果用软件代替脉冲发

35、生器和脉冲分配器用软件代替脉冲发生器和脉冲分配器，就可以根，就可以根据系统需要通过编程的方法在一定的范围之内任意设定步据系统需要通过编程的方法在一定的范围之内任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。降低成本，提高系统的可靠性和灵活性。典型的行状态。降低成本，提高系统的可靠性和灵活性。典型的微机控制步进电机的系统原理框图如图所示。微机控制步进电机的系统原理框图如图所示。 微琅保涂杖星锰啤私赤既蚤仗案惠厢犬糕龚专汇属炙惯凳鳃众陕齿轮跋被第五章数字控制技术第五章数字控制技术45 利利用用微微机机现现对对步步进进电电机机的的

36、控控制制，必须解决以下两个问题：必须解决以下两个问题：l 脉冲序列的形成；脉冲序列的形成；l 步进电机旋转方向控制。步进电机旋转方向控制。 在微机控制系统中，延时可通过在微机控制系统中，延时可通过软件或定时器实现。利用软件形成软件或定时器实现。利用软件形成脉冲序列的程序流程图如图所示。脉冲序列的程序流程图如图所示。痊欣柜乌肌抠危贤噶绸别威尿秦壬察四厚术兰漱墅弗千隐竭堪龟快雅罕最第五章数字控制技术第五章数字控制技术46(1) 步进电机旋转方向控制步进电机旋转方向控制 a.三相单三拍方式三相单三拍方式：正向旋转，通电顺序为：正向旋转，通电顺序为 ABCA； 反向旋转，通电顺序为反向旋转，通电顺序为

37、 ACBA。b.三相双三拍方式三相双三拍方式：正向旋转，通电顺序为：正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB； 反向旋转，通电顺序为反向旋转，通电顺序为 ABCABCAB。c.三相六拍方式三相六拍方式： 正向旋转，通电顺序为正向旋转，通电顺序为 AABBBCCCAA； 反向旋转，通电顺序为反向旋转，通电顺序为 ACACBCBABA。肇阅矽锌枕伐疯嗡河哇城姥滴吗菠毕瓣陛刀荐罚妥撞擒蹦村聊涎菲购名乎第五章数字控制技术第五章数字控制技术47(2) 步进电机的旋转方向控制方法步进电机的旋转方向控制方法a)用用单单片片机机的的一一位位输输出出口口控控制制步步进进电电机机的的一一相相绕绕组组，例例如如，可以

38、用可以用8255的的A、B、C分别控制分别控制A相、相、B相和相和C相绕组。相绕组。b.根据步进电机的类型和控制方式找出相应的控制模型。根据步进电机的类型和控制方式找出相应的控制模型。c.按按照照控控制制方方式式规规定定的的顺顺序序向向步步进进电电机机发发送送脉脉冲冲序序列列，即即可可控制步进电机的旋转方向。控制步进电机的旋转方向。上述三种控制方式的数序模型如表所示。上述三种控制方式的数序模型如表所示。镶鼻铜激癸力祟霹语嗅越曹孜洛祝赖物匣恫吁波秘斟崖壹哭抵姿汕赖素背第五章数字控制技术第五章数字控制技术48蓝伙备香征阮刑斯湿意砷渤芽社梧柑奔枫痢节泥潭寨拾贪胖吐戚订奏趣崭第五章数字控制技术第五章数

39、字控制技术49三相六拍式控制模型三相六拍式控制模型摊涎积朽细饵拆贯赏百缔袜陀坡佰拔吞碾警渔津衔纷蔷呀箔袄触垃捂撂石第五章数字控制技术第五章数字控制技术505.3.3 步进电机的功率放大电路步进电机的功率放大电路 脉冲分配回路脉冲分配回路用于产生步进电机工作方式所需的各相脉冲信号，用于产生步进电机工作方式所需的各相脉冲信号， 功率放大电路功率放大电路对脉冲分配回路输出的弱信号进行放大，产生电机工对脉冲分配回路输出的弱信号进行放大，产生电机工作所需的激磁电流。作所需的激磁电流。贯棺继较腔汉腋茂侄你企缕就痉慨剪杠瓜尽澳种佩仇繁哨铣怔敲革桂敞此第五章数字控制技术第五章数字控制技术511、步进电机的特性

40、、步进电机的特性主要性能指标主要性能指标频率特性曲线（起动速度力矩曲线）频率特性曲线（起动速度力矩曲线）转动力矩转动力矩T T转动频率转动频率f f 琢驳剥喧弓威界夹怀乳惊崭彬灰委霍篓豌宵盾酗猪纲碧腻契铝大理樊袒法第五章数字控制技术第五章数字控制技术522、影响步进电机特性的因素、影响步进电机特性的因素(1) 步进电机的步进电机的转子直径转子直径、转子铁心、转子铁心有效长、齿数、齿形、齿槽比有效长、齿数、齿形、齿槽比；(2) 步进电机内部的磁路、绕组的步进电机内部的磁路、绕组的绕线方式绕线方式、定转子间的、定转子间的气隙气隙；(3) 控制线路的电压；控制线路的电压；(4) 转动一个齿距所需的转

41、动一个齿距所需的拍数拍数等；等；很明显，其中有的因素是步进电机在制造时已确定。很明显，其中有的因素是步进电机在制造时已确定。佯殴摆探饼盅淡吧秧挨桥阔烛畸息砸属帜茶卖昂椅控图乡减涵锰郎画借蘑第五章数字控制技术第五章数字控制技术533、主要影响因素、主要影响因素(1) 工作方式对频率特性的影响工作方式对频率特性的影响(2) 线路时间常数对频率特性的影响线路时间常数对频率特性的影响(3) 开关回路电压对频率特性的影响开关回路电压对频率特性的影响采迅遁鲸粳本镍湍叠钉挞阂啃周吕聘勿聋臀疮径女幢瘴琐拙峭激犊疫随龋第五章数字控制技术第五章数字控制技术54(1) 工作方式对频率特性的影响工作方式对频率特性的影

42、响不同工作方式时的频率特性曲线不同工作方式时的频率特性曲线从图中可以看出从图中可以看出单三拍的频率特性最差单三拍的频率特性最差六拍的频率特性最好。六拍的频率特性最好。这三种工作方式的功耗不同这三种工作方式的功耗不同单三拍的功耗最低，单三拍的功耗最低，双三拍的功耗约为单三拍的双三拍的功耗约为单三拍的2倍；倍；六拍的功耗为单三拍的六拍的功耗为单三拍的1.5倍。倍。脐七拈赊樱饰铆赖仆罩椒驶排腥商萝裳强群左毫抡酗疲暂炒肖丝春惮值叭第五章数字控制技术第五章数字控制技术55(2) 线路时间常数对频率特性的影响线路时间常数对频率特性的影响 步进电机的每相绕组供电都是由功率开关电步进电机的每相绕组供电都是由功

43、率开关电路来执行的。路来执行的。 L为步进电机绕组电感；为步进电机绕组电感； RL为绕组电阻；为绕组电阻； RC为晶体管为晶体管T的集电极电阻；的集电极电阻； D是续流二极管；是续流二极管； T 是大功率开关管。是大功率开关管。 RC也是个外接的功率电阻，它是一个消耗性也是个外接的功率电阻，它是一个消耗性负载，一般为数欧姆。这时，线路的时间常数负载，一般为数欧姆。这时，线路的时间常数 Tj为：为： Tj=L/(RL+RC)皮寅弄羌谩箕汐勉虚宁竟胸压噶雕芝饯伴字渺膘天歪毗先怀蹋布负醇痈弟第五章数字控制技术第五章数字控制技术56 时间常数时间常数 Tj 表示开关回路在导通时允许步进电机绕组电流上升

44、的速率。表示开关回路在导通时允许步进电机绕组电流上升的速率。Tj越小，则晶体管导通后步进电机绕组的电流上升越快，达到稳定电流越小，则晶体管导通后步进电机绕组的电流上升越快，达到稳定电流值的时间就越短值的时间就越短，则电机工作频率高则电机工作频率高；Tj越大，电流上升越慢，达稳定值时间就越长越大，电流上升越慢，达稳定值时间就越长，电机工作频率低电机工作频率低。减少减少 Tj 的方法的方法增大增大 Rc，会使稳态电流值减小，从而影响电机的力矩；会使稳态电流值减小，从而影响电机的力矩；不使稳态电流减少，就在增大不使稳态电流减少，就在增大Rc同时，也采用同时，也采用提高供电电压提高供电电压U的办法。的

45、办法。备淑淬偷汇照泞旬檀其畦浇走沏貌造施蜗办莹栓浴诚纬傈青松不悦纹盯酮第五章数字控制技术第五章数字控制技术57总结：总结：u Tj 小时小时步进电机的频率步进电机的频率特性较好，特性较好，在高频段仍能保在高频段仍能保持较大的力矩持较大的力矩；u Tj大时大时，频率特性较差，频率特性较差，在高频段的力矩较小在高频段的力矩较小。 在高频应用中，要尽量在高频应用中，要尽量减小减小 Tj以改善步进的特性，以改善步进的特性，所以采用较大的所以采用较大的 Rc , 同时应同时应提高电源电压提高电源电压 U。缺点：缺点：u会使效率降低；会使效率降低；u在低频段工作时也会使步在低频段工作时也会使步进电机的振荡

46、加剧。进电机的振荡加剧。袭运孤傣纪拔牙肝致谎确炊拔寝蔽脏眷给墙枝疫敬雷林岛领偷迷边灵翁语第五章数字控制技术第五章数字控制技术58(3) 开关回路电压对频率的影响开关回路电压对频率的影响步进电机绕组的开关回路电压，有时也称步进电机的电压；步进电机绕组的开关回路电压，有时也称步进电机的电压；l开关回路电压开关回路电压控制绕组通电或断电的功率开关回路的供电电压；而控制绕组通电或断电的功率开关回路的供电电压；而不是不是指加在电机绕组两端的电压。指加在电机绕组两端的电压。l开关电路产生的控制电压是以矩形波方式加在绕组上的。随着换相频率开关电路产生的控制电压是以矩形波方式加在绕组上的。随着换相频率的提高，

47、矩形脉冲电压波频率相应提高，这样，矩形脉冲电压的宽度和的提高，矩形脉冲电压波频率相应提高，这样，矩形脉冲电压的宽度和周期也就会变小，周期也就会变小，当矩形脉冲电压窄到一定程度，流入电机绕组的电流当矩形脉冲电压窄到一定程度，流入电机绕组的电流就无法达到稳定值就无法达到稳定值IH，步进电机就难以步进工作。，步进电机就难以步进工作。屏丹导愚婪戍吁咽雹蔫爆汁歼峪也慌涎师屡榴侩肯普十瑶惕肢鲜傀吞奎系第五章数字控制技术第五章数字控制技术59 为了保证频率足够高时，步进电机仍能正常步进工作，可以提高开关回为了保证频率足够高时，步进电机仍能正常步进工作，可以提高开关回路的电压。路的电压。l由于步进电机是感性负

48、载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，由于步进电机是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲即这时电流脉冲i 为：为：其中，其中，i是电流脉冲瞬时值，是电流脉冲瞬时值，IH是在开关回路电压为是在开关回路电压为U时的电流稳态值；时的电流稳态值； Tj是开关回路的时间常数。是开关回路的时间常数。蘸得归综妻扛烫歧卒瞅乱类痛仕庶虑氨偶澜缨哀方驮跳咙螺喻稳淹嗓匆渍第五章数字控制技术第五章数字控制技术60伏褂曰解尧遗将詹缅贬捻农垃六蜀治池撮徊爱设向材冲潘拍媒撑涟奠哑薄第五章数字控制技术第五章数字控制技术61外接电阻外接电阻 RC不变不变时，单纯提高开关回路电压，必定会使步进电

49、机绕时，单纯提高开关回路电压，必定会使步进电机绕组的电流加大，步进电机的组的电流加大，步进电机的力矩会随之提高力矩会随之提高； 开关回路电压的提高，会使电流的上升率提高，故步进电机的开关回路电压的提高，会使电流的上升率提高，故步进电机的工作频工作频率也会提高率也会提高。在外接电阻在外接电阻RC 改变时，提高开关回路电压同时保持绕组电流不变，改变时，提高开关回路电压同时保持绕组电流不变，那么在电压高时，外接电阻那么在电压高时，外接电阻RC的值就会较大；这时开关回路时间常数的值就会较大；这时开关回路时间常数 Tj也也就较小就较小。从而使步进电机绕组的电流上升率较快，则步进电机的工作力矩。从而使步进

50、电机绕组的电流上升率较快，则步进电机的工作力矩和频率都较高。和频率都较高。 电压较低时，电压较低时，Rc会较小，导致会较小，导致Tj较大较大，绕组电流上升率较慢，电机的，绕组电流上升率较慢，电机的工作频率和力矩都较低。工作频率和力矩都较低。裁肩氨泳腆茬边堡便来甲祖腻江泊级剃嗅怖吐贫售估鹃氮苇纂宋恳够谚盒第五章数字控制技术第五章数字控制技术62 4、单电压功率放大电路、单电压功率放大电路L是电机绕组电感；是电机绕组电感；RL是电机绕组是电机绕组电阻；电阻；RC是外接电阻（限流）；是外接电阻（限流）；Rd是续流二极管是续流二极管D回路串联电阻。回路串联电阻。式中忽略了续流二极管式中忽略了续流二极管

51、D的内阻。的内阻。穷备依肘抓扫悦疟菊做帘刽晨荚乘撵庄鼻极噪掸儿汾脾爪曰谓财黔对鼻且第五章数字控制技术第五章数字控制技术63Rd越大，则越大，则Td越小；越小；使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变短，从而提高高频工作时的性能。变短，从而提高高频工作时的性能。但是但是Rd选得太大，会消耗太多的选得太大，会消耗太多的能量，使步进电机的低频性能明显变坏，电磁阻尼作用变弱，共振加能量，使步进电机的低频性能明显变坏，电磁阻尼作用变弱，共振加剧，晶体管剧，晶体管T击穿的可能性加大。击穿的可能性加大。Rd越小，则越小，则Td越大。越大。RC是外接电阻，在是外接电阻

52、，在RC上并联上并联电容电容C可以改善注入步进电机绕组的电可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿流脉冲前沿。当功率放大电路输入控制信号功率晶体管。当功率放大电路输入控制信号功率晶体管T导通瞬间，电导通瞬间，电流通过电容流过绕组，所以有一个瞬间的冲击电流流入绕组中；这样流通过电容流过绕组，所以有一个瞬间的冲击电流流入绕组中；这样就使注入电流的前沿明显变陡，从而提高了步进电机的高频性能。就使注入电流的前沿明显变陡，从而提高了步进电机的高频性能。 不足不足低频工作振荡增加，性能变差；低频工作振荡增加，性能变差；棚寸浆痈食忻敖掏位皮欧侧摧邪致武论懒捻蓑愤日冕考玲乡艺谆仙舍讳唤第五章数字控制技术第五章数

53、字控制技术64 5、双电压功率放大电路、双电压功率放大电路 U1是高压，大约为是高压，大约为80-150V，U2为为6-20V左右。左右。T1是高压电源的开关管，是高压电源的开关管，T2是功率驱动管，是功率驱动管，D1是低压电源是低压电源U2的钳位二极管，的钳位二极管，它在它在T1导通时处于反向偏置而截止，导通时处于反向偏置而截止， 在在T1截止时它则由于正向偏置而截止时它则由于正向偏置而向电机的绕组提供低压电源向电机的绕组提供低压电源U2，D2是续流二极管，在是续流二极管，在T1、T2都截都截止时向绕组提供放电回路。止时向绕组提供放电回路。联悠月柱轻殷认啡河秃脾吟瑟屁丁铺揪磁晓卡恬侗爽思苟凌

54、祝蜕裹戊萧呜第五章数字控制技术第五章数字控制技术65双电压功率放大电路工作时，必须在高压电源开关管双电压功率放大电路工作时，必须在高压电源开关管T1的的基极加上高压电源开关控制信号基极加上高压电源开关控制信号Vh，同时，同时在功率管在功率管T2的基的基极加上步进控制信号极加上步进控制信号V1。而且要求。而且要求Vh、V1的上升沿的上升的上升沿的上升时刻一致，同时有：时刻一致，同时有： T h T1 其中，其中，Th是高压电源是高压电源U1的开关控制信号的开关控制信号Vh的周期，的周期，T1是步进控制信号是步进控制信号V1的周期的周期 雌慕快裙缔沏裔寡篮漾祈昧轻俄关伙痴布饶允劝壤茫圃胃恳岔敖园歪

55、身闭第五章数字控制技术第五章数字控制技术66 5、双电压功率放大电路的工作状态、双电压功率放大电路的工作状态 (1) 高电压工作状态高电压工作状态 当当Vh 、V1同时为高电平时同时为高电平时，见图，见图5-29所示的所示的t1t2时间。时间。这时晶体管这时晶体管T1和和T2都会导通，由于都会导通，由于T1导通，高压电源导通，高压电源U1加到加到二极管二极管D1的负极，的负极，D1反向偏置。反向偏置。 稳态电流流IH：瞬瞬态电流流i1：句燃萨预九角矾以促颤歌虾盆渴识想郸骤篮疹嚼哆纶撮槐匹艇劫樟勿盘楷第五章数字控制技术第五章数字控制技术67(2) 低压工作状态低压工作状态 这时这时Vh 为低电平

56、，为低电平，V1为高电平，为高电平，晶体管晶体管T1截截止，止，T2导通。导通。见图见图5-29中的中的t2t3时刻，时刻，低压电源低压电源U2通过二极管通过二极管D1对电机的绕组供电，故绕组对电机的绕组供电，故绕组中保持一定的稳态电流。中保持一定的稳态电流。 日划帆雕史审谦续授低淑宝堂效末呼芝谗禁遣变啃镣邦蓬辐荐埋拇另户阶第五章数字控制技术第五章数字控制技术68(3) 关断状态关断状态 当当Vh和和V1都为低电平时都为低电平时，晶体管，晶体管T1和和T2都处于截止状态，显然这都处于截止状态，显然这时高压电源时高压电源U1和低压电源和低压电源U2都被关断，无法向电机绕组供电。但绕组也都被关断，

57、无法向电机绕组供电。但绕组也会因电源关断而产生反电势，该电势力图保持电流的原有大小和方向。会因电源关断而产生反电势，该电势力图保持电流的原有大小和方向。在电路中二极管在电路中二极管D1、D2向反电势提供了泻放的回路。绕组的反电势通过向反电势提供了泻放的回路。绕组的反电势通过RL、RC、D2、U1、U2、D1回路而泻放。回路而泻放。宙杂掺氢丙龙驹啥烬拟永钎谴垃砰狱快赔仆无瓜粤醚名谴戮泡塑厄逐锰豆第五章数字控制技术第五章数字控制技术69(3) 关断状态关断状态 在这个回路中，在这个回路中，U1和和U2是反向连接的，其等效电路如图是反向连接的，其等效电路如图5-30所示。所示。如果仍以二极管如果仍以

58、二极管D1的负极端看作电源端，则加在绕组的负极端看作电源端，则加在绕组L上的电压是上的电压是U，并，并且有且有U=U2-U1TLmax。式中：式中： Tst步进电机启动转矩；步进电机启动转矩；TLmax最大静负载转矩。最大静负载转矩。 通常取通常取Tst =TLmax /(0.5-0.3)以便有相当的力矩储备。以便有相当的力矩储备。(3) 空载启动频率空载启动频率fost 指步进电机在空载情况下，不失步启动所能允许的最高频率。由于在指步进电机在空载情况下，不失步启动所能允许的最高频率。由于在负载情况下，步进电机不失步启动所允许的最高频率是随负载的增加而显负载情况下，步进电机不失步启动所允许的最

59、高频率是随负载的增加而显著下降的，因此在选用步进电机时应该注意到这一点。著下降的，因此在选用步进电机时应该注意到这一点。提碴衷搓敏镶描骑腾扣檄蚁岁撰灭河轨中谷昼下扭惫昂毁篱儒淖阎潮掐惠第五章数字控制技术第五章数字控制技术72(4) 精度精度 精度时用一周内最大的步距角误差表示的。对于所选用的精度时用一周内最大的步距角误差表示的。对于所选用的步进电机，其步距精度步进电机，其步距精度应满足以下要求：应满足以下要求：即即=i（L）式中：式中：L为负载轴上所允许的角度误差。为负载轴上所允许的角度误差。 至于输入电压至于输入电压U、输入电流、输入电流I、相数、相数m这三项技术指标，反映这三项技术指标，反

60、映了步进电机对驱动电源所提供的要求。了步进电机对驱动电源所提供的要求。雀锣膝燃邵讶琼辽武阳列昭慌宿检逢初领欣枚艾谍萤注掂里蹬斧践科菌诛第五章数字控制技术第五章数字控制技术732、使用步进电机时应注意的几个问题、使用步进电机时应注意的几个问题(1) 驱动电源对步进电机控制系统的运行影响极大，使用使要特别注意，需驱动电源对步进电机控制系统的运行影响极大，使用使要特别注意，需 根据运行要求，尽量采用先进的驱动电源，以满足步进电机的运行性能。根据运行要求，尽量采用先进的驱动电源，以满足步进电机的运行性能。(2) 若所带负载转动惯性较大，则应在低频下启动，然后再上升到工作频若所带负载转动惯性较大，则应在

61、低频下启动，然后再上升到工作频 率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停车。率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停车。(3) 在工作过程中，应尽量避免由于负载突变而引起的误差。在工作过程中，应尽量避免由于负载突变而引起的误差。(4) 若在工作中发生失步现象，首先应检查负载是否过大，电源电压是否正若在工作中发生失步现象，首先应检查负载是否过大，电源电压是否正 常，再检查驱动电源输出波形是否正常，再处理问题时不应随意变换元常，再检查驱动电源输出波形是否正常，再处理问题时不应随意变换元 件。件。力洁枯壬观涌菌沙窟妮柯赦司抿乍谣到蓬途任饼且皿吐疾般量璃垒拽惰冒第五章数字控制技术第五章数字控制技术

62、745.3.5 步进电机微机控制系统步进电机微机控制系统1、步进电机的接口、步进电机的接口v电压隔离功能电压隔离功能。因为单片机。因为单片机是工作在是工作在5V5V的低压的，而步进的低压的，而步进电机是工作在几十伏，甚至是一百多伏的高压的，一旦步进电机的电压电机是工作在几十伏，甚至是一百多伏的高压的，一旦步进电机的电压窜到单片机部分，则会引起单片机损坏；或者步进电机部分的有关信号窜到单片机部分，则会引起单片机损坏；或者步进电机部分的有关信号干扰单片机，也会引起系统工作失误。干扰单片机，也会引起系统工作失误。v信息传递功能信息传递功能。接口部件应能够把控制信息传送给步进电机回路。接口部件应能够把

63、控制信息传送给步进电机回路。 v对应于不同的工作方式，接口部件应能对应于不同的工作方式，接口部件应能产生相应的工作控制电压波形产生相应的工作控制电压波形。例如单三拍、双三拍、六拍或细分所需的波形。例如单三拍、双三拍、六拍或细分所需的波形。v产生工作所需的不同频率产生工作所需的不同频率。为了使步进电机以不同的速度工作，以适。为了使步进电机以不同的速度工作，以适应不同的目的，接口部件应能产生不同的工作频率。应不同的目的，接口部件应能产生不同的工作频率。物阀理篓堡热潍疙片畦帛阮彝阔秸交娜无锑障网势蹋冀涟盲蜂蹿嘎给懒臀第五章数字控制技术第五章数字控制技术75(1)脉冲分配脉冲分配实现脉冲分配（通电换相

64、控制）的方法有两种：软件法和硬件法。实现脉冲分配（通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。a.通过软件实现脉冲分配通过软件实现脉冲分配软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的软件法是完全用软件的方式，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。口向驱动电路发出控制脉冲。b.通过硬件实现脉冲分配所谓硬件法实际上是使用脉冲分配器芯片，来通过硬件实现脉冲分配所谓硬件法实际上是使用脉冲分配器芯片，来进行通电换相控制。脉冲分配器有很多种，这里介绍一种进行通电换相控制。脉冲分配器有很多种，这里介绍一种 8713 集成集成电路芯片。电路芯片。 8713 有

65、几种型号，如三洋公司生产的有几种型号，如三洋公司生产的 PMM8713 ，富士，富士通公司生产的通公司生产的 MB8713 ，国产的，国产的 5G8713 等，它们的功能一样，可以等，它们的功能一样，可以互换。互换。叹粤菊歹阀碑枚筹藩拾布畴集谅垄撑繁饲贷阵操噎他叠耗渭首燎宫俺磋怜第五章数字控制技术第五章数字控制技术76图图 8713 脉冲分配器与单片机接口脉冲分配器与单片机接口周纸裴痰峨此龙绰笔畅弘特魏俘甄渭垛顶邦林视刁曼坠斑多世颖悦坪逆磺第五章数字控制技术第五章数字控制技术77例：简易四相步进机驱动鳖绘膝敬仔铃曙甸祸止签娠旋弟罕谗烘逸朔命见谁影抹龟重微样匪针凿枕第五章数字控制技术第五章数字控

66、制技术78各种工作方式控制模型表工作方式PB3PB2PB1PB0控制模型单四拍000101H001002H010004H100008H双四拍001103H011006H11000CH100109H乱瞒姿肠俐遮佬哲娄课竿捣增路坚操瘪拭速宠索蛾驳裴募金妓叁慷皑帮湾第五章数字控制技术第五章数字控制技术79工作方式PB3PB2PB1PB0控制模型四相八拍000101H001103H001002H011006H010004H11000CH100008H100109H粤窃颜镇周霞幻夺筷廷镜蛔哼姿恰婉妒义牲漾咎俞士挞部朔存俱病槐铺蝴第五章数字控制技术第五章数字控制技术80;*根据根据CHECK配置信息修改下

67、列符号值配置信息修改下列符号值*IOY0 EQU 0d200H ;片选片选IOY0对应的端口始地址对应的端口始地址;*MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的的A口地址口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的的B口地址口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的的C口地址口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4;8255的控制寄存器地址的控制寄存器地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDS峪瘩氖鼻臻术截曾贮拦夹褪伯受肃眶扶绣葛内患剂惩咎趁肛雹赡粪下稳凸第五章

68、数字控制技术第五章数字控制技术81DATA SEGMENTCW_TABLE DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX ;数据段初始化数据段初始化MAIN: MOV DX,MY8255_MODE ;定义定义8255工作方式工作方式 0， MOV AL,80H ; A口和口和B口为输出口为输出 OUT DX,AL ;MOV BP,1 ;设置运行步数设置运行步数拷踊顽助新诈奴萝赖翼来垢驳沤涝汾唐躇弄汪掠犬届沮悠脊超勘草赣皋殴第五

69、章数字控制技术第五章数字控制技术82A1: MOV BX,OFFSET CW_TABLE MOV CX,0008H A2: MOV AL,BX MOV DX,MY8255_B OUT DX,AL CALL DELAY INC BX LOOP A2胯倘喜态马祝菲举洗啪码驯荷乓伯羊匹志矽琐嫂捶臂冯急侵忧县砸堵食部第五章数字控制技术第五章数字控制技术83;DEC BP;JNZ A1 ；运行步数未到，继续；运行步数未到，继续 MOV AH,1 ;判断是否有按键按下判断是否有按键按下 INT 16H JZ A1 ;无按键则跳回继续循环，有则退出无按键则跳回继续循环，有则退出QUIT: MOV AX,4C

70、00H ;返回到返回到DOS INT 21HMOV AH,0BH ;判断按键判断按键INT 21HINC ALJNZ A1撰庐沥扬跑誓授弟规隔坪桩好栏暇菏彪瑚钉净界备腿越恳傣庄毋到莹勺驳第五章数字控制技术第五章数字控制技术84DELAY PROC NEAR ;软件延时子程序软件延时子程序 PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFHD1: MOV AX,5000HD2: DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CXRETDELAY ENDPCODE ENDS END START注：步进机的速度和方向如何控制？如何实现加速、注：步进机的速度和方向如何控制？如何

71、实现加速、 减速控制？减速控制？康襟径碌亏彭规里俩夜噶馏闭向祷设隧乙偿之蝉抹腮缕应稍屉埃嗡鸯临搏第五章数字控制技术第五章数字控制技术85正转控制模型CW_TABLE DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H反转控制模型CCW_TABLE DB 01H,09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H宏瓷音团靛妇衙邯撑蜘瑟滨酗蛙腐怂亚蓄肖泞几俐氢钙锋苔升掳偷龋惮洱第五章数字控制技术第五章数字控制技术862、步进电动机的速度控制、步进电动机的速度控制(1)第一种是第一种是通过软件延时通过软件延时的方法。改变延时的时间长度就可的方法。改变延时的时间长度就可以以改变输

72、出脉冲的频率；但这种方法使改变输出脉冲的频率；但这种方法使 CPU 长时间等待，占用长时间等待，占用大量机时，因此没有实用价值。大量机时，因此没有实用价值。(2)第二种是第二种是通过定时器中断通过定时器中断的方法。在中断服务子程序中进的方法。在中断服务子程序中进行行脉冲输出操作，调整定时器的定时常数就可以实现调速。这种脉冲输出操作，调整定时器的定时常数就可以实现调速。这种方法占用方法占用 CPU 时间较少，是一种比较实用的调速方法。时间较少，是一种比较实用的调速方法。辩萌剖互寅掀甩吉闪廖淋叙蛰迟老硬橙逐戈焰罗丰阀箩匝侩殊排哲瞒距擅第五章数字控制技术第五章数字控制技术873、步进电动机的位置控制

73、、步进电动机的位置控制 步进电动机的步进电动机的位置控制位置控制控制步进电动机带动执行机构从一个位置精控制步进电动机带动执行机构从一个位置精确地运行到另一个位置。可以不用借助位置传感器而只需简单的开环控制确地运行到另一个位置。可以不用借助位置传感器而只需简单的开环控制就能达到足够的位置精度，因此应用很广。就能达到足够的位置精度，因此应用很广。(1) 第一个参数是步进电动机控制的第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数执行机构当前的位置参数，称为绝对位，称为绝对位置。绝对位置是有极限的，其极限是执行机构运动的范围，超越了这个极置。绝对位置是有极限的，其极限是执行机构运动的范围，超越了这

74、个极限就应报警。限就应报警。(2) 第二个参数是第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离从当前位置移动到目标位置的距离，可以用折算的方式将，可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数。这个参数是外界通过键盘或可调电位这个距离折算成步进电动机的步数。这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的，所以折算的工作应在键盘程序或器旋钮输入的，所以折算的工作应在键盘程序或 A / D 转换程序中完成。转换程序中完成。藏己惩羽你半连审非缩穿呐又宰槛筷憋荣纬巧捎畸舒猪渍往租狐厨恳平抛第五章数字控制技术第五章数字控制技术88 对步进电动机位置控制的一般作法是：对步进电动机位置控制的一般作法是： 步进电

75、动机每走一步，步数减步进电动机每走一步，步数减 1 ；如果没有失步存在，当；如果没有失步存在，当执行机构到达目标位置时，步数正好减到执行机构到达目标位置时，步数正好减到0。 因此，用步数等于因此，用步数等于0来判断是否移动到目标位，作为来判断是否移动到目标位，作为步进电动机停止运行的信号。步进电动机停止运行的信号。级乌膜袋泄赫性坍醛清肥屑戚蓬笑铱扳适卓贱妈点骡兑付酝天莉镣彬募惰第五章数字控制技术第五章数字控制技术894、步进电动机的加、减速控制、步进电动机的加、减速控制 步进电动机驱动执行机构从步进电动机驱动执行机构从 A 点到点到 B 点移动时，要经历点移动时，要经历升速、恒速和升速、恒速和

76、减速减速过程。过程。 如果启动时一次将速度升到给定速度，由于启动频率如果启动时一次将速度升到给定速度，由于启动频率超过极限启动频超过极限启动频率率，步进电动机要，步进电动机要发生失步发生失步现象，因此会造成不能正常启动。现象，因此会造成不能正常启动。 如果到终点时突然停下来，由于如果到终点时突然停下来，由于惯性作用惯性作用，步进电动机会，步进电动机会发生过冲发生过冲现现象，会造成位置精度降低。象，会造成位置精度降低。 如果非常缓慢的升降速，步进电动机虽然不会产生失步和过冲现象，但如果非常缓慢的升降速，步进电动机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。影响了执行机构的工作效率。

77、所以，对步进电动机的加减速要有严格的要求，那就是保证在不失步和所以，对步进电动机的加减速要有严格的要求，那就是保证在不失步和过冲的前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。过冲的前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。砾偏雍痘宪喝缉序隆茸杜却魂靶际帘让家鼎声槽栓琵评时啃俗洽搅蝎哼卓第五章数字控制技术第五章数字控制技术90法轩霞倘具挠艘示贯椰缠茫霞胳寡似陕犹顿怕曼耽拨届讼易旭还请断出恶第五章数字控制技术第五章数字控制技术91例：控制步进电机以三相六拍式运行正转例：控制步进电机以三相六拍式运行正转360步后，再反转步后，再反转400步。步。其中：其中：8255的的PA0、PA

78、1和和PA2口分别控制步进电机的口分别控制步进电机的A、B、C相；相； 8255A芯片的地址为芯片的地址为200H203H。DEALY 1MS MACRO TIME ；延时宏命令；延时宏命令 LOCAL AALOCAL BBPUSH CXMOV CX,TIMEAA: PUSH CX MOV CX,1000BB: NOP LOOP BB POP CX LOOP AA POP CXENDM拎哈胚贺晒勃樱糜荐恕肺怨扛训猪裔锯轻俭宅佛炸弱棕咎富扩窥锡燃薛身第五章数字控制技术第五章数字控制技术92DATA SEGMENTTABA DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H ;正转模型正转模型T

79、ABB DB 05H,04H,06H,02H,03H,01H ;反转模型反转模型DATA ENDSCODE SEGMENTMAIN PROC FARSTART: PUSH DS MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AX,0 PUSH AX 磕痛岭甘终辛骑氏捍严蓉还架樟惠划脯痰峨坟归拣护厉吉避腑鸽澄禹因犊第五章数字控制技术第五章数字控制技术93 MOV DX,203H MOV AL,80H ;A口设置为方式口设置为方式0，输出，输出 OUT DX,AL ;设置设置8255A的方式控制字的方式控制字 MOV DX,200H MOV AL,0 OUT DX,AL ;先设置制动命令先设

80、置制动命令 MOV CX,360 ;设置正转步数设置正转步数DD: MOV BL,6 ;六拍六拍 MOV DX,200H LEA DI,TABA ;指针指向正转的数学模型指针指向正转的数学模型CC: MOV AL,DI OUT DX,AL亨瞪凳酵案癸皇坠埂北绒冤增脆用湍渠勤渣象沃塞用霓内丘瑶腾庭牡歼妻第五章数字控制技术第五章数字控制技术94 DELAY 1MS 10 INC DI ;指针增指针增1，指向下一步的数学模型，指向下一步的数学模型 DEC BL ;拍数减拍数减1 JNZ CC ;六拍未结束，则继续循环六拍未结束，则继续循环 LOOP DD ;360个周期的六拍为结束，则继续循环个周期

81、的六拍为结束，则继续循环 MOV CX,400 ;设定反转步数设定反转步数FF: MOV BL,6 MOV DX,200H LEA DI,TABB ;指针指向反转的数学模型指针指向反转的数学模型EE: MOV AL,DI OUT DX,AL 尿够颐靖腐坤阐冈刻痘象刨畸荫轮譬柞粒刀袭估舍青齐邀叙募虞捷磅难限第五章数字控制技术第五章数字控制技术95 DELAY 1MS 10 INC DI ;指针增指针增1，指向反转下一步的数学模型，指向反转下一步的数学模型 DEC BL JNZ EE LOOP FF MOV DX,200H MOV AL,0 OUT DX,AL ;结束后，输出制动命令结束后，输出制

82、动命令 RETMAIN ENDPCODE ENDSEND START 蔷豹谋腊剩笔吼百括跋豌倾察宋辊慑劈澈伤哼呸吠荷客汕蒙眉贼屠变螟贞第五章数字控制技术第五章数字控制技术965.4 伺服电机的控制伺服电机的控制5.4.1 5.4.1 伺服电机及其控制方法伺服电机及其控制方法伺服电机及其控制方法伺服电机及其控制方法5.4.2 5.4.2 伺服电机控制功率接口技术伺服电机控制功率接口技术伺服电机控制功率接口技术伺服电机控制功率接口技术5.4.3 5.4.3 伺服电机控制系统检测元件伺服电机控制系统检测元件伺服电机控制系统检测元件伺服电机控制系统检测元件5.4.4 5.4.4 直流伺服电机系统设计直

83、流伺服电机系统设计直流伺服电机系统设计直流伺服电机系统设计泡遮康毖拇舜胞舀缔过躲廖碘贩毡乔撂篮博锌徊颁苑合氧咏网娠杆冕标橇第五章数字控制技术第五章数字控制技术971、伺服电动机的定义、伺服电动机的定义 伺服伺服 跟随跟随(执行用执行用)，输出信号跟随控制输入信号。，输出信号跟随控制输入信号。也叫也叫执行电动机执行电动机。 控制系统根据对系统的检测、比较后按照一定的控制规律控制系统根据对系统的检测、比较后按照一定的控制规律进行调节，输出所需进行的调节信号就是通过伺服电动机实现进行调节，输出所需进行的调节信号就是通过伺服电动机实现的。的。5.4.1 直流伺服电机及其控制方法直流伺服电机及其控制方法

84、燃握曝唉仰他隋启泪郡患市兄操乾恍冗驰落崭宇嘛灌低淤郝坑笨晒妄娜落第五章数字控制技术第五章数字控制技术98 交流伺服电动机和直流伺服电动机。交流伺服电动机和直流伺服电动机。3、伺服电动机分类、伺服电动机分类 伺服电动机的作用是伺服电动机的作用是驱动控制对象驱动控制对象。被控对象的。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。2、伺服电动机的作用、伺服电动机的作用炔荆声棱彤锻秧涵蕾烃银川汝撞做退惧弗浆样分确局庙字器烫意澈礼值剃第五章数字控制技术第五章数字控制技

85、术994、直流伺服电动机、直流伺服电动机结构：结构：与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些工作原理：工作原理：与直流电动机相同。与直流电动机相同。供电方式：供电方式：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电：MU1IfIaU2放放大大器器UU1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压。为电枢电压。楞传榷薪伍屑简胎话改宽亡已枝听做扬堰履歌瞎而芍看坡齐傲抠殖龚虹情第五章数字控制技术第五章数字控制技术1005.4.2 伺服电机控制功率接口技术伺服电机控制功率接口技术1 1、 脉宽调制脉宽调制脉宽调制脉宽调制

86、PWMPWM原理原理原理原理 PWM晶体管功率放大器结构框图 比较器 n UI + + Us UI+UT 功率放大器 伺服电机 三角波 发生器 UP 电压-脉宽变换器 开关功率放大器 PWM功率放大器 像廖堡趋炙钱身航佃妹敛招露毯淡氓势惦歹队诬颜畏债争招旱劫赠膘骄项第五章数字控制技术第五章数字控制技术101(1) 比较器比较器是一个工作在开环状态的运算放大器，一般情况是一个工作在开环状态的运算放大器，一般情况下，比较器的负输入接地，下，比较器的负输入接地，UT + UI信号由比较器的正端信号由比较器的正端输入。只要输入。只要UT + UI 0，则比较器输出满幅度正电平；，则比较器输出满幅度正电

87、平；UT + UI 0电机正转，电机正转，|UI|越大正转越快；越大正转越快；UI0，并且有，并且有|UI|UTPP/2时，输出时，输出正直流电压正直流电压，故转速最快。，故转速最快。lUI0，并且有，并且有|UI|UTPP/2时，输出时，输出负直流电压负直流电压，故这时反向转速最快。，故这时反向转速最快。捆矛湿爸诣娩幸增刻观铆蘸羡张里郝妥噎响寄忘柜科持薪用赵匣创饯盾盯第五章数字控制技术第五章数字控制技术104 图6-14 桥式PWM晶体管功率放大电路结构 US 0 M T1 D1 D2 D4 D3 T2 T4 T3 A B -US 0 -US 0 US 0 UC 铜掷窝霖仇廖程岩涣抓咽酶哭瞄

88、穆娱睫莆趋吾盔谁懂一哆逊熬澜抒宅边蹭第五章数字控制技术第五章数字控制技术1053 3、 伺服电机的工作原理伺服电机的工作原理伺服电机的工作原理伺服电机的工作原理(1)T1、T4和和T2、T3的的切换切换由由US决定，切换频率由三角波的决定，切换频率由三角波的频率频率FT决定，决定，T=1/FT。因此当三角波确定后，脉宽调制。因此当三角波确定后，脉宽调制的频率和周期与三角波一样。的频率和周期与三角波一样。(2)在忽略晶体管压降的情况下，可以认为开关功率放大器的在忽略晶体管压降的情况下，可以认为开关功率放大器的输出电压输出电压UP和电源电压和电源电压UC相等，即有相等，即有UP=UC。(3)T1、

89、T4导通，导通，T2、T3截止：截止：UAB=UP=UCG；(4)T2、T3导通，导通，T1、T4截止：截止：UAB=-UP=-UCG。漠锥赎簇凋友萤优拍偏煮辣现必禄釜械椒礼豫方恭驶竣践年播曹晚陋鸵瘩第五章数字控制技术第五章数字控制技术1065.4.2 伺服电机控制的功率接口技术伺服电机控制的功率接口技术1、伺服电机控制的主回路、伺服电机控制的主回路a.典型伺服系统框图典型伺服系统框图洲妒用彰羌术瘟撤铣锐泡微购畜踪输尹沸灼快烫叔市凭茹斤驳肪赢粉纽岿第五章数字控制技术第五章数字控制技术1072、PWM特点特点(1) PWM功率放大器工作在功率放大器工作在开关状态开关状态，自身的功耗少，所以和线性

90、放大器，自身的功耗少，所以和线性放大器 相比它有效率高、节能等优点。相比它有效率高、节能等优点。(2) PWM功率放大器是一个功率放大器是一个比例环节，线性度好比例环节，线性度好，和晶闸管整流器相比它，和晶闸管整流器相比它 有线性好、无需中频供电等优点。在实际上，有线性好、无需中频供电等优点。在实际上，PWM功率放大器的切换功率放大器的切换 频率范围可在几百赫兹到几十千赫兹之间选择，有十分宽的频带。频率范围可在几百赫兹到几十千赫兹之间选择，有十分宽的频带。(3) 在输入控制信号为零时，在输入控制信号为零时，PWM功率放大器控制的伺服电机会处于微震功率放大器控制的伺服电机会处于微震 状态。这是其

91、它类型功率放大器所不具有的。这种微震状态可以状态。这是其它类型功率放大器所不具有的。这种微震状态可以克服伺克服伺 服电机静摩擦力矩服电机静摩擦力矩，实现，实现“动力润滑动力润滑”，减少了电机死区，从而使伺服，减少了电机死区，从而使伺服系系 统有良好的静态精度和低速运行平稳性。统有良好的静态精度和低速运行平稳性。(4) 结构简单、体积小、可靠性高、维修方便。结构简单、体积小、可靠性高、维修方便。声标吨好徐掸驻炬绦汉碱瘦向瑞龟哼蹭炽麻顶聋备倡津纤婴汐身慌谆智担第五章数字控制技术第五章数字控制技术1083、标准、标准PWM功率放大器功率放大器磐昂辙胡敬欣锨凄喷碴佣寅郴哩像长癣腾处袁幅素唤膀丫未铰悼去

92、忿副断第五章数字控制技术第五章数字控制技术109(1)当当T1的输入为的输入为正正电平时，电平时，T1导通导通T2截止。截止。 晶体管晶体管T1导通使导通使T3T4导通，引起导通，引起T6导通以及导通以及T5T7截止。晶体管截止。晶体管T2截截止使止使T12T11T8截止以及截止以及T9T10导通。这样电流过导通。这样电流过R23、T9、T10伺服电机伺服电机和和T6从地流向从地流向-24V电源，这时伺服电机电源，这时伺服电机正转正转。(2) 当当T1的输入为的输入为负负电平时，电平时，T1截止截止T2导通。导通。 晶体管晶体管T截止使截止使T3、T4、T6截止以及截止以及T5、T7导通。晶体

93、管导通。晶体管T2导通，令导通，令T12、T11导通，最终使导通，最终使T10、T9截止截止T8导通。这时电流从地流过导通。这时电流从地流过R20、T5、T7，伺服电机和，伺服电机和T8到达到达-24V电源。故伺服电机电源。故伺服电机反转反转。申锑娃纵乱赞柿男贰阂紊辫朵馁快贿访荔卿贿诛加登酌畸枣棺车往模的秽第五章数字控制技术第五章数字控制技术110搓拈贴莆样蛆呕赎褐和大送遗唉雍寓喜滦细遏秃壳纬峡科哭葬扛常泳招日第五章数字控制技术第五章数字控制技术111 电动机控制系统可分为开环系统和闭环系统两类。电动机控制系统可分为开环系统和闭环系统两类。(1)开环控制系统开环控制系统比较简单，能够满足一般的

94、控制要求；比较简单，能够满足一般的控制要求；(2)闭环控制系统闭环控制系统则用于有精度要求的控制。则用于有精度要求的控制。 在电动机控制系统中，这些精度要求包括：电动机本身的精度要求，在电动机控制系统中，这些精度要求包括：电动机本身的精度要求，如角度和转速；执行机构的精度要求，如线化移相角位移，要实现对这些如角度和转速；执行机构的精度要求，如线化移相角位移，要实现对这些物理量的精确控制，就必须通过高精度的检测传感器对这些物理量进行检物理量的精确控制，就必须通过高精度的检测传感器对这些物理量进行检测，将检测的结果转换成数字量反馈给计算机，对这些数据进行处理，处测，将检测的结果转换成数字量反馈给计

95、算机，对这些数据进行处理，处理的结果作为控制量对电动机进行控制，从而实现闭环控制。理的结果作为控制量对电动机进行控制，从而实现闭环控制。 所以，所以，检测传感器加上反馈环节检测传感器加上反馈环节是开环控制系统和闭环控制系统的主是开环控制系统和闭环控制系统的主要区别，是电动机闭环控制系统的重要组成部分。要区别，是电动机闭环控制系统的重要组成部分。敝堵携住烂皖眉锑柔释曳畅系篱攫辗暑境比姆琅涸种坞级谈循穗猫曝偷试第五章数字控制技术第五章数字控制技术1121、旋转变压器、旋转变压器小型交流发电机小型交流发电机 旋转变压器的特点旋转变压器的特点是：副边绕组中的感应电热是：副边绕组中的感应电热E2E2的大

96、小和的大小和定转子两者的偏转角定转子两者的偏转角的正弦或余弦值有关。即有：的正弦或余弦值有关。即有： E2 = nE1sin (5-19) E2 = nE1sin (5-19) 其中：其中：n n是变压器的变比；是变压器的变比；E1E1是原边即定子绕组励磁电压是原边即定子绕组励磁电压转子绕组磁轴与定子绕组磁轴垂直时，偏转角转子绕组磁轴与定子绕组磁轴垂直时，偏转角=0=0，E2=0E2=0；在转子磁轴与定子磁轴平行时，偏转角在转子磁轴与定子磁轴平行时，偏转角=90=90,E2=nE1,E2=nE1。 5.4.3 位置检测元件位置检测元件 牢哆昭刹妒蚕仔炊论卢点烙抵帖吟贸豌滴扩异茄财吵轩挚但我冷糙

97、穆相几第五章数字控制技术第五章数字控制技术113 旋转变压器在接上负载之后，其输出电热旋转变压器在接上负载之后，其输出电热E2E2不再是转角不再是转角的余弦或正弦关系。为了克服这种问题，通常在定子原边加的余弦或正弦关系。为了克服这种问题，通常在定子原边加补补偿绕组偿绕组，或在转子副边上加上补偿绕组，使得在加上负载时，或在转子副边上加上补偿绕组，使得在加上负载时，输出电势输出电势E2E2和励磁电压和励磁电压E1E1仍可保持式仍可保持式5-195-19的关系。在旋转变压的关系。在旋转变压器的输出电势器的输出电势E2E2接到阻抗极大负载上，例如射极跟随器或运算接到阻抗极大负载上，例如射极跟随器或运算

98、放大器组成的阻抗变换器上由于这时负载电流很小故转子交轴放大器组成的阻抗变换器上由于这时负载电流很小故转子交轴磁通不大，仍可保持式磁通不大，仍可保持式5-195-19的关系。的关系。 根据式根据式5-195-19可以容易求出转子对定子的偏转角可以容易求出转子对定子的偏转角：= arcsin= arcsin（E2/nE1E2/nE1） （5-205-20） 垢禄暂酝挖迄葱涉同簧釉蕾淮递犯淖戚俭这罗笔败爱扯奸护仇相羊颁幕何第五章数字控制技术第五章数字控制技术114振魏垒忻屋跑散满伍坝吓脸记离蒲镑奉露劣啪蔫粳族肠吨龋书略乐帧梗戏第五章数字控制技术第五章数字控制技术115邵领品拇光堡熬赣剂伞札喝决序朴惩

99、脂媚郊镊逼消腿弄旧唆侩睫劲凛肋摄第五章数字控制技术第五章数字控制技术116分辨率分辨率编码盘所能分辨的旋转角度编码盘所能分辨的旋转角度=360/2n n是二进制数码的位数，提高分辨率就要增加扇区数，受到工艺限制，通常采用多级编码盘。(1)绝对式编码盘绝对式编码盘 不管转动机构怎样转动都可以通过随转功机构转动的不管转动机构怎样转动都可以通过随转功机构转动的编码盘来获得转动机构所在的确切位置。因为所测得的角位编码盘来获得转动机构所在的确切位置。因为所测得的角位置是绝对位置，所以称这样的编码盘为置是绝对位置，所以称这样的编码盘为绝对式编码盘绝对式编码盘。(2) 编码盘分辨率编码盘分辨率日蝉杨福彦中芳

100、所夸漠巡潮巷翱疡媚唯奖杰河罐厕蓄搂枷恒断疑迈础畜俘第五章数字控制技术第五章数字控制技术117棺潍盅晴曼猿瞪钧菌奥顷腹滚淌墓搪搂练擦错友翰沁激暖沈翌克鞠鹰携钩第五章数字控制技术第五章数字控制技术118表示按位加，即不进位加表示按位加，即不进位加赫抬矮樱巡篓膜苏绒用神棉它幼搂足户眨辗鄙嘿贬窘湛锌怜候破厂浚咕畦第五章数字控制技术第五章数字控制技术119蜂纤侈让忍矗须荒痹萎绅们糜阵摇幅被棉耐拱抬抨斡羌稀邹粕绰概终替嫩第五章数字控制技术第五章数字控制技术1203、光电编码器与单片机的接口、光电编码器与单片机的接口喊仔架易钾林笺竖洲绸靶抠董连泥聋砌馁钮桩登钧滓毖汀颧兽氰纹景哥曹第五章数字控制技术第五章数字

101、控制技术1215.4.4 直流伺服电机系统的设计直流伺服电机系统的设计 低捌乏栗束腾等融出啃撑减肩携隧峙藉醒泡洁氢夸拯攘翔布菊畦丢成构格第五章数字控制技术第五章数字控制技术122 伺服系伺服系统是一个是一个闭环的自的自动控制系控制系统。在伺服控制系。在伺服控制系统中，中，计算机除了要控制系算机除了要控制系统的功率主回路外，同的功率主回路外，同时还要要实时检测伺服伺服系系统的状的状态。典型的伺服系。典型的伺服系统中，除了中，除了PWM功率放大器之外，功率放大器之外，还有有电压负反反馈、速度、速度负反反馈、位置、位置负反反馈等等环节。 拙呵醛菜倾阅渍掷低诀瓦彪鼎臼契量迷拓痰外粟梯刹现垫艰约纯嘉乖哇

102、俞第五章数字控制技术第五章数字控制技术1231、系统组成、系统组成贺邮夷肾瓦腑漳洱魂碱轻敛寥坏撞支蹋郡焕惕磁狈除诀礁葫绩匙躲笆城杂第五章数字控制技术第五章数字控制技术1242、系统传递函数水厉撰塌吃坛什此甭渔眨屋侦幼己殊孪气扑沾凭议觉札钦厘牟冗胯撞公身第五章数字控制技术第五章数字控制技术1253、系统仿真（连续）英童刹迂玲汾洱护吁族淫坊芋彭洛稚甩恿惰饺隧活座那鸣剂凋争咽虹骚碘第五章数字控制技术第五章数字控制技术1264、仿真结果、仿真结果(1)(1)角度响应曲线角度响应曲线角度响应曲线角度响应曲线(2)(2)速度响应曲线速度响应曲线速度响应曲线速度响应曲线(3)(3)控制输出控制输出控制输出控制输出嚏冤躇椰耪肠陕货粳窖淋碱代匿觅乌素捶踩荚膊现萧晃睹恳唾花漏篆怜生第五章数字控制技术第五章数字控制技术1275、系统仿真（离散）、系统仿真（离散）贤睛攻轩嘘练彦捕盛片阜舀迹淆敛戴起辖姆公攀望钉逛辫萌切驮燃痛吼内第五章数字控制技术第五章数字控制技术128角度阶跃响应曲线速度响应曲线控制输出控制输出控制输出控制输出室塔昼倘嗡情孽曰熄蔗题溅炊硕膜意斋卉靖渭钵森喳变咎帘灶渣粉渝参藻第五章数字控制技术第五章数字控制技术129