【正文】 據(jù)控制信號工作地。例如四相步進電動機工作在單四拍方式，通電換相的正序是 A— B— C— D，電動機就正轉(zhuǎn)；如果按反序 A— D— C— B，電動機就反轉(zhuǎn)。 步進電動機的位置控制需要兩個參數(shù)： 第一個是步進電動機控制的執(zhí)行機構(gòu)當(dāng)前的位置參數(shù)，我們稱為絕對位置。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 步進電機的速度控制 實際上，多數(shù)步進電機用于開環(huán)控制，因此沒有速度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。如果非常緩慢的升降速，步進電動機雖然不會產(chǎn)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響了執(zhí)行機構(gòu)的工作效率。但是，當(dāng)步進電動機在轉(zhuǎn)速升高時，因感應(yīng)電動勢和繞組電感的作用，繞組電流會逐漸減少，所以電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增加和下降，因而實際加速也隨頻率的增加而下降。因此，在加速時，盡量用接近啟動頻率啟動。 4. 控制對象（選用）。該系列器件采用快閃存儲技術(shù)（ FastFlash），比 EECMOS 工藝的速度快，功耗低。該定長周期被成為 PWM（載波） 周期，它的倒數(shù)被成為 PWM（載波）頻率。 2． 產(chǎn)生 PWM 的寄存器設(shè)置 比較單元和相關(guān)電路所有三種 PWM 波形的產(chǎn)生，需要對相同時間管理寄存器進行配置，產(chǎn)生 PWM 輸出的設(shè)置步驟 如下： 設(shè)置和裝載 ACTRx 寄存器。每個脈沖的寬度只能從脈沖的一邊開始變化。這種可用軟件靈活空盒子的 PWM 輸出，尤其適用于控制開關(guān)磁阻電動機。 比較單元和 PWM 電路的 PWM 波形的產(chǎn)生與非對稱的情況相似，唯一不同的是通用定時器的技術(shù)模式應(yīng)設(shè)置為連續(xù)增 /減技術(shù)模式。 控制原理 前兩種方法由于在調(diào)速是改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起震蕩，因此這兩種方法用得 少。 2．空載運行頻率大于 900PPS。 5．將 ICETEKCTR 板的供電電源開關(guān) 撥動到“開”的位置。 2．使用電源連接線連接各模塊電源，確定總電源斷開。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖 D A T A [ 7 ： 0 ] A D D R E S S [ 1 5 : 0 ] C S W E A I n 1 A 1A i n 2 A 2B i n 1 B 1B i n 2 B 2 B e n a b l eA e n a b l e地址譯碼AS A M O T O RU 4U 3U 2U 1D S PC P L DL 2 9 8數(shù) 據(jù) 鎖 存V C CBCD 圖 35 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 EMIF 接口 TMS320C5509DSP 的擴展存儲器接口（ EMFI）用來與大多數(shù)外圍設(shè)備進行連接，典型應(yīng)用如連接片外擴展存儲器等。 定 時 周 期 1（ P W M ）死 去 時 間＋ 比 較 配 正 點P W M Ｘ ＋ １（ 高 有 效 ）P W M X（ 低 有 效 ）定 時 器 值 圖 34 比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生 對稱的 PWM 波形 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 PWM 調(diào)速原理 在 PWM 調(diào)速時，占空比 a 是一個只能歌謠參數(shù)。 P W M X（ 高 有 效 ）定 時 器 周 期 1定 時 器 值定 時 器 周 期 1周 期 大定 時 器 周 期 2( P W M )P W M X + 1（ 低 有 效 ）+ 比 較 匹 配 點死 區(qū) 圖 33 比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生非對稱的 PWM 波形 4． 對稱 PWM 波形的產(chǎn)生 對稱 PWM 信號的特性由 PWM 周期中心對產(chǎn)的調(diào)制脈沖規(guī)定。 COMCONA 寄存器中的相應(yīng)為用來設(shè)置比較操作使能，再將選中的輸出引腳置成 PWM 輸出并且使能這些輸出。 設(shè)置和裝在 COMCONx 寄存器。這 6 個特定的 PWM 輸出引腳可用于控制三相交流感應(yīng)電動機和只留無刷電動機。 CPLD 器件重要特點 ： 采用 快閃存儲技術(shù)，器件速度快，功能強，引腳到引腳的延時最低為4ns，系統(tǒng)速度可達 200MHz，器件功耗低； 引腳作為輸入可以接受 、 和 等幾種電壓，作為輸出可以配置 、 、 等電 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 壓； 支持在系統(tǒng)編程和 JTAG 邊界掃描測試功能，器件可以反復(fù)編程達 10000次，變成數(shù)據(jù)可以保持 20 年 ； 集成度為 36288 個宏單元， 8006400 個可用門，器件有不同的封裝形式。 6. 仿真器驅(qū)動程序。 2. TMS320C55xx 評估板及相關(guān)電源。 加 速f恒 速減 速f qttfOO（ a ) 勻 加 、 減 速 曲 線（ b ) S 形 加 、 減 速 曲 線 圖 26 加減速運行曲線 步進電動機的運行還 可以根據(jù)距離的長短分如下三種情況處理： 1. 短距離 由于距離較短，來不及升到最高速度，因此在這種情況下步進電動機以接 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 近啟動頻率運行，運行過程中沒有加速。加減速運行曲線沒有一個固定的模式，一般根據(jù)經(jīng)驗和試驗得到的。斜面討論步進電動機在運行中的加減速問題。也將這個距離折算成步進電動機的步數(shù)，這個參數(shù)是從外部輸入的。 步進電機的轉(zhuǎn)速可由下式計算 : W = θ Nf (2－ 1) 當(dāng)步進電動機的工作方式確實之后，調(diào)整脈沖的頻 率 f，就可以對步進電動機進行調(diào)速。其基本控制作用如下： xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 1. 控制換相順序 步進電動機的通電換相順序是嚴(yán)格按照步進電機的工作方式進行的。由此可知它的齒距角為 度，當(dāng)它是由單拍控制時它的步進 角為 度，當(dāng)它是八拍控制時，它的步進角為 度，當(dāng)它處于圖中所在的位置時，此時 A 相正好與轉(zhuǎn)子的齒對齊，這時 B 相的定子齒與轉(zhuǎn)子上的齒相差四分之一個齒距角，以此類推可知C 相相差四分之二， D 相相差四分之三。 脈 沖D 相C 相B 相A 相 脈 沖D 相C 相B 相A 相( b ) 雙 四 拍( c ) 八 拍 圖 26 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 四相步進電動機，有單四拍（ A— B— C— D）、雙四拍（ AB— BC— C— CD—DA）、八拍（ A— AB— B— BC— C— CD— D— DA,或者 AB— ABC— BC— BCD— CD— CDA— DA— DAB） 。 圖 25 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 4 號齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒 ?？梢?，磁場旋轉(zhuǎn)一周，通電需要換相六次（即六拍），轉(zhuǎn)子才轉(zhuǎn)動一個齒距角。 因為在雙三拍工作方式中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角需要的拍數(shù)也是“三拍” 所以，他的步距角與單三拍時一樣。而電流波形則是 由兩段指數(shù)曲線組成 .這是因為受步進電動機繞組電感的影響 .當(dāng)繞組通電時 ,電感阻止電流的快速變化 。 可見，由于按 ABCA 順序輪流給各相繞組通電，磁場按 ABC 方向轉(zhuǎn)過了 360 度，轉(zhuǎn)子則沿相通方向轉(zhuǎn)過一個鋸齒角。 步進電機的步進過程，當(dāng)三相步進電機開關(guān) KA 合上時， A 相繞組通電，是A 相磁場建立。即定子和轉(zhuǎn)子小齒不對齊的位置。也可以得出，四相步進電機有四對磁極、四相繞組；五相步進電動機有五對磁極、五相繞組 ?? 以此類推。 2．永磁式步進電動機（ Permanent Mag，簡稱 PM） 永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。同時，它也可以與角度反饋，環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 4． 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動 ,并伴有嘯叫聲 。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。 ? 步進電機的相數(shù) ： 步進電機的相數(shù) 是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按 設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (稱為 “ 步距角 ”) ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 步進電機的 DSP 控制 本章主要介紹了步進電機的發(fā)展、分類、原理、工作方式以及 DSP 的控制方式方法等內(nèi)容。構(gòu)建 PWM 驅(qū)動系統(tǒng)，在系統(tǒng)中一部分軟件代替硬件，從而使步進電機控制系統(tǒng)更加可靠、簡單。在 DSP 應(yīng)用到電機控制中 后，全數(shù)字控制系統(tǒng)成了當(dāng)前電機控制的發(fā)展方向。 設(shè)計電機 DSP 控制系統(tǒng)的必要性及可行性 電機控制系統(tǒng)中，通常存在模擬信號和數(shù)字信號，既有連續(xù)信號，也有離散信號，多種信號的處理比較復(fù)雜。檢測信號分為電量和非電量兩類。例如用霍爾傳感器或光電編碼器檢測轉(zhuǎn)子位置，獲取轉(zhuǎn)子實際位置角信號。它同樣具有寬范圍的調(diào)速性能，性能要優(yōu)于同類異步電機驅(qū)動系統(tǒng)階 [3]。而正弦波驅(qū)動永磁同步電機的控制系統(tǒng)，電機轉(zhuǎn)子采用永磁材料，電子繞組于普通同步電機一樣為對稱多相正弦分布繞組。由此產(chǎn)生的電機控制系統(tǒng)主要有以下幾種： 1．直流電機控制系統(tǒng)直流 電機由于勵磁磁場和電樞磁場完全解藕，可以獨立控制，具備良好的調(diào)速性能，出力大，調(diào)速范圍寬和易于控制，廣泛用于拖動系統(tǒng)中，目前在各種推進系統(tǒng)中也仍有著廣泛的應(yīng)用。 3. 微機、微處理器和數(shù)字信號處理器 (DSP)的應(yīng)用 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微機和數(shù)字控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高，以單片機為核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)正不斷地取代傳統(tǒng)的模擬器件控制系統(tǒng)。直流斬波器主要優(yōu)點是可以將直流電壓升高或降低，它廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源。電機的速度控制系統(tǒng)也可稱為電機調(diào)速系統(tǒng)，它廣泛地應(yīng)用于機械、冶金、化工、紡織、礦山和交通等工業(yè)部門。 第 1 章 緒論 ................................................................................................................ 1 課題背景 ........................................................................................................... 1 電機控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................... 1 電機控制系統(tǒng)的發(fā)展 ................................................................................ 1 電機控制系統(tǒng)的類型 ................................................................................ 2 電機 DSP 控制的一般問題 ....................................................................... 3 設(shè)計電機 DSP 控制系統(tǒng)的必要性及可行性 ................................................. 4 論文的主要內(nèi)容 ............................................................................................... 5 第 2 章 步進電機的 DSP 控制 ................................................................................... 6 步進電機結(jié)構(gòu)及原理 ....................................................................................... 6 步進電機的發(fā)展 ........................................................................................ 6 步進電機的特點 .................................................