【正文】 就是實(shí)現(xiàn)位置控制。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制的一般方法是：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，步數(shù)減 1，如果沒(méi)有失步存在，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，步數(shù)正好見到 0，因此用步數(shù)等于 0 來(lái)判斷是否移動(dòng)到目標(biāo)位，作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行的信號(hào)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，要經(jīng)歷升速、恒速和減速過(guò)程。 最簡(jiǎn)單的是勻加速和勻減速曲線，如圖 26(a)所示。 2. 中短距離 在這樣的距離里，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只有加減速過(guò)程，而沒(méi)有恒速過(guò)程。如： ICETEKVC5509A評(píng)估板。 硬件設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備有計(jì)算機(jī)， ICETEK 仿真器 ,ICETEKVC5509A系統(tǒng)板，相關(guān)連線，電源。 XC9500XL 系列是 XC9500 系列器件的低電壓版本，用 供電，成本低于XC9500 系列器件。由比較方式控制寄存器（ ACTRx）所控制的多種輸出方式，能輕易的控制應(yīng)用廣泛的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和同步磁阻電動(dòng)機(jī)。 設(shè)置和裝在 T1CON 或 T3Con 寄存器，來(lái)啟動(dòng)比較操作。如果死去被使能，則通過(guò)軟件將所需的死區(qū)值寫入到 DBTCONAL[11~8]中，并將它作為四位死去定時(shí)器的周期。對(duì)稱 PWM信號(hào)相比非對(duì)稱 PWM 信號(hào)，其優(yōu)勢(shì)在于它在一個(gè)周期內(nèi)有來(lái)年各個(gè)無(wú)暇的區(qū)段（每個(gè) PWM 周期的開始和結(jié)束處）。以下 3 種方法都可以改變占空比的值： 1. 定寬調(diào)頻法：這種方法保持 t1，不變，只改變 t2,這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。這一接口提供地址連線、數(shù)據(jù)連線和一組控制線 .ICETEKVC5509A將這些擴(kuò)展線引到了板上供擴(kuò)展使用。連接 ICETEKCTR板上便插座插到 +12V 電源插座； ICETEKCTR 板下邊插座到 +5V 電源插座。 4．連接鍵盤的 PS2 插頭到 ICETEKCTR 的“鍵盤接口” P8。步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率大于 500PPS（拍每秒）。 3. 定頻調(diào)寬法：這種方法是使周期 T（或頻率）保持不變，而改變 t1 和t2[8]。圖 32 給出了比 較單元和 PWM 電路產(chǎn)生對(duì)車 PWM 波形。 用軟件對(duì) ACTRA 寄存器進(jìn)行正確的配置后，與比較單元相關(guān)的一個(gè) PWM輸出引腳上將產(chǎn)生一路正常的 PWM 信號(hào)，與此同時(shí)，另一個(gè)輸出引腳可在PWM 周期的開始、中間和末尾處保持低電平（關(guān)閉）或高電平（開啟）。 3． 非對(duì)稱 PWM 波形的產(chǎn)生 邊沿觸發(fā)或非對(duì)稱 PWM 信號(hào)的特性有 PWM 周期中心非對(duì)稱的調(diào)制脈沖規(guī)定，如圖 31 所示。如果需要，則每個(gè)通用電石氣的比較單元可給予它自身的定時(shí)器產(chǎn)生一路 PWM 輸出。這些脈沖平均分布在一段定長(zhǎng)的周期中，從而每個(gè)周期中有一個(gè)脈沖。 XC9500 系列被廣泛地應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品中。如： ICETEK5100USBA仿真器。由于距離較長(zhǎng)，要盡量縮短用時(shí)，保證快速反應(yīng)性。在按直線加速時(shí)，加 速度是不變因此要求轉(zhuǎn)矩也應(yīng)該是不變的。如果到終點(diǎn)時(shí)突然停下來(lái)，由于慣性作 用，步進(jìn)電機(jī)會(huì)發(fā)生過(guò)沖現(xiàn)象，會(huì)造成位置精度降低。它與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向有關(guān)，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，絕對(duì)位置就加 1；當(dāng)步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，絕對(duì)位置隨每次步進(jìn)減 1[11]。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)，它可以用不著借助位置傳感器而只需簡(jiǎn)單的開環(huán)控制就能達(dá)到足夠的位置精度，因此應(yīng)用很廣。 2. 控制步進(jìn)電機(jī)的方向 通過(guò)前面介紹的步進(jìn)電機(jī)原理我們已經(jīng)知道，如果按給定的工作方式正序通電換相的話，步進(jìn)電機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，則電動(dòng)機(jī)就反 轉(zhuǎn)。當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)把上面的脈沖順序反向即可。其結(jié)構(gòu)如圖 25 所示。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著 A、 B、 C、 D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 六拍工作時(shí)，各相通電的電壓和電流波形如圖 24 所示。由圖可見，每一拍中，都有兩相通電，每一相通電時(shí) 間都持續(xù)兩拍。我們希望繞組中的電流也能像電壓一樣突變 ,這一點(diǎn)與其他電動(dòng)機(jī)不同 ,因?yàn)檫@樣會(huì)使繞組在通電時(shí)能迅速建立磁場(chǎng) ,斷電時(shí)不會(huì)干擾其他相磁場(chǎng)。 轉(zhuǎn)子走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角θ N， ，可用 式 （ 2— 2） 計(jì)算 ， N 為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作拍數(shù)。轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，向與 B 相成對(duì)齒的位置轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中必須保證有錯(cuò)齒存在，也就是說(shuō)，當(dāng)某一相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，其他相必須處于錯(cuò)齒狀態(tài)。其外表面也均勻分布著小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒的齒距相同，形狀相似。需供給正負(fù)脈 沖信號(hào)。 8．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻 (電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚?)。 2． 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度 。 、三相的為 176。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)、混合式步進(jìn)電機(jī) (HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)由較 早的開環(huán)系統(tǒng)和簡(jiǎn)單的閉環(huán)系統(tǒng)，逐漸發(fā)展成為高性能的步進(jìn)伺服系統(tǒng)、 步進(jìn)電機(jī)伺服控制。 3．電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路的實(shí)現(xiàn)。因此可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制規(guī)律，如優(yōu)化控制、智能控制等現(xiàn)代控制理論和算法的應(yīng)用。單獨(dú)設(shè)計(jì)的控制器也可以滿足 系統(tǒng)的要求，但是這樣會(huì)使影響系統(tǒng)性能的來(lái)源增加，對(duì)系統(tǒng)的安裝、測(cè)試等就造成了諸多不便。它們的檢測(cè)過(guò)程通常根據(jù)物理學(xué)原理利用傳感器將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再來(lái)檢測(cè)。其次是如何反映電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩大小，以便有效地控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。在電機(jī)的 DSP 控制中主要有以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： 1．控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)電動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?zhí)行元件之一，在實(shí)際工作中承擔(dān)的主要任務(wù)是拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載實(shí)現(xiàn)位置伺服、速度調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩或力的控制。 4． 變磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)變磁阻電機(jī)主要有同步磁阻電機(jī)、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)等。如繞線式感應(yīng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等，而鼠籠式感應(yīng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)電子變頻、變極調(diào)速等。 4. 新型電機(jī)和無(wú)傳感器控制技術(shù)研究 各種電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)電機(jī)本身提出了更高的要求，需要研究新型電機(jī)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)建模和控制策略。目前己經(jīng)有許多采用 MOSFET 和 IGBT 器件做成的變頻器產(chǎn)品，開關(guān)頻率可達(dá)20kHz，實(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲驅(qū)動(dòng)。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和稀土永磁材料的飛速發(fā)展，高性能電機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)不斷地更新，成本不斷降低，新型電機(jī)不斷出現(xiàn)，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)正不斷地取代直流電機(jī)控制?；诖?，我們有必要構(gòu)建一個(gè)電機(jī)控制級(jí)平臺(tái)，使其 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾種或幾種電機(jī)控制，也可以以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，為電機(jī)的控制系統(tǒng)及其控制策略的深入研究奠定基礎(chǔ)。硬件包括計(jì)算機(jī)， ICETEK 仿真器、 ICETEKVC5509A 系統(tǒng)板相關(guān)連線及電源，在設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件電路小型化及模塊化。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、材料技術(shù)的飛速發(fā)展，電機(jī)控制的研究也越來(lái)越重要，高性能電機(jī)控制系統(tǒng)也在不斷地更新。PulseWidth Modulation xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘要 …… .................................................................................. 錯(cuò)誤 !未找到引用源。近用于電機(jī)控制系統(tǒng)的各種電源 變換器就有 AD、 DC 可控整流器、 DC、 AC 逆變橋， DC、 DC 斬波器、 AC、 AC 循環(huán)變換器和矩陣變化器等 [1]?，F(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)都是依靠電力電子器件構(gòu)成變流裝置的，即采用以強(qiáng)電為動(dòng)力、以弱點(diǎn)控制強(qiáng)電，強(qiáng)弱電結(jié)合這一關(guān)鍵技術(shù)。并利用現(xiàn)代線性系統(tǒng)控制中狀態(tài)重構(gòu)和估計(jì) 的概念，巧妙地實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩在等效兩相正交繞組狀態(tài)下的重構(gòu)和解藕控制，從而促進(jìn)了感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的實(shí)用化。通常無(wú)傳感器系統(tǒng)的算法復(fù)雜，計(jì)算量大，需要采用具有高速計(jì)算能力的 DSP 芯片，因此， 研究 DSP 芯片硬件和軟件，實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制復(fù)雜的算法成為無(wú)傳感器電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵 [2]。前者稱為直流無(wú)刷永磁電機(jī)，而后者稱為永磁同步電機(jī)?？梢愿淖兝@組的勵(lì)磁順序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制根據(jù)外部給定的位置信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)的位置信號(hào)相比較，獲得位置誤差信號(hào)。 2． DSP 控制的硬件基礎(chǔ)以 DSP 為基 礎(chǔ)構(gòu)建電機(jī)控制系統(tǒng)，其硬件資源包括 :信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)接口、 PWM 控制器等。系統(tǒng)橋路中的功率管是采用脈寬控制方式。傳統(tǒng)的數(shù)字控制系統(tǒng)通常以單片機(jī)或微機(jī)為核心，而以 DSP 為核心的電機(jī)控制系統(tǒng)則具有更高的精度和速度、具有邏輯控制功能和各種中斷處理等更強(qiáng)大的處理及計(jì)算能力。 硬件的統(tǒng)一性和軟件的靈活性有機(jī)結(jié)合，使 DSP 電機(jī)控制電路可以統(tǒng)一，如 DSP 控制三相逆變器驅(qū) 動(dòng)相應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)或用改進(jìn)后的逆變器驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)等，其硬件電路結(jié)構(gòu)基本相同，針對(duì)不同的電機(jī)只需設(shè)計(jì)和編寫不同的控制規(guī)律即可，從而使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性 [2]。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)。近三十年來(lái)，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推進(jìn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景 [5]。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 。 、整步工作時(shí)為 176。/176。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一 個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。 5．步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格地成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨型。 步進(jìn)電機(jī)的分類 1． 步進(jìn)電機(jī)可分為三大類： 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ Varaiable Reluctance ,簡(jiǎn)稱 VR） 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。定子是由硅鋼片疊成的。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)行推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置如圖 21(b)，即定子和轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的位置，并處于平衡狀態(tài)。 定 子 小 齒轉(zhuǎn) 子 小 齒（ a ） 錯(cuò) 齒 （ b ） 對(duì) 齒 圖 21 定子齒與轉(zhuǎn)子齒之間的 磁道 現(xiàn)象 步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)原理 如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大（或磁阻最?。┑奈恢棉D(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng) C 相斷電，再給 A 相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)動(dòng)了 1/3 個(gè)齒距角，與 A 相形成對(duì)齒，與 B、 C 兩相形成錯(cuò)齒。如果對(duì)多相步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，每次只對(duì)一相通電，要使磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周就需要多拍。 雙三拍的工作方式是：每次對(duì)兩相同時(shí)通電，即所謂“雙”；磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周需要換相三次，即所謂“三拍”，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角，這與單三拍是一樣的。這是單三拍與雙三拍交替使用的一種方法，也稱為單雙六拍或 1— 2 相勵(lì)磁法 [8]。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度 [10]。其中轉(zhuǎn)子的齒或槽與定子的齒或槽大小相等。其基本控制作用如下：步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 電路時(shí)是根據(jù)控制信號(hào)工作地。兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)的越快。絕對(duì)位置一般要折算成步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)的步數(shù)。另外在位置控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移也不總是在恒定速度下進(jìn)行的。 為了滿足加減速要求，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行通常按照加減速曲線進(jìn)行。 采用指數(shù)加減速曲線或 S 形（分段指數(shù)曲線）加減速曲線是最好的選擇，如圖 26(b)所示。 本章小結(jié) 本章首先介紹了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展和特點(diǎn)，接下來(lái)介紹了步進(jìn)電機(jī)的分類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而介紹了步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)原理， 和四種步進(jìn)方式，以及步進(jìn)電機(jī)的 DSP 控制方式方法。 5. TI 的 DSP 開發(fā)集成環(huán)境 Code Composer Studio。宏單元數(shù)達(dá)到 288 個(gè)，系統(tǒng)時(shí)鐘可達(dá)到 200MHz。 1． 事件管理器 PWM 輸出的產(chǎn)生 在事件管理器模塊中，每個(gè)比較單元和通用定時(shí)器 1（ EVA 模塊）或通用定時(shí)器 3（ EVB 模塊），死去單元及輸出邏輯可在兩個(gè)特定的期間引腳上產(chǎn)生一對(duì)具有可變成死去以及輸出極性的 PWM 輸出。 設(shè)置和裝載 T1PR 或 T3PR 寄存器，即規(guī)定 PWM 波形的周期。為了產(chǎn)生非對(duì)稱的 PWM 信號(hào)，需要將通用定時(shí)器 1 設(shè)置為連續(xù)增計(jì)數(shù)器模式。因?yàn)楸容^寄存器是帶影子寄存器的，所以在一個(gè)周期的任何時(shí)候都可以將新值寫入。新的比較值在匹配后更新了比較寄存器中值，叢赫然可以提前或推遲 PWM 脈沖的第二個(gè)邊沿的到來(lái)。 PWM 輸入對(duì)應(yīng) ICETEKVC5509 外擴(kuò)展插座第 26 的 S22 信號(hào)， DSP 將在次引腳上給出 PWM 信號(hào)用來(lái)控制步進(jìn)的轉(zhuǎn)速； ICETEKVC5509－Ａ板上 P4 擴(kuò)展插座第29 的 S14 信號(hào)， DSP 將在此引腳上給出高電平或低電平來(lái)控制電機(jī)的方向。 3．控制的方法是使用 DSP 通用定時(shí)器設(shè)置 S22 以一定得頻率改變高低狀態(tài)，輸出方波，設(shè)置 S14 為高電平順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，低電平為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在出現(xiàn)的窗口中按標(biāo)號(hào)順序進(jìn)行如下設(shè)置：?jiǎn)螕?Startup GELFile(s), 單擊“ … ”按鈕選擇 C ： \ICETEKVC5509EDULAB\ 文件，單擊完成設(shè)置；在出現(xiàn)的窗口中按如