【正文】 。調(diào) 用 控 制 卡 中 的 運 動 函 數(shù) 庫 ， 動 態(tài) 改 變 脈 沖 頻 率 ， 控 制 電 機 的 轉(zhuǎn) 向 和 轉(zhuǎn) 速 ， 從而 在 開 環(huán) 控 制 狀 態(tài) 下 實 現(xiàn) 對 步 進 電 機 的 控 制 。 既 提 高 了 實 時 性 和 快 速 性 ， 又 方便 又 實 用 。 圖 (31)就 是 典 型 的 步 進 電 機 控 制 系 統(tǒng) 。圖 31 步進電機控制系統(tǒng)方案圖 控 制 系 統(tǒng) 電 路 圖 設(shè) 計根 據(jù) 老 師 要 求 ， 我 們 選 用 了 北 京 和 利 時 電 機 技 術(shù) 有 限 公 司 (原 四 通 電 機 公司 )90BYG550CSAKRMA0301 型 步 進 電 機 與 其 配 套 的 驅(qū) 動 器 及 北 京 科 日 新 控 電 子技 術(shù) 有 限 公 司 的 KPCI884 運 動 控 制 卡 。 KPCI882 卡 是 基 于 PC 機 PCI 總 線 的步 進 電 機 或 數(shù) 字 伺 服 電 機 的 上 位 控 制 單 元 ， 它 與 PC 機 構(gòu) 成 主 從 式 控 制 結(jié) 構(gòu) ：PC 機 負 責(zé) 人 機 交 互 界 面 的 管 理 和 控 制 系 統(tǒng) 的 實 時 監(jiān) 控 等 方 面 的 工 作 （ 例 如 鍵 盤和 鼠 標 的 管 理 、 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 顯 示 、 控 制 指 令 的 發(fā) 送 、 外 部 信 號 的 監(jiān) 控 等 等 ） ；KPCI884 卡 完 成 運 動 控 制 的 所 有 細 節(jié) （ 包 括 脈 沖 和 方 向 信 號 的 輸 出 、 自 動 升 降速 的 處 理 、 原 點 和 限 位 等 信 號 的 檢 測 等 等 ） 。 步 進 電 機 的 特 點 及 工 作 原 理（ 1） 步 進 電 機 的 特 點步 進 電 機 可 以 簡 單 地 定 義 為 :是 一 種 用 電 脈 沖 信 號 進 行 控 制 ,將 電 脈 沖 轉(zhuǎn)換 成 相 應(yīng) 的 角 位 移 或 線 位 移 的 執(zhí) 行 機 構(gòu) .通 俗 一 點 講 :當 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 角 度 (及 步 距 角 )。 可 能 通過 控 制 脈 沖 的 個 數(shù) 來 控 制 角 位 移 量 ， 從 而 達 到 準 確 定 位 的 目 的 ； 同 時 通 過 控 制脈 沖 頻 率 來 控 制 電 機 轉(zhuǎn) 動 的 速 度 和 加 速 度 ， 從 而 達 到 調(diào) 整 的 目 的 。步 進 電 機 有 以 下 特 點 :① 步 進 電 動 機 的 工 作 狀 態(tài) 不 易 受 各 種 干 擾 因 素 (如電 源 電 壓 的 波 動 、 電 流 的 大 小 與 波 形 的 變 化 、 溫 度 等 )的 影 響 ， 只 要 他 們 的 大小 在 未 引 起 步 進 電 機 產(chǎn) 生 “丟 步 ”現(xiàn) 象 之 前 ， 就 不 影 響 其 正 常 工 作 ； ② 步 進電 動 機 的 步 距 角 有 誤 差 ， 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 過 一 定 步 數(shù) 以 后 也 會 出 現(xiàn) 累 積 誤 差 ， 但 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn)過 一 轉(zhuǎn) 以 后 ， 其 累 積 誤 差 變 為 “零 ”， 因 此 不 會 長 期 累 積 ； ③ 控 制 性 能 好 ， 在起 動 、 停 止 、 反 轉(zhuǎn) 時 不 易 “丟 步 ”。一 般 步 進 電 動 機 主 要 分 為 三 大 類 ， 永 磁 式 (PMPermanent Mag)、 磁 阻式 （ VRvariable Reluctance） 、 混 合 式 （ HBHybrid） 。（ 2） 步 進 電 機 工 作 原 理以三相磁阻式（反應(yīng)式）步進電機為例敘述步進電機原理,該電機轉(zhuǎn)子均勻分布著 很 多 小 齒 ， 定 子 齒 有 三 個 勵 磁 繞 阻 ， 其 幾 何 軸 線 依 次 分 別 與 轉(zhuǎn) 子 齒 軸 線 錯開 0、 1/3 て 、 2/3 て ,（ 相 鄰 兩 轉(zhuǎn) 子 齒 軸 線 間 的 距 離 為 齒 距 以 て 表 示 ） ， 即A 與 齒 1 相 對 齊 ， B 與 齒 2 向 右 錯 開 1/3 て ， C 與 齒 3 向 右 錯 開 2/3 て ， A39。與齒 5 相 對 齊 ， ( A39。就 是 A， 齒 5 就 是 齒 1)下 面 是 定 轉(zhuǎn) 子 的 展 開 圖 ：如 A 相 通 電 ， B， C 相 不 通 電 時 ， 由 于 磁 場 作 用 ， 齒 1 與 A 對 齊 ， （ 轉(zhuǎn) 子 不受 任 何 力 以 下 均 同 ） 。 如 B 相 通 電 ， A， C 相 不 通 電 時 ， 齒 2 應(yīng) 與 B 對 齊 ， 此時 轉(zhuǎn) 子 向 右 移 過 1/3 て ， 此 時 齒 3 與 C 偏 移 為 1/3 て ， 齒 4 與 A 偏 移 （ て 1/3 て ） =2/3 て 。 如 C 相 通 電 ， A， B 相 不 通 電 ， 齒 3 應(yīng) 與 C 對 齊 ， 此 時 轉(zhuǎn) 子又 向 右 移 過 1/3 て ， 此 時 齒 4 與 A 偏 移 為 1/3 て 對 齊 。 如 A 相 通 電 ， B， C 相不 通 電 ， 齒 4 與 A 對 齊 ， 轉(zhuǎn) 子 又 向 右 移 過 1/3 て 這 樣 經(jīng) 過 A、 B、 C、 A 分 別 通電 狀 態(tài) ， 齒 4（ 即 齒 1 前 一 齒 ） 移 到 A 相 ， 電 機 轉(zhuǎn) 子 向 右 轉(zhuǎn) 過 一 個 齒 距 ， 如 果不 斷 地 按 A， B， C， A……通 電 ， 電 機 就 每 步 （ 每 脈 沖 ） 1/3 て ,向 右 旋 轉(zhuǎn) 。 如按 A， C， B， A……通 電 ， 電 機 就 反 轉(zhuǎn) 。不 難 推 出 ： 電 機 定 子 上 有 m 相 勵 磁 繞 阻 ， 其 軸 線 分 別 與 轉(zhuǎn) 子 齒 軸 線 偏 移1/m,2/m……(m1)/m,1。 并 且 導(dǎo) 電 按 一 定 的 相 序 電 機 就 能 正 反 轉(zhuǎn) 被 控 制 ——這 是 步 進 電 機 旋 轉(zhuǎn) 的 物 理 條 件 。 只 要 符 合 這 一 條 件 我 們 理 論 上 可 以 制 造 任 何 相的 步 進 電 機 ， 出 于 成 本 等 多 方 面 考 慮 ， 市 場 上 一 般 以 二 、 三 、 四 、 五 相 為 多 。步 進 電 機 不 能 直 接 接 到 交 直 流 電 源 上 工 作 ， 而 必 須 使 用 專 用 設(shè) 備 —步 進電 機 驅(qū) 動 器 。 步 進 電 機 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 的 性 能 ， 除 與 電 動 機 自 身 的 性 能 有 關(guān) 外 ， 也 在很 大 程 度 上 取 決 于 驅(qū) 動 器 的 優(yōu) 劣 。 步 進 電 機 驅(qū) 動 器 的 主 要 構(gòu) 成 如 圖 32 所 示 ，一 般 由 環(huán) 形 分 配 器 、 信 號 處 理 級 、 推 動 級 、 驅(qū) 動 級 等 部 分 組 成 。 用 于 功 率 步 進電 機 的 驅(qū) 動 器 還 要 有 多 種 保 護 線 路 。圖 32 步進電機驅(qū)動器組成 系 統(tǒng) 控 制 方 案 及 電 路 接 線 設(shè) 計（ 1） 以 步 進 電 機 及 其 驅(qū) 動 器 作 為 的 執(zhí) 行 部 件 的 位 置 伺 服 系 統(tǒng) ,它 最 大 的優(yōu) 點 能 夠 在 開 環(huán) 系 統(tǒng) 中 達 到 精 確 的 控 制 。 在 該 開 環(huán) 步 進 式 位 置 伺 服 系 統(tǒng) 中 指 令信 號 是 單 向 流 動 的 ， 由 KPCI884 運 動 控 制 卡 發(fā) 出 的 指 令 脈 沖 ， 經(jīng) 驅(qū) 動 器 SH50806B、 五 相 混 合 式 步 進 電 機 ， 通 過 滾 珠 絲 杠 驅(qū) 動 二 維 工 作 臺 移 動 。 系 統(tǒng) 開 環(huán)控 制 方 案 如 圖 33 所 示 。圖 33 開環(huán)控制系統(tǒng)方案圖（ 2） 驅(qū) 動 器 SH50806B 說 明 書SH50806B 型 驅(qū) 動 器 主 要 用 于 驅(qū) 動 90 及 110 機座 號 五 相 混 合 式 步 進 電 動 機 。 SH50806B 采 用 數(shù) 字 式升 頻 升 壓 驅(qū) 動 方 式 ， 并 結(jié) 合 了 恒 電 流 控 制 技 術(shù) ， 電 機采 用 五 根 線 接 法 。 適 配 本 公 司 生 產(chǎn) 的 步 距 角 為176。的 步 進 電 機 時 ， 具 有 極 高 的 定 位 精 度 。 驅(qū) 動 器在 整 個 運 行 頻 域 內(nèi) 不 存 在 明 顯 的 振 蕩 區(qū) ， 特 別 適 用 于定 位 精 度 高 、 運 行 振 動 小 、 噪 音 要 求 低 的 場 合 ， 如 ：經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 機 床 ， 雕 刻 機 等 。脈 沖 信 號 輸 入 ： 單 脈 沖 控 制 方 式 時 為 脈 沖 信 號 輸入 端 ， 雙 脈 沖 控 制 方 式 時 為 正 轉(zhuǎn) 脈 沖 信 號 輸 入 端 。 輸入 信 號 脈 沖 為 沿 有 效 方 式 ， 對 于 驅(qū) 動 器 的 正 確 運 行 來說 ， 有 效 電 平 信 號 占 空 比 應(yīng) 在 50%以 下 ， 為 了 確 保 脈沖 信 號 的 可 靠 響 應(yīng) ， 脈 沖 低 電 平 的 持 續(xù) 時 間 不 應(yīng) 少 于10μ s。方 向 信 號 輸 入 ： 單 脈 沖 模 式 下 該 端 的 內(nèi) 部 光 耦 的通 、 斷 被 解 釋 為 電 機 運 行 的 兩 個 方 向 ， 方 向 信 號 的 改 變 將 使 電 機 運 行 的 方 向 發(fā)生 變 化 ， 該 端 的 懸 空 被 等 效 認 為 輸 入 高 電 平 。 要 注 意 一 點 是 ， 應(yīng) 確 保 方 向 信 號領(lǐng) 先 脈 沖 信 號 輸 入 至 少 10μ s 建 立 ， 從 而 避 免 驅(qū) 動 器 對 脈 沖 信 號 的 錯 誤 響 應(yīng) 。當 不 需 換 向 時 ， 方 向 信 號 端 可 懸 空 。 雙 脈 沖 模 式 下 本 端 口 接 收 反 轉(zhuǎn) 脈 沖 ， 接 口邏 輯 要 求 與 脈 沖 輸 入 端 口 一 致 。 輸 入 信 號 脈 沖 為 沿 有 效 方 式 。輸 出 信 號 是 光 耦 集 電 極 開 路 輸 出 ， 接 點 容 量 DC24V/15mA， 低 電 平 有 效 。在 本 設(shè) 計 中 根 據(jù) 工 作 實 際 的 需 要 ， 決 定 對 步 進 電 機 驅(qū) 動 器 選 取 單 脈 沖 、 半 步的 運 行 方 式 。（ 3） 運 動 控 制 卡 KPCI882 接 口 說 明KPCI882 是 PCI 總 線 兩 軸 伺 服 /步 進 電 機 運 動 控 制 卡 ， 它 以 高 頻 率 脈 沖 串 輸出 方 式 ， 控 制 伺 服 /步 進 電 機 的 運 動 。 該 卡 能 精 確 地 控 制 所 發(fā) 出 的 脈 沖 頻 率 （ 電機 速 度 ） 、 脈 沖 個 數(shù) （ 電 機 轉(zhuǎn) 角 ） 及 脈 沖 頻 率 變 化 率 （ 電 機 加 速 度 ） ， 它 能 滿足 步 進 電 機 的 各 種 復(fù) 雜 的 控 制 要 求 。 可 對 電 機 進 行 位 置 控 制 、 插 補 驅(qū) 動 、 加 速 /減 速 等 控 制 。 具 有 圓 弧 、 直 線 插 補 功 能 。 它 含 有 豐 富 的 ， 功 能 齊 全 的 軟 件 庫 函數(shù) 資 源 。 在 Windows9X/2022 環(huán) 境 下 ， 用 戶 可 直 接 使 用 我 們 為 您 提 供 的 ”DLL”動 態(tài) 連 接 庫 函 數(shù) ； 以 最 大 方 便 地 使 您 在 Microsoft Visual BASIC 、 Visual C++及 各 種 其 他 軟 件 環(huán) 境 中 使 用 。 使 用 該 卡 可 以 方 便 地 開 發(fā) 出 您 自 己 的運 動 控 制 系 統(tǒng) 如 數(shù) 控 系 統(tǒng) 、 檢 測 設(shè) 備 、 自 動 生 產(chǎn) 線 、 繪 圖 儀 、 雕 刻 機 、 打 標 機 、繞 線 機 、 醫(yī) 療 設(shè) 備 、 包 裝 機 械 、 紡 織 機 械 等 。KPCI882控 制 卡 采 用 DB37接 口 ， 外 接 線 可 采 用 屏 蔽 線 纜 ， 以 提 高 控 制 卡 的抗 干 擾 能 力 。 其 中 開 關(guān) 量 信 號 （ 原 點 、 點 動 、 限 位 以 及 I/O信 號 等 ） 采 用12~24DCV 開 關(guān) 電 源 ； 脈 沖 量 信 號 （ 脈 沖 、 方 向 等 ） 采 用 5DCV 開 關(guān) 電 源 。本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 內(nèi) 容 電 機 的 控 制 可 以 任 意 選 擇 電 腦 控 制 或 外 部 控 制 （ 手 動 控 制 ）， 則 KPCI882運 動 控 制 器 由 二 塊 板 卡 組 成 ： KPCI882主 板 ， 轉(zhuǎn) 接 板 : a KPCI882主 板 完 成 運 動 控 制 功 能 ， 有 兩 個 接 口 ： DB37和 轉(zhuǎn) 接 板 ， DB37接 口 主 要 用 于 運 動 控 制 ， 通 過 轉(zhuǎn) 接 板 與 驅(qū) 動 器 等 外 部 設(shè) 備 相 連 。b 轉(zhuǎn) 接 板 是 KPCI882主 板 與 電 機 驅(qū) 動 器 的 連 接 橋 梁 ， 提 供 脈 沖 和 方 向 差 分輸 出 ， 也 是 通 用 I/O信 號 與 KPCI882主 板 的 連 接 橋 梁 。(4) KPCI882信 號 接 口 定 義引腳號 定 義 說 明 引腳號 定 義 信 號 定 義1 XCW/CP X軸正向脈沖（X軸脈沖） 20 XCCW/DIR X軸負向脈沖 (或X軸DIR)2 XLMT+ X軸正向限位輸入 21 XLMT X軸反向限位輸入3 XEXOP+ X軸正向點動輸入 22 XEXOP X軸負向點動輸入4 XINPOS X軸伺服電機到位輸入 23 XALARM X軸伺服報警輸入5 X_in1 X軸