1、第第4章章 程序控制和数值控制程序控制和数值控制4.1程序控制4.开环数值控制4.步进电机的控制内容提要 概述 顺序控制器 开环数值控制器 步进电机的控制 小结 顺序控制和数值控制是计算机控制系统中最常见的控制方式 顺序控制：控制系统根据生产工艺按预先规定的工艺要求，在各个输入信号的作用下，使生产过程的各个执行机构自动地按预先规定的顺序动作 数值控制：用计算机把输入的数字信息按一定的程序进行处理后转换为控制信号，去控制一个或几个被控制对象，使被控制点按照某种轨迹运动一一 顺序控制器 1 顺序控制器的功能 根据生产过程要求预先确定程序，使系统在输入信号条件的作用下，按顺序进行工序转换 根据各工序
2、要求，控制相应的执行机构动作，保证过程正常进行3.1 顺序控制器2 顺序控制系统的一般组成 系统控制器、输入输出接口、输入输出电路、信号检测、显示电路、报警电路、操作台 3 顺序控制系统的类型 1)按顺序执行的继电器接触器控制系统 2)无触点逻辑控制系统 3)以微型计算机为核心的顺序控制系统 4)可编程序控制器 专用顺序控制器的设计 针对某一类被控对象的结构特点和加工工艺流程而设计的微型计算机系统的硬件和软件 采用固定连线控制的设计思想来设计硬件和软件，灵活性不够，通用性差 控制软件采用汇编语言编制，用户自行二次开发软件和调试困难 4 可编程控制器（Programmable Controlle
3、r）早期的PLC虽然采用了计算机的设计思想，但实际上它只能完成顺序控制，仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能 在经历了30年的发展，现代PLC产品已经成为了名符其实的多功能控制器，如逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理等功能都得到了很大的加强和完善 与此同时，PLC的网络通信功能也得到飞速发展，PLC及PLC网络成为了工厂企业中不可或缺的一类工业控制装置 5 PLC的特点 1)可靠性高，抗干扰能力强 2)控制程序可变，具有良好的可变性 编程简单，使用方便 功能完善，扩充方便，组合灵活 缩短设计和施工时间6 PLC的基本组成1)CPU是PLC的核心组成部分，其主要任务有：接收、存储由编程工具
4、输入的用户程序和数据，并通过显示器显示出程序的内容和存储地址 检查、校验用户程序 接收、调用现场信息 执行用户程序 故障诊断2)PLC的存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器等三种 系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在 ROM 内，用户不能直接更改 用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务，用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序 工作数据存储器用来存储工作数据3)I/O接口是PLC与外界连接的接口 输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由
5、电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号 输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等4)编程器的作用是供用户进行程序的编制，编辑，调试和监视 简易编程器：一般只能编辑语句表指令程序，不能直接编辑梯形图程序，多用于小型PLC的编程或者用于PLC控制系统的现场调试和维修。图形编程器：本质上是一台便携式专用计算机系统，可以编制多种指令程序，功能强。7 PLC的分类 按地域范围 美国流派;罗克韦尔欧洲流派;西门子日本流派;欧姆龙 按I/O点数 超小型 512按结构 一体化模块化顺序控制和数值控制是计算机控制系统中最常见的控制方式数
6、值控制 数值控制：用计算机把输入的数字信息按一定的程序进行处理后转换为控制信号，去控制一个或几个被控制对象，使被控制点按照某种轨迹运动4.2 开环数值控制器利用数字控制原理实现的机械加工绘图设备 数字控制机床 线切割机 数字绘图仪数值控制的分类（）按工具运动轨迹分有 a.点位控制这类控制方式只要求控制工具从一点移到另一点的准确位置，对运动轨迹不加控制适用于钻床，冲床等 b.直线控制除满足点位控制要求，控制点与点之间准确位置外，还要保证两点之间移动轨迹是一条直线这种数值控制又叫做简易数值控制 c.连续控制（也称凸轮控制）这类控制方式能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制（）按伺服
7、机构控制方式不同分 a.开环控制该系统不带位置测量元件，驱动用步进电机或电液脉冲电机 开环数值控制系统的一般组成 b.闭环控制该系统带有位置测量元件，把工作台移动距离通过位置检测进行负反馈控制二数值控制的基本原理.概念（）插补与插补器插补沿着规定的线段，在起点与终点之间求取中间值的数值计算方法称为插值或插补插补器是一种完成插补功能的逻辑电路（）脉冲当量每一个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，也称步长（）插补分类a直线插补在给定的两个基点之间，中间点的各点之间连线是一条折线，用这些折线来逼近直线如图是一段用折线逼近直线的直线插补线段，其中（x0，y0）代表该线段的起点坐标值，（xe，ye）代表终点
8、坐标值，则x方向和y方向应移动的总步数为Nx和Ny，为 yyyNxxxNyx0e0e（a）精度高；（b）精度低。b二次曲线插补在给定两个基点之间，中间各点之间连线是一条近似于曲线的折线弧二次插补又分园弧插补抛物线插补双曲线插补实现直线插补和二次曲线插补的方法有多种，常见的有数字脉冲乘法器（又称MIT法，因为它由麻省理工学院首先使用），数字积分法（又称数字微分分析器，即DDA法）和逐点比较法（又称富士通法或醉步法）等，其中又以逐点比较法使用最广。（）插补运算的方法实现插补的方法有a数字脉冲乘法器是一种最简单的直线插补器，最早用于数字设备上的插补方式，能方便实现多坐标插补b数字积分法又称数字微分分
9、析器，即DDA法是用求解微分方程的原理得出欲插补的曲线该方法脉冲分配均匀，易于实现，但精度不高c逐点比较法，又称富士通法或醉步法d矢量法以矢量运算为基础e最小偏差法该方法以目标点为特征单步跟踪这五种方法中以逐点比较法使用最广泛2.数值控制基本原理 让我们先看图所示的平面图形，如何用计算机在绘图仪或加工装置上重现。第一步 将此曲线分割成若干线段，可以是直线段，也可以是曲线段，该图把它分割成3段，即，和弧线，然后把a，b，c，d 4点坐标记下来并送给计算机。图形分割的则应保证线段所连接成的曲线（或折线）与原图形的误差在允许范围之内。由图可见，显然采用，和弧线比采用，和要精确得多。第二步 当给定a，
10、b，c，d各点坐标和x，y值之后，如何确定各坐标值之间的中间值？求得这些中间值的数值计算方法称为插值或插补。插补计算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段的。从理论上说，插补的形式可以用任意函数形式，但为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插补两种形式。所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出的中间点连接起来的折线近似于一条直线，并不是真正的直线。所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧。常用的二次有
11、圆弧、抛物线和双曲线等。对图4-26所示的图形来说，显然ab和bc线段用直线插补，cd线段用圆弧插补是合理的。第三步 把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号形式去控制x，y方向上的步进电机，带动画笔、刀具或线电极运动，从而绘出图形或加工出符合要求的轮廓。这里的每一个脉冲信号代表步进电机走一步，即画笔或刀具在x方向或y方向移动一个位置。我们把对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，又称为步长，常用x和y来表示，并且总是取x=y三逐点比较法插补原理1.逐点比较法插补原理 所谓“逐点比较法”插补原理，就是每当画笔或刀尖向某一方向移动一步，就进行一次偏差计算和偏差判别，也就是比较到达的新位置和理
12、想线型上对应点的理想位置坐标之间的偏离程度，然后根据偏差的大小确定下一步的移动方向，使画笔或刀尖始终紧靠理想线型运动，起到步步逼近的效果 2.4方向逐点比较法直线插补原理 (1)第一象限内的直线插补 在第一象限内的并形成三个点集（如图4-28所示）：第一个点集是重合于直线段OP上的所有点；第二个点集是位于A+区域内的所有点；第三个点集是位于A区域内的所有点。a偏差判别式Fi=xeyiyexi 在0P直线上任取一点M(xi,yi)，在与M点等高位置上，在A区内取一点M（xi,yi）,在A+区内取一点M(xi,yi)，连接OM与OM，则得OM、OM、OM3条直线，它们与x轴正方向夹角、大小不一样，
13、并有 于是它们的斜率也不一样，即 tgtgtg 由于理想直线段OP的斜率为 tg=ye/xe=yi/xi 从而可得OP直线的方程为 xeyiyexi=0 由于tg“tg，即yixi”yexe 所以 xeyiyexi“0 又由于tgtg，即yixi yexe 所以 xeyiyexi0 把第一象限内任意一点M的坐标设为(xi,yi)，用Fi代表M点的偏差值，并定义为 Fi=xeyiyexi (4-1)则当Fi=0时，表示M点在OP直线上；当Fi0时，表示M点在A+区域内；当Fi0 时，表示M点在A区域内。式（4-1）称为直线插补的偏差判别式，或原始判别式。以后为方便起见，将开始时的Fi记为F0。当
14、F0时，画笔在A+区，在OP上方，为了逼近理想直线OP，必须沿+x方向走一步，若穿过OP，则进入A-区域；若沿+x方向上走一步，未穿过OP，则此时画笔仍在A+区内，因此经判别式判断，仍有F0，故继续沿+x方向走一步，直至穿过OP走入A区为止。同理可得，当F0时，画笔向+y走一步，再判断，若仍有F0，则再次沿+y方向走一步，直到穿过OP进入A+区为止。结论：逐点比较法第一象限直线插补原理是 当F 时沿着+x方向走一步 当F 0时进给；(b)F0时进给。偏差计算结论新加工点的偏差等于前一点的偏差加或减去一个固定的常数F=F+Xe给进给+y F=F-ye给进给+x（）其他象限中的偏差判别及给进方向如
15、果需要在其它3个象限内画直线，只要将它化作第一象限的插补处理即可。因为这样处理，偏差运算公式没有变化，仅仅是进给方向对于不同的象限作某些改变即可。由图可见，第一象限内直线OP与第四象限内直线OP是对称于x轴的，OP的终点为P(xe,ye)，而OP的终点为P(xe,ye)。注意，为了把其它象限的直线插补作为第一象限的直线插补来处理，我们总是取终点坐标的绝对值来进行插补运算，求得偏差，根据求得的偏差大小决定进给，所不同的是某些进给方向与第一象限的直线插补的进给方向相反。我们以轴对称法则看图，显然，第一、二象限和第三、四象限的图形对称于y轴，而第二、三象限和第一、四象限的图形对称于x轴。每组对称图形
16、之间，平行于对称轴的两个象限中的进给方向相同，而垂直于对称轴的两个象限中的进给方向相反。不同象限中进给方向的对称性 F值与进给方向的关系（）终点判断画笔到达终点(xe,ye)时必须自动停止进给，因此，在插补过程中，每走一步就要与终点坐标比较一下：如果没有到达终点，就继续插补运算；如果已到达终点，就必须自动停止插补运算。判断画笔是否到终点一般可以有以下两种方法。a总步数法判断画笔所走过的总步数是否等于终点坐标之和。为此，可比较每一个插值点的坐标值之和（xi+yi）是否等于终点坐标值之和（xe+ye），若相等，则终点已到；否则，终点未到，继续插补。b长轴法取终点坐标xe和ye中的较大者作为终判计数
17、器的初值，我们称此较大者为长轴；另一为短轴。在插补过程中，只要沿长轴方向上有进给脉冲，终判计数器就减1，而沿短轴方向的进给脉冲不影响终判计数器。（）直线插补程序流程图逐点比较法直线插补工作过程可归纳为以下4步：第一步 偏差判别，即判断上一步进给后的偏差值是F0，还是F0；第二步 进给，即根据偏差判别的结果和插补所在象限，决定在什么方向上进给一步；第三步 偏差运算，即计算出进给一步后的新偏差值，作为下一步进给的判别依据；第四步 终点判别，看是否已到终点：若已到达终点，就停止插补；若未到达终点，则重复第一至第四步的工作。因此，直线插补器的流程图可如图所示。方向逐点比较法园弧插补原理要画一段圆弧，应
18、知道圆心坐标、半径大小、圆弧的起始点和终止点的坐标。因此，当圆心作为笛卡儿坐标系的原点时，知道圆弧的起点坐标（x0，y0），就可算出半径值R，即可画出圆弧，直到终点为止。画园要有方向，而且有四个不同象限顺时针画园为顺园，有SR1,SR2,SR3,SR4.逆时针画园为逆园，有NR1,NR2,NR3,NR4.（）第一象限园弧插补圆心定在坐标原点，原弧起点坐标为P（x0，y0）,园半径为R，原弧终点坐标为Q（xe，ye），则有R2=x02+y02=xe2+ye2，在这里讨论逆园的插补公式a偏差判别式对于圆内的点，到圆心的距离小于半径R；而对于圆外的点，到圆心的距离大于半径R。因此，可以定义任一点到圆
19、心的距离与半径R之差作为偏差判别式。对于第一象限的逆圆弧来说，圆弧把第一象限划分成两个区，构成3个点集，如图所示。其中第一个点集为理想圆弧上的所有点；第二个点集为圆外区域A+内的所有点；第三个点集为圆内区域A内的所有点。图中，M、M、M3点分别落在圆弧内、圆弧上、圆弧外，它们与圆心的连线为OM，OM，OM，则 OM2=xi2+yi2=R2=x02+y02 OM2=xi2+yi2R2=x02+y02因此，平面上任一点(xi,yi)与理想圆弧之间的偏差值F为 F=xi2+yi2R2 当F=0时，代表这一点在理想圆弧上；当F0时，代表这一点在A+区内，即在圆弧外；当F0时，代表这一点在A区内，即在圆
20、弧内。结论：为了使画笔的轨迹逼近理想园弧当F时，画笔沿-x轴方向走一步当F时，画笔沿+y轴方向走一步b偏差计算偏差判别式的缺点是先要逐点进行平方计算，然后做加减运算，既麻烦又费时。为此，人们希望找到与直线插补同样简便的偏差计算方法。如图所示，由于Mi点在A+区内，故F=xi2+yi2R20，因此进给x一步，至达新的一点Mi，其坐标值为(xi,yi)，根据式可求得到达Mi点处的新偏差值F为F=(xi1)2+yi2R2=xi2+yi2R22xi+1=F2xi+1因为M2在A区内，故F0，因此应进给+y一步，到达M2点，如果M2点的坐标值为(xi,yi)，则M2的坐标值为(xi,yi+1)，所以在M
21、2点处的新偏差值F为F=xi2+(yi+1)2R2=xi2+yi2R22yi+1=F+2yi+1NR1逆圆弧插补的进给SR1顺圆弧插补的进给 结论：要画出NR园弧的插补公式必须：当F时，F=F-2xi+1沿-x轴方向进给一步F时，F=F+2yi+1沿+y轴方向进给一步同理可以推导出SR1园弧插补规律对于在A+区内的M1(xi,yi)，其偏差F=xi2+yi2R20，应沿y方向进给一步，到达新点M1(xi,yi1)，新偏差值为F=F2yi+1。对于在A区内的M2(xi,yi)，其偏差F0，应沿+x轴方向进给一步，到达新点M2(xi+1,yi)，新偏差值F=F+2xi+1。同样，在完成偏差值运算时
22、，还应完成坐标修正运算，即xi=xi+1和yi=yi1。（）其他象限中逐点比较法园弧插补的偏差公式和进给方向其它各象限中顺、逆圆弧都可以与第一象限比较而得出各自的偏差计算公式。其进给脉冲的方向，因为其它象限的所有圆弧总是与第一象限的NR1或SR1互为对称，如图所示。对于图（a）,SR4与NR1对称于x轴，SR2与NR1对称于y轴，NR3与SR2对称于x轴，NR3与SR4对称于y轴。对于图（b），SR1与NR2对称于y轴，SR1与NR4对称于x轴，SR3与NR2对称于x轴，SR3与NR4对称于y轴。(a)SR2，NR1，SR4，NR3圆弧插补轨迹；(b)NR2，SR1，NR4，SR3圆弧插补轨迹
23、。显然，对称于x轴的一对圆弧沿x轴的进给方向相同，而沿y轴的进给方向相反；对称于y轴的一对圆弧沿y轴的进给方向相同，而沿x轴的进给方向相反。所以，在圆弧插补中，沿对称轴的进给方向相同，沿非对称轴的进给方向相反，其次，所有对称圆弧的偏差计算公式，只要取起点坐标的绝对值，均与第一象限中NR1或SR1的偏差计算公式相同。所以，8种圆弧的插补计算公式及进给方向可见表所列。（）终点判断圆弧插补的终点判断方法与直线插补的终判原理一样，常取x方向的总步数和y方向总步数中的最大步数作为终点判断的依据。这里，x方向或y方向的总步数是圆弧终点坐标值（对圆心的坐标值）与圆弧起点坐标值之差的绝对值。设加工第一象限逆圆
24、弧，已知起点的坐标为（，），终点的坐标为（，），试进行插补计算并作出走步轨迹图。（）园弧插补程序的流程图 实际的程序，随着处理方法的不同可能有较大的差别，但总是以处理方便、结构简单、程序执行速度快等原则来考虑的，因此，常有以下几种常见的处理方法。由于起点坐标值和终点坐标值在以圆心为原点的坐标系中可以有正有负。因此，可利用正、负号来确定所在象限，利用起点坐标值和终点坐标值相对大小来确定是顺圆插补还是逆圆插补。“进给指令码”终判计数器终值的选取，常取|xex0|和|yey0|中的大数作为终判计数器的初值，方向逐点比较法线性插补原理4方向插补原理，在插补过程中只允许沿平行于一个坐标轴的方向上进给脉冲
25、。如果在相邻两个坐标轴方向上同时进给脉冲，则4个合成运动方向（+x,+y；x,+y；+x，y；x，y）也可作为进给方向，这样就成为8方向的进给。采用8方向进给绘制图形或加工出来的工件的质量要比4方向进给的高，如图所示。(a)4方向进给；(b)8方向进给。线性插值-不管我们想画一条多么复杂的曲线，总能用若干段直线段去逼近，这样就可避开各自不同的直线和圆弧等的插补运算公式，而按统一的“线性插值”方法用一段段折线逼近理想线型。（）单指令和双指令单指令沿坐标轴方向进给双指令沿两个相邻坐标轴方向进给若单指令步长为，则双指令的步长为根号执行单指令只在一个指定坐标方向上进给一步执行双指令表示在相邻的两个坐标
26、方向上各自进给一步8矢量与指令码（）单指令和双指令的确定原则如图所示，且设网格垂直边的中点为M；理想直线（图中以虚线表示）与该边的交点为P。若P点位于M点的下方，如图（a）所示，就选择单指令，即沿x轴方向走一步；若P点位于M点上方，如图（b）所示，就选择双指令，即沿+x，+y轴方向走一步。(a)单指令；(b)双指令。（）逐点比较法线性插值原理的偏差计算在8方向线性插值法中，整个平面被x，y轴及两条分角线分成8个区域。下面以第一区域为例来说明偏差值的计算。令：NX为理想线段在x轴上的投影，即为沿x轴方向进给的步数；NY为理想线段在y轴上的投影，即为沿y轴方向进给的步数；NTOT为进给的总步数，它
27、作为终点判别的依据，其值取NX和NY中的较大者；NDBL代表插值过程中应出现的双指令数；NSMG代表插值过程中应出现的单指令数。那么，对于第一区域中的直线段OA的线性插值过程则如图所示。显然，此时NXNY，因此，NTOTNX，NDBL=NY。如果取其中一个网格的垂直步长的中点M，其y坐标值为h0，并令OA直线段与该垂直边的交点P的坐标为h1，则根据选择单、双指令的确定原则，可得 如果h1h0，则选择双指令。根据h0，h1和NTOT可定义偏差判别式F=(h1h0)NTOT式中NTOT0，所以F的正、负取决于h1和h0的大小。显而易见，偏差值的大小与前一步走的是单指令还是双指令有关。四微机数值控制
28、框图数值控制绝大部分用于机械加工业，在绘图中也用的较多，如数字绘图仪，由于对象不同，组成和结构也不同，现以数字控制机床为例介绍微机数字控制框图设数据输出为“1”时，相应绕组通电 数据输出为“0”时，相应绕组断电微型计算机8255 PA0 PA1 PA2 PB0 PB1 PB2驱动电路驱动电路xy负载 1 步进电机：是一种将电脉冲信号转换为线位移或角位移的机电执行元件。（机电式数摸（D/A）转换器。）输入：脉冲 输出：位移 脉冲数：决定位移量或转过角度。脉冲频率：决定位移的速度 4.3 步进电机的控制步进电机的控制一步进电机的基本概念步进电机的结构及工作原理1）结构步进电机的结构分为转子与定子两
29、大部份。三相步进电机为例其结构为定子：3对磁极，6个齿转子：4个齿一般概念：转子是具有许多齿（类似牙齿）的铁心或具有永磁的磁极组成，一般并无绕组。转子材料：软磁材料制成。定子在转子外围，由于极对数不同，有不同的步进电机，与电机一样，定子上嵌有绕组，定子同样有齿定子材料；硅钢片叠成。步进电机的“相”和“拍”相：绕组的个数，相实际上是绕组所组成，即是位置对应的两个极的绕组串联起来构成一相绕组（统称为相）上图三个绕组是三相。拍：绕组的通电状态一般用拍来表示，三拍表示一个周期共有3种通电状态，六拍表示一个周期有6种通电状态，每个周期步进电机转动一个齿距 步进电机的步距角：步进电机每拍步进的角度 360
30、/(N Z)N：步进电机的拍数 Z：转子的齿数。定子：3对磁极，6个齿转子：4个齿 2）步进电机的工作原理 结论：步进电机的工作原理是电磁铁的作用原理。3步进电机的类型可分为三大类。1）根据材料不同有 （a）反应式步进电机 转子由软磁材料制成，转子中没有绕组。它结构简单，成本低，步距角可以做的很小，但动特性较差。（b）永磁式步进电机 转子由永磁材料制成，转子本身是一个磁源，输出力矩大，动态性能好，步距角较大。（c）混合式步进电机 综合了反应式 永磁式的优点，但结构复杂，成本高。2）根据运动形式分（a）直线步进电机（b）旋转步进电机3）根据定子相数分有二相，三相，四相，五相，六相等几种4步进电机
31、的工作方式步进电机可工作于单相通电方式，也可工作于双相通电方式和单相、双相交叉通电方式。选用不同的工作方式，可使步进电机具有不同的工作性能，诸如减小步距，提高定位精度和工作稳定性等。若以三相步进电机为例，则有以下3种方式。单相三拍工作方式（简称单三拍）其通电次序为ABCA或者ACBA。双相三拍工作方式（简称双三拍）其通电次序为ABBCCAAB或ABACCBBA。三相六拍工作方式 其通电次序为AABBCCCAA或者AACCCBBBAA。步进电机除三相外，还有四相、五相、六相等几种，而其中每一种均可工作于上述3种方式之一。步进电机的工作方式 单三拍方式 正向旋转，通电顺序为 ABCA 反向旋转，通
32、电顺序为 ACBA 双三拍方式 正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB 反向旋转，通电顺序为 ABACCBAB 三相六拍方式 正向旋转，通电顺序为 AABBBCCCAA 反向旋转，通电顺序为 AACCCBBBAA5步进电机的控制 1）步进电机的控制方法由于步进电机的转子有一定的惯性以及所带负载的惯性，故步进电机在工作过程中不能立即启动和立即停止。在启动时应慢慢地加速到一个预定速度，在停止时应提前减速，否则将产生失步现象。其次，步进电机的工作频率也有一定的限制，否则会因其速度跟不上也将产生失步现象。由于以上原因，步进电机的控制方法可归结为两点：第一，按预定的工作方式分配各个绕组的通电脉冲；第二，
33、控制步进电机的速度，使它始终遵循加速匀速减速的运动规律工作。2）实现的办法（a）采用硬件办法用集成电路组成，构成脉冲分配器和加、减速电路来实现这种功能，则电路复杂，可靠性较差。（b）采用软件办法用微型计算机来实现a）步进电机常规控制系统方框图b)步进电机微机控制系统方框图脉冲发生器脉冲分配器功率放大器步进电机负载方向控制CPU接口驱动器步进电机负载二 步进电机与计算机接口1三相步进电机与单片机的接口电路1）步进电机与单片机的接口电路 由于步进电机需要驱动电流较大，故单片机与步进电机连接需要专门接口电路和驱动电路。接口电路可以用锁存器，也可以是单片机的P1口，8255可编程接口芯片。驱动器用大功
34、率复合管，也可以用专门驱动器。工作原理 当P1口的P1.0输出为0时，经过反相变为1，使达林顿管道通。A相绕组通电，此时P1.1，P1.2输出为1，经过反相器变为0，B相，C相不通电，以此类推。设数据输出为“1”时，相应绕组通电 数据输出为“0”时，相应绕组断电微型计算机单片机 P10 P11 P128051 P20 P21 P22驱动电路驱动电路xy负载x步进电机y步进电机步进电机的控制（9）a)微机的运动控制功能 改变输出脉冲数，控制步进电机的走步数 改变各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转 改变输出脉冲的频率，控制步进电机的转速b)步进电机程序设计任务 其主要任务是 一）判
35、断旋转方向 二）顺序传送控制脉冲 三）判断所要求控制步数是否传送完毕因此步进电机的控制程序就是完成环形分配器的任务，以控制步进电机转动，达到转角和位移的任务。一般采用循环程序来完成。而程序所需要的控制模型可以按顺序存放在内存之中，然后逐一从单元中取出控制模型并输出。2)步进电机脉冲分配程序设计要点。a）根据工作方式建立通电顺序状态表见表所列表中，1代表通电，0代表断电，b）步进电机工作方式的状态字c）设置转向标志字d）识别起始通电状态字和结束通电状态字利用微机实现对步进电机的控制必须解决的问题：a）脉冲序列的形成 利用软件形成脉冲序列 利用定时器形成脉冲序列开 始设值高电平延时计数初值设置脉冲
36、个数输出高电平启动计时允许定时器中断开中断设置定时器工作方式中断等待开 始输出高电平否？加载低电平延时计数初值禁止定时器中断输出低电平输出信号反相加载高电平延时计数初值脉冲数够否？返 回否否是是步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态控制数据控制数据PC2/C相相 PC1/B相相 PC0/A相相1001A01H2010B02H3100C04H步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态控制数据控制数据PC2/C相相 PC1/B相相 PC0/A相相1011AB03H2110BC06H3101CA05H 三相三柏b）控制模型设计双相三拍 三相六拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态 控制
37、数据控制数据PC2/C相相 PC1/B相相 PC0/A相相1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H杷三种情况合成一张内存表 3）三相步进电机控制程序的设计的框图。判断旋转方向 按顺序传送控制脉冲 判断所要求的控制步数是否传送完毕 2六相步进电机接口电路1)六相步进电机与PC机接口只要用一个并行输入输出接口电路，就可组成具有六相A，B，C，D，E，F的步进电机通用接口电路，如图所示。此接口电路可选用LSI并行IO接口芯片，也可用一片缓冲器和一片锁存器芯片来组成。其中A口接步进电机驱动器，向步进电机提供各相的激磁电流；B口用来检测步进电
38、机的类型及工作方式选择，开关的状态可根据需要来设置。2）步进电机通用的脉冲分配程序设计设计脉冲分配程序方法很多在这里介绍查表法进行程序设计，脉冲分配程序应具备下列几个功能a)根据工作方式建立通电顺序状态表，见表所列，该表列出了三相步进电机的通电顺序状态字；其它步进电机的通电顺序状态字也可依次类推。表中，1代表通电，0代表断电，“”代表通电次序，箭头向下代表正转，箭头向反转。因此，只要把这张通电状态表放在存储器的某一区域，在驱动步进电机工作时，依次读取某一指定工作方式的通电状态字到步进电机驱动器即可。b)设置步进电机工作方式的状态字由于步进电机工作方式有种，在系统运行中，用哪一种由操作人员选择故
39、要设置步进电机工作状态的控制字由于步进电机工作方式有种，故方式选择应取位c)设置转向标志字在实际工作过程中，步进电机可处于指定工作方式中的任一通电状态，而且下一个进给可能是正转，也可能是反转，因此，在进给前首先要判断转向，这通常是通过转向标志字或标志位来实现的。例如，转向标志字00H代表正转；01H代表反转。d)识别起始通电状态字和结束通电状态字对于每一种工作方式，步进电机的通电顺序总是通过反复地读取表所列的通电状态字来实现的，因此，程序应能识别某指定方式中的起始通电状态字和结束通电状态字，并根据正、反转的要求正确地修改下一通电状态字的地址步进电机脉冲分配程序流程图步进电机的控制（17）三 步
40、进电机的变速控制 一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动的瞬间采取加速的措施；反之，从高速运行到停止也应该有减速的措施 变速控制程序：在启动时以低于响应频率的速度运行，然后慢慢加速，加速到一定速率后以此速率恒速运行；当快要到达终点时，又使其慢慢减速，在低于响应频率的速率下运行，直到走完规定的步数后停机我们知道，步进电机的工作过程是“走一步停一下”的循环过程，也就是说步进电机的步进时间是离散的。所谓步进电机的速度控制就是控制步进电机产生步进动作时间，使步进电机按照给定的速度规律进行工作。(a)速度时间曲线；(b)位置时间曲线；(c)进给脉冲序列。图描述了一个步进电机的加速
41、过程及其进给脉冲序列。图(b)中的实线代表理想的位置时间曲线，曲线上的圆点代表步进位置，该图中的虚线表示步进电机对变速命令作出的振荡性响应。图(a)示出了步进电机的速度时间曲线，其中实线代表进给一步后的末速度，虚线代表每段时间间隔内的实际速度。因此，如果要产生一个接近线性上升的加速过程，就可控制进给脉冲序列的时间间隔，由疏到密地命令步进电机产生步进动作。若Ti为相邻两个进给脉冲之间的时间间隔（s），vi为进给一步后的末速度（步s），a为进给一步的加速度（步s2），则得根据上式就可计算出相邻两步之间的时间间隔。1111111;1;1iiiiiiiiiaTTTvvTvTviiaTaTT24112步进电机的减速过程与加速过程相似，程序处理过程也基本一致，只是读取Ti值的次序按由小到大的次序进行。匀速进给的控制就是以加速过程的最后一个Ti值作为定时周期的进给过程。步进电机的速度控制曲线如图所示。此图是按匀加速原理画出来的，对于某些场合也可采用变加速原理来实现速度控制。在实际应用场合，设备开发商为了方便用户使用、提高控制速度和精度，通常提供模块化的步进电机控制硬件。曲线A代表进给总步数大于达到最高速度的加速和减速步数之和；曲线B代表进给总步数较少，不能达到最高运行速度。变速控制的方法 改变控制方式 均匀地改变脉冲时间间隔 改变定时器时间常数复习复习程序控制开环数值控制步进电机的控制/完完
