【正文】 圖 24 光電耦合器電路原理 112233445566D DC CB BA AT itleN um be r R e vi s ionS izeBD a te : 2022 10 9 S he e t of F ile : E :\P r ogr a m F ile s \..\ 焊縫跟蹤控制電路原理 .S c hD ocD r a w n B y :V C C uiuo圖 23 CDTS 傳感器 1．探頭 2．保護(hù)彈簧 3．外殼 4．球鉸 5．平衡彈簧 6．限位螺釘 7．撥桿 8．微型微動(dòng)開關(guān) 23 管腳 2—— 該管腳的觸發(fā)電平為 31 VCC，當(dāng)其值低于 31 VCC 時(shí)，電路的輸出 (3 腳 )為高電平。 管腳 3—— 電路的輸出端。其電平高低由電路所處的工作狀態(tài)所確定。 管腳 4—— 復(fù)位端，也稱為置零端。此端電壓低于 時(shí)，不管輸出端 (3 腳）處于何種狀態(tài)，均使之置零。因而此端可做時(shí)鐘同步或清零用。若不用時(shí)，應(yīng)將此端接正電源。 管腳 5—— 控制端，對外呈現(xiàn)閥電平（ 32 VCC）。若在外加一不同電位，則該器件的閥電平和觸發(fā)電平均隨之改 變。從而可改變單穩(wěn)態(tài)電路的脈沖寬度或振蕩器的振蕩頻率。因此，此端可用作脈寬調(diào)制和頻率調(diào)制。不用時(shí)，應(yīng)接一去耦電容到地。 管腳 6—— 閥值電壓端，閥值電平為 32 VCC，當(dāng)此端電壓大于 32 VCC 時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平。 管腳 7—— 放電管 T 的集電極，當(dāng)此端為低電平時(shí)，外接定時(shí)電容器經(jīng) T 放電。此端可接大于 1000uF 的電容囂。 管腳 8—— 定時(shí)電路的供電電源端。由于 555 定時(shí)電路為單電源供電，故此腳接正電源。 555 單片定時(shí)電路的基本工作方式一般有三種（ 1）單穩(wěn)態(tài)工作方式；（ 2）雙穩(wěn)態(tài)工作方式；（ 3）無穩(wěn)態(tài)工作方式。 第三種方式也叫矩形波信號(hào)發(fā)生器，應(yīng)用最為廣泛。圖 26 是這種工作方式的典型接線，從圖中可以看出，當(dāng)線路接上電源電壓 Vcc 后，電源經(jīng) RA、 RB 對電容 C 充電，在 U6（管腳 6 的電位）上升至 32 Vcc 時(shí)，比較器 Al 輸出低電平，使 RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出脈沖 P 為低電平，三極管 T 導(dǎo)通 ,U7（管腳 7 的電位）為低電平， C 通過 RB、 T 放電 ,U2（管腳 2 的電位 )下降，當(dāng)下降至 31 VCC 時(shí)，比較器 A2 輸出低電平， RS 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出 U3（管腳 3 的電位），即方波信號(hào)發(fā)生器的輸出脈沖 P 為高電平，使 T 關(guān)斷， C 又通過 RA、 RB 由電源 VCC充電， U6 電位上升，由此循環(huán)，即可獲得方波輸出脈沖 P。 U U6 及輸出脈沖 P（ U3）的波形圖見圖 27。電路的振蕩周期與充放電的時(shí)間有關(guān)。 充電時(shí)間為： t1≈ （ RA＋ RB） C 放電時(shí)間為： t2≈ 振蕩周期為： T＝ t1＋ t2≈ （ RA＋ 2RB） C 振蕩 頻 率為： f ＝ T1 ≈CRR BA )2( ? 圖 25 555 內(nèi)部等效邏輯圖 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2022 11 15 S he e t of F i l e : E : \ P r ogr a m F i l e s \ ..\ 焊縫跟蹤控制電路原理 .S c hD ocD r a w n B y :amp。amp。1T100K100K100K12345678PA1A2++V C CRS 24 占空系數(shù) D 為： D＝BABA RR RRTt 21 ??? U2(6) 0 t1 t2 t VCC 31 VCC 32 VCC 圖 27 555 無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器波形 t 0 U3 圖 26 555 無穩(wěn)態(tài)多諧振 器 蕩 電路 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2022 11 5 S he e t of F i l e : E : \ P r ogr a m F i l e s \ ..\ 焊縫跟蹤控制電路原理 .S c hD ocD r a w n B y :amp。amp。1100K100K100K12345678PA1A2++V C CRSTRARBC555 25 由上面分桁可以看出： (1)電路的振蕩頻率 f、占空系數(shù) D 與 VCC 無關(guān)，僅與外接元件 RA、 RB 有關(guān)，因此振蕩頻率、占空系數(shù)不受電源變動(dòng)的影響。 (2)改變 RA、 RB 的值即可改變振蕩頻率和占空系致。 (3)改變 C 的值可單獨(dú)改變振蕩頻率，而不影響占空系效。 3．步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種伺服電機(jī)。其功能是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng) 的角位移或直線位移。特點(diǎn)是給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，可通過改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)大范圍調(diào)速。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入是脈沖電信號(hào)，所以易于與計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字單元接口。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的物理本質(zhì)上看來，它與一般的交流或直流電動(dòng)機(jī)沒有什么區(qū)別。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)行上的特點(diǎn)，使得它與一般交，直流電動(dòng)機(jī)比較起來，在物理概念、分析方法和運(yùn)行性能等方面，都不不少特殊性。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類，按工作原理分為永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等三類。磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱反應(yīng)式步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)，混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其中，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單和經(jīng)久耐用，所以是目前應(yīng)用最普及的一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)按變磁阻原理工作，于是有的國家又稱之為可變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 在這里我們僅討論應(yīng)用最多的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要從使用的角度進(jìn)行介紹。 (1) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) ① 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速與輸入脈沖數(shù)和脈沖頻率之間有嚴(yán)格的比例關(guān)系，不會(huì)因電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載的變化及環(huán)境溫度等外部因素的改變而交化； ② 控制性能好，在一定的頻率范圍內(nèi)，能按輸入脈沖信號(hào)的要求迅速起動(dòng)、 反轉(zhuǎn)和停止，而且能在比較寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來進(jìn)行調(diào)速，傳動(dòng)過程不需減速器； ③ 誤差不會(huì)長期積累，雖然在每個(gè)脈沖信號(hào)的作用下，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的實(shí)際角度與理論值之問會(huì)有誤差，但是轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈以后，其累積誤差都等于零。 以上特點(diǎn)是其它伺服電動(dòng)機(jī)所難以做到的。一般伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，要想在一定的控制信號(hào)下轉(zhuǎn)速不受負(fù)載變化等外部干擾的影響，而有一個(gè)穩(wěn)定和準(zhǔn)確的結(jié)果，僅靠伺服電動(dòng)機(jī)本身是無法實(shí)現(xiàn)的，通常必須在系統(tǒng)中采用負(fù)反饋環(huán)節(jié)，即采用閉環(huán)控制系統(tǒng)才能獲得解決。但是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)卻可以不用負(fù)反饋實(shí)現(xiàn) 較高精度的角度和轉(zhuǎn)速控制，簡化了控制系統(tǒng)、降低了成本。所以它特別適用于較高精度的開環(huán)控 制 系統(tǒng)。 但是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不宜用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的負(fù)載。因?yàn)樵谙嗤呢?fù)載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，起動(dòng)頻率會(huì)顯著下降，對已選定的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)而言，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)有一個(gè)合適的范圍。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)頻率工作時(shí)，應(yīng)能做剄突然起動(dòng)和突然停止而不會(huì)失步。如果按運(yùn)行頻率工作時(shí)，起動(dòng)和停止都需要經(jīng)過一個(gè)緩慢的升頻和降頻過程。起動(dòng)時(shí)可在起動(dòng)頻率下起動(dòng)之后再逐漸升頻到運(yùn)行頻率，停止時(shí)先將頻率逐漸降低起動(dòng)頻率以下才能突然停止。特別是在負(fù)載 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比較大時(shí)更應(yīng)注意到這一點(diǎn)。 26 (2) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)及 工作方式 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般在定子上嵌有三組控制繞組，每組繞組為一相，即 A、 B、 C 三相。繞組嵌在定子的大極上，每個(gè)大極上有多個(gè)呈梳狀的小齒。轉(zhuǎn)子是軟磁材料制成的帶齒的圓柱體。為了使定子形成旋轉(zhuǎn)磁場，要求各繞組的輸入脈沖相序必須有一定的規(guī)律，且周期地?zé)o限循環(huán)。即步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)向是由 A、 B、 C 三相繞組的通電相序來決定的。 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)最常用的工作方式為三相單六拍式 ，其 A、 B、 C 三相繞組通電脈沖相序如圖 29 所示，每一個(gè)循環(huán)為六拍（Ⅰ～Ⅵ），每一拍也稱為一步，每一步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)176。，三相單六拍式通電相序正轉(zhuǎn)為： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A??，反轉(zhuǎn)與正轉(zhuǎn)時(shí)的 A、 B、 C 通電相序正相反。 4．環(huán) 形 分配器 CH250 環(huán) 形 分配器的作用是將由 555 電路輸入的單一脈沖分配為三相六拍式脈沖輸出。 CH250 引腳功能如圖 210 所示。 CH250可輸出雙三拍、單六拍脈沖信號(hào)，供不同性能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要。通過控制有關(guān)引腳的電平，可控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 R3 和 R6 為復(fù)位端，當(dāng) R3 為“ 1”時(shí)，三拍工作狀態(tài)復(fù)位；當(dāng) R6 為“ 1”時(shí)，六拍工作狀態(tài)復(fù)位。六拍工作復(fù)位時(shí) A、 B、C 為 (1， 0， 0)狀態(tài)。 CP 為時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入端， EN 為這一信號(hào)的允許端。 J3r、 J3l 分別為雙三拍正、反轉(zhuǎn)控制端， J6r、 J6l 分別為三相六拍正、反轉(zhuǎn)控制端。 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度取決于時(shí)鐘脈沖頻率，頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速也越高。但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速過高會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，使用時(shí)需考慮電機(jī)的有關(guān)極限參數(shù)。 CH250 真值表如表 21 所示。 112233445566D DC CB BA AT itleN um be r R e vi sionS izeBD a te : 2022 10 9 S he e t of F ile : E :\P r ogr a m F ile s\..\ 焊縫跟蹤控制電路原理 .S c hD ocD r a w n B y :16VDD14J3r15J3L10R31J6r8V S S2J6L9R66EN11A12B13C7CPC H 250圖 210 CH250 引腳功能 IA IB IC t t t 0 0 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 圖 29 三 相步進(jìn)電機(jī)單六拍通電相序 t 0 cp 圖 28 三相反應(yīng)式 步進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu) 27 表 21 CH250 真值表 CP EN J3r J3l J6r J6l 功 能 ↑ ↑ ↑ ↑ φ 1 1 1 1 0 1 0 0 0 φ 0 1 0 0 φ 0 0 1 0 φ 0 0 0 1 φ 雙三拍正轉(zhuǎn) 雙三拍反轉(zhuǎn) 單六拍正轉(zhuǎn) 單六拍反轉(zhuǎn) A、 B、 C 不變 5．步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)器 CH250 如同所有的 CMOS 集成電路一樣，驅(qū)動(dòng)電流都較小，不能直接帶動(dòng)電機(jī)負(fù)載。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)要拖動(dòng)一定的負(fù)載作功，激 磁繞組必須注入所要求的電流，于是要把從分配器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行 放大。這種完成功率放大任務(wù)的電路即稱為步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路 類型很多，這里采用 VMOS 場效應(yīng)管恒流斬波電路，如圖 211 所示。其工作原理為：當(dāng)控制脈沖 UA＝“ 1”→ Ua＝“ 0”， V1 和 V2 均導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)繞組 La 接入電源，電流迅速上升。當(dāng)電流達(dá)到一定幅值時(shí)， 采樣 電阻 Rs 兩端電壓大于電壓比較器 LM339 的同向輸入端電壓，電壓比較器輸出為低電平，鎖住與非門，從而斷開 V1。由于繞組中電流不能突變，它將通過 D2 繼續(xù)流動(dòng)。該電流將逐漸衰減并在某一數(shù)值（一般取工作電流值的 90％左右 )使電壓比較器翻回來，再次接通 V1。在控制脈沖 UA 持續(xù)期間， La 始終保持有一定幅值的電流流過。 Ug 為給定電壓，決定流經(jīng) La 電流的大小。 當(dāng)控制脈沖 UA 消失時(shí)， V1 和 V2 均斷開 ，繞組中電流通過 D D2 續(xù)流，繞組向電源送回能量并形成很陡的電流脈沖后沿。 A、 B、 C 三相電路 工作 原理 完全 相同。 圖 211 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理 La、 Lb、 Lc 分別為 步進(jìn)電機(jī) 的三相繞組 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 2022 11 5 S he e t of F i l e : E : \ P r o