【文章內(nèi)容簡介】 高低電壓切換型驅(qū)動電路如圖 。 這種電路的特點是高壓充電 ， 低壓維持 。 步進電動機的繞組每次通電時 ， 首先接通高壓 ， 以保證電流以較快的速度上升； 然后改由低壓供電 ， 維持繞組中的電流為額定值 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 (a) 電路； (b) 波形 V1 k ?Ucp100 ?1 k ?200 ?V220 ?TRdUwVdVDd18 ?RgVDgUg＋ 80 VUd＋ 12 VLaiwUcpUwiw( 繞 組 電 流 )( 繞 組 電 壓 )( a ) ( b )r ? FVg第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 圖 ，由脈沖變壓器 T組成了高壓控制電路。當輸入信號為低電平時， V V Vg、 Vd均截止，電機繞組中無電流通過。當輸入信號為高電平時， V V Vd飽和導(dǎo)通，在 V2由截止過渡到飽和導(dǎo)通期間，與 T一次側(cè)串聯(lián)在一起的 V2集電極回路的電流急劇增加，在 T的二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，加到高壓功率管 Vg的基極上，使 Vg導(dǎo)通， 80V的高壓經(jīng)功率管 Vg加到步進電機繞組上，使電流按 La／ (Rd + r)的時間常數(shù)上升，達到電流穩(wěn)定值 Ug／ (Rd + r)。經(jīng)過一段時間，當 V2進入穩(wěn)定狀態(tài) (飽和導(dǎo)通 )后． T一次電流暫時恒定，無磁通量變化， T二次側(cè)的感應(yīng)電壓為零， Vg截止。這時 12V低壓電源經(jīng)二極管 VDd加到繞組 La上，維持 L d中的額定電流不變。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 當輸入的脈沖結(jié)束后， V V Vg、 Vd截止，儲存在 L a中的能量通過 Rg、 VDg及 Ug、 Ud構(gòu)成放電回路， Rg使放電時間常數(shù)減小，電流迅速減小為 0，改善電流波形的后沿。 該電路由于采用高壓充電，電流增長加快，繞組上脈沖電流的前沿變陡，使電動機的轉(zhuǎn)矩、起動及運行頻率都得到提高。又由于額定電流由低電壓維持，故只需較小的限流電阻，功耗較小。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 該電路為一相繞組的驅(qū)動電路，若要驅(qū)動三相步進電機則需三組這樣的驅(qū)動電路。此外，電路中的高低壓切換也可通過定時來控制。在每一個步進脈沖到來時，高壓脈寬由定時電路控制，寬度是一定的，也叫作高壓定時控制驅(qū)動電源。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 3) 恒流斬波型驅(qū)動電路 ? 單壓斬波型驅(qū)動電路如圖 。 當輸入信號為低電平時 ， VT截止 ， 電機繞組中無電流通過 。 當輸入信號為高電平時 ， VT導(dǎo)通 ，由于繞組回路沒有串接限流電阻 ， 所以繞組中電流迅速上升 ， 當繞組中電流上升到預(yù)定值時 ，由于 R1的反饋作用 ， 通過斬波電路使 VT截止 ，繞組中電流迅速下降 ， 當下降到預(yù)定值以下時 ，又由于 R1的反饋作用 ， 通過斬波電路使 VT導(dǎo)通 ，繞組電流又上升 。 如此反復(fù)進行 ， 形成一個在預(yù)定值上下波動的電流波形 ， 近似恒流 。 這種電路功耗小 ， 效率高 ， 運行特性好 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 (a) 電路； (b) 電流波形 itO斬 波 電 路脈沖放大器控制信號步 進 電 動 機ER2R1VVDIm( a ) ( b )第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 4) 分頻段調(diào)壓驅(qū)動電路 ? 由于在低頻時，節(jié)拍脈沖比較寬，有足夠的繞組電流上升時間，只需較小的限流電阻和較低的電源電壓，即可達到額定電流；在高頻時，節(jié)拍脈沖變窄，在限流電阻不變的情況下，需要較高的電源電壓，使繞組電流迅速上升，以提高高頻時步進電機的帶載能力。通常，把輸入脈沖的頻率分為幾個頻段，每段工作電壓不同，高頻段采用較高的電壓，低頻段采用較低的電壓。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 5) 細分控制驅(qū)動電路 ? 在實際應(yīng)用中 ， 為了進一步提高進給運動的分辨率 ， 在不改變步進電機結(jié)構(gòu)的前提下 ，要求對步距角進一步細分 。 為了達到這一目的 ，可將繞組電流以階梯波的方式輸入 ， 如圖 所示 。 這時 ， 電流分成多少個階梯 ， 則轉(zhuǎn)子就以同樣的步數(shù)轉(zhuǎn)過一個步距角 。 這樣將一個步距角細分成若干步的驅(qū)動方法稱為細分驅(qū)動電路 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 細分控制驅(qū)動電路繞組電流波形 ImItOIm/5第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 2. 脈沖分配器 ? 脈沖分配器用來控制步進電動機的運行通電方式 。 在數(shù)控系統(tǒng)中 ， 脈沖分配器的作用是將數(shù)控裝置送來的一串指令脈沖 ， 按照運行通電方式所要求的順序和分配規(guī)律 ， 分配到各相驅(qū)動電路輸入端 ， 用以控制各相繞組中電流的開通和關(guān)斷 。 由于步進電動機有正反轉(zhuǎn)要求 ， 因而脈沖分配器的輸出既是周期性的 ， 又是可逆的 ， 因此又叫環(huán)形脈沖分配器 。 圖配器的輸入輸出關(guān)系 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 三相三拍環(huán)形脈沖分配 環(huán)形脈沖分配器1 65432165342A 相驅(qū)動B 相驅(qū)動C 相驅(qū)動第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 1） 硬件脈沖分配器 ? 硬件脈沖分配器由邏輯門電路和觸發(fā)器構(gòu)成。 圖 沖分配器原理圖， 當 X＝ “ 1”時， 每來一個脈沖 (CP)則電動機正轉(zhuǎn)一步， 分配順序為 A→AB→B→BC→C→CA→A； 當 X=“0”時， 每來一個脈沖（ CP）則電動機反轉(zhuǎn)一步， 分配順序為 A→AC→C→CB→B→BA→A。 輸出狀態(tài)真值表如表 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 表 三相六拍脈沖分配器輸出真值表 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 三相六拍脈沖分配器 C1 1D C1 1D C1 1DQAQBQCCPXX 1第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 也可采用專用集成芯片實現(xiàn)硬件環(huán)分，如 CH250就是為三相步進電機設(shè)計的環(huán)形脈沖分配器，該芯片采用 CMOS工藝，可靠性高。它可工作于單三拍、雙三拍、三相六拍等方式。如圖 。步進電動機的初始勵磁狀態(tài)為 AB相，當進給脈沖CP的上升沿有效，并且方向信號為“ 1”則正轉(zhuǎn)，為“ 0”則反轉(zhuǎn)。 ? 顯然，對于相數(shù)不同、通電方式不同的步進電機，必須重新設(shè)計或選用不同的硬件分配電路。因此，硬件脈沖分配器缺乏靈活性。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 CH250實現(xiàn)的三相六拍脈沖分配電路 GH 250＋ 12 V111213CBAEN616UD10R＋9RCLJ6rJ6LJ3LJ3rUS14 15 87121 ? F100 k?CP方向1第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 2） 軟件脈沖分配 ? 為了提高脈沖分配器的靈活性 ， 也可用軟件來實現(xiàn)環(huán)形脈沖分配 。 圖 ， 為 89C51單片機與步進電機驅(qū)動電路的接口框圖 。 P1口的 3個引腳經(jīng)過光電隔離后 ， 將節(jié)拍脈沖信號加到驅(qū)動電路的輸入端 ， 從而控制 3相繞組的通電順序 。一般采用 “ 查表法 ” 編寫脈沖分配程序 ， 即按步進電機通電順序求出脈沖輸出狀態(tài)字狀態(tài)表 ， 并將其存入 EPROM中 ， 然后根據(jù)步進電機的運轉(zhuǎn)方向 ， 按表地址正向或反向地取出該地址中的狀態(tài)字進行輸出 ， 即可控制步進電動機正向或反向地旋轉(zhuǎn)起來 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 單片機控制的三相步進電動機驅(qū)動電路框圖 89C 51功率驅(qū)動電路步進電 動 機CBA光耦光耦第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? ? 目前已有多種用于小功率步進電動機的集成功率驅(qū)動接口電路可供選用 。 L298芯片是一種 H橋式驅(qū)動器 ， 它設(shè)計成接受標準 TTL邏輯電平信號 ， 可用來驅(qū)動電感性負載 。 H橋可承受 46V電壓 ， 每相電流可達 。 L298(或 XQ298， SGS298)的邏輯電路使用 5V電源 ， 功放級使用 5～ 46V電壓 ， 下橋發(fā)射極均單獨引出 ， 以便接入電流取樣電阻 。 L298采用 15腳雙列直插式封裝 ， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 。 H橋驅(qū)動的主要特點是能夠?qū)﹄姍C繞組進行正 、 反兩個方向通電 。 L298特別適用于對二相或四相步進電動機的驅(qū)動 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 L298原理框圖 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 與 L298類似的電路還有 TER公司的3717 ， 它是單 H 橋電路 。 SGS 公司的SG3635 則 是 單 橋 臂 電 路 ， IR 公司的IR2130則是三相橋電路 ， Allegro公司則有 A291 A3953等小功率驅(qū)動模塊 。 圖 L297(環(huán)形分配器專用芯片 )和 L298構(gòu)成的具有恒流斬波功能的步進電動機驅(qū)動系統(tǒng) 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 專用芯片構(gòu)成的步進電動驅(qū)動系統(tǒng) 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng) ? 直流伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床上應(yīng)用較早、比較成熟的閉環(huán)位置控制系統(tǒng)。它以直流伺服電動機為執(zhí)行元件，具有調(diào)速范圍寬，低速性能好，過載能力強，價格適中等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于數(shù)控進給驅(qū)動中。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 直流伺服電動機 ? 1. 結(jié)構(gòu)特點 ? 1） 小慣量直流伺服電動機 ? 小慣量直流伺服電動機是通過減小電樞的轉(zhuǎn)動慣量來提高力矩／慣量比的 。 第 4章 伺服驅(qū)動系統(tǒng) ? 小慣量直流伺服電機是通過減小電樞的轉(zhuǎn)動慣量來提高力矩／慣量比的。與一般直流電機相比，轉(zhuǎn)子為細長形，從而得到較小的慣量；并且轉(zhuǎn)子是光滑無槽的鐵心，用絕緣粘合劑直接把線圈粘在鐵心表面上。小慣量直流伺服電機機電時間常數(shù)小，響應(yīng)快，低速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定而均勻，能頻繁起動與制動。但由于其過載能力低，并且自身慣量比機床相應(yīng)運動部件的慣量小，因此必須配置減速機構(gòu)與絲杠相聯(lián)接才能和運動部件的慣量相匹配，這樣增加了傳動鏈誤差。小慣量直流伺服電機在早期的