【正文】 驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電動機的固有特性所決定。 選擇功率步進電動機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電動機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 步進電動機分三種：永磁式（PM） 、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB） 。永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度或 度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達國家 80 年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點，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，山洋步進電動機均為這種步進電動機。 　　 步進電動機精度為步進角的 35%,只有周期性的誤差，且不累積。 步進電動機的外表溫度:步進電動機溫度過高首先會使電動機的磁性材料退磁,從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電動機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電動機磁性材19料的退磁點。 步進電動機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降:當(dāng)步進電動機轉(zhuǎn)動時,電動機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電動機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 　 步進電動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。 本設(shè)計系統(tǒng)所需步進電動機參數(shù)為 電動機扭矩：4Nm，電動機功率：200W，所以只要計算出其轉(zhuǎn)速就可選擇符合其指標(biāo)的電動機型號。步進電動機扭矩與功率的換算公式為： P=ΩM=2πn/60M =2πnM/60其中 P 為功率單位為瓦，Ω 為每秒角速度，單位為弧度，n 為每分鐘轉(zhuǎn)速，M 為力矩單位為牛頓米。 所以： n=（20060）/（2π4）≈273 轉(zhuǎn)/分 【10】故我們選相近電動機其型號為 34HS300C。34HS300C 工作環(huán)境：25176。C +55176。C（溫度） 10 85%不結(jié)露（濕度）　　　　 無腐蝕性、易燃易爆、導(dǎo)電性氣 體或液體、無金屬粉塵絕緣電阻：500V DC 100M? Min軸向間隙： 徑向跳動： Max溫 升：85176。C Max絕緣強度：B電動機尺寸數(shù)據(jù)2045.??3 2 6 9 . 269.28 61 . 58 . 57?d 86L ?圖 電動機尺寸34HS300C 為兩相混合式步進電動機，步距角為 176。，相電流是 ，驅(qū)動電壓為AC40V，最大靜轉(zhuǎn)矩為 ,相電阻為 ,相電感是 ,轉(zhuǎn)動慣量是 ㎏cm 2,重量為 ㎏,空載啟動轉(zhuǎn)速為 252 轉(zhuǎn)/分。 步進電動機驅(qū)動器的選型步進電動機型號確定了相關(guān)配套驅(qū)動器型號也就確定了,這里選擇 MS2H090M 為其驅(qū)動器。驅(qū)動器是把計算機控制系統(tǒng)提供的弱電信號放大為步進電動機能夠接受的強電流信號，控制系統(tǒng)提供給驅(qū)動器的信號主要有以下三路：步進脈沖信號 CP：這是最重要的一路信號，因為步進電動機驅(qū)動器的原理就是要把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電動機的角位移，或者說,驅(qū)動器每接受一個脈沖信號 CP，就驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn)一步距角，CP 的頻率和步進電動機的轉(zhuǎn)速成正比， CP 的脈沖個數(shù)決定了步進電動機旋轉(zhuǎn)的角度。這樣控制系統(tǒng)通過脈沖信號 CP 就可以達到電動機調(diào)速和定位的目的。方向電平信號 DIR：此信號決定電動機的旋轉(zhuǎn)方向。比如說，此信號為高電平時電動機為順時針旋轉(zhuǎn)，此信號為低電平時電動機則為反方向逆時針旋轉(zhuǎn)。此種換向方式，我們稱之為單脈沖方式。另外，還有一種雙脈沖換向方式：驅(qū)動器接受兩路脈沖信號（標(biāo)注為 CW 和 CCW），當(dāng)其中一路（如 CW）有脈沖信號時，電動機正向運行，當(dāng)另一路（如 CCW）有脈沖信號時，電動機反向運行。由撥位開關(guān)的第 5 位決定使用何種方式。使能信號 EN：此信號在不連接時默認為有效狀態(tài)，這時驅(qū)動器正常工作。當(dāng)此信號回路導(dǎo)通時，驅(qū)動器停止工作，這時電動機處于無力矩狀態(tài),此信號為選用信號。為了使控制系統(tǒng)和驅(qū)動器能夠正常的通信，避免相互干擾，我們在驅(qū)動器內(nèi)部采用光耦器件對輸入信號進行隔離，三路信號的內(nèi)部接口電路相同，常用的連接方式為①共陽方式：把CP+、DIR+和 EN+接在一起作為共陽端接外部系統(tǒng)的+5V，脈沖信號接入 CP端，方向信號接入 DIR端，使能信號接入 EN端；輸入信號為開集門電路時須采用此方式。②共陰方式：把 CP、DIR和 EN接在一起作為共陰端接外部系統(tǒng)的 GND，脈沖信號接入 CP+端，21方向信號接入 DIR+端，使能信號接入 EN+端；③差動方式：直接連接。如果驅(qū)動器輸入信號為電壓信號，要求：≤高電平≤； ≤低電平≤，最常用的為 TTL 電平。如果驅(qū)動器輸入信號為電流信號，要求：7mA≤高電流≤18mA； 18mA≤低電流≤，最終轉(zhuǎn)化為光耦器件的輸入電流以達到信號傳輸?shù)哪康?，如果電壓信號的幅值超出以上要求的范圍須在外部另加限流電?R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供 718mA 的驅(qū)動電流。這里我們選用電壓信號為其輸入信號。步進電動機的運行是由脈沖信號控制的，步進電動機在脈沖信號的有效沿到來的時刻移動一個步距角，此驅(qū)動器的有效沿是指：脈沖信號電流“由小到大”的時刻，或者說脈沖電平“由低到高”的時刻脈沖信號的頻率要求不大于 200KHz；脈沖信號的寬度要求不小于 2μS。脈沖信號的驅(qū)動電流要求為 718mA脈沖寬度 ?2 u s脈沖頻率?2 0 0 K H z脈沖電平 = 高電平此沿為有效沿脈沖電平 = 低電平占空比任意 圖 步進電動機脈沖信號前一個方向的最后一個 C P 脈沖大于 5 u s 大于 0 u s下一個方向的第一個 C P 脈沖負脈沖方式換相信號 D I R此時即啟用 圖 電動機換向脈沖信號電動機換向時，一定要在電動機降速停止后再換向。換向信號要求在前一個方向的最后一個脈沖有效沿結(jié)束至少 5μS 以上才能改變換向信號，且不滯后下一個脈沖信號的有效沿。如果使用雙脈沖 CW/CCW 方式，則要求下一個方向的第一個脈沖（如 CCW）在前一個方向的最后一個脈沖（CW）有效沿后至少 5μs 才能有效。22MS2H090MCP+ 步進脈沖信號正端CP 步進脈沖信號負端DIR+ 方向電平信號正端DIR 方向電平信號負端EN+ 使能電平信號正端EN 使能電平信號負端CW+ 正向步進脈沖信號正端CW 正向步進脈沖信號負端CCW+ 反向步進脈沖信號正端CCW 反向步進脈沖信號負端AC40V 交流電源供電(功率不小于 140W，50～60Hz)，允許誤差：%15～+%10。 步進電動機驅(qū)動電路P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2C P + / C W +D I R + C C W+E NC P / C WV C C 1V C C 2A/ A/ BBMA C 1A C 2...D I R / C C W E N M S 2 H 0 9 0 M3 4 H S 3 0 0 C 圖 步進電動機驅(qū)動電路圖端口 接驅(qū)動器正轉(zhuǎn)控制端，端口 接驅(qū)動器反轉(zhuǎn)控制端，且此端口還具有確定正反轉(zhuǎn)方向的作用，其中換向信號要求在前一個方向的最后一個脈沖有效沿結(jié)束至少5μS 以上才能改變換向信號，且不滯后下一個脈沖信號的有效沿。當(dāng)確定為正轉(zhuǎn)是 接收脈沖信號進行步調(diào)，每當(dāng)發(fā)送一次脈沖，則電動機轉(zhuǎn)動一步；反轉(zhuǎn)亦同。 位移傳感器電路此處我們選用四塊光電池作為位移傳感器,四塊光電池為兩兩平行放置,既分成兩組,一組水平放置,一組豎直放置,且一組內(nèi)兩塊光電池是交錯的,沒有重疊。當(dāng)太陽光垂直照射一組電池板時,電勢差為 0,即不會有電流導(dǎo)出,當(dāng)陽光不是垂直照射時,兩平行板間因接受照射面積的不同,就會產(chǎn)生電勢差,進而就會有電流流出,通過對其電流的調(diào)整,使其輸出電壓范圍與 A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓范圍進行匹配,A/D 轉(zhuǎn)換器根據(jù)其輸出電壓的大小來判斷位移量,實現(xiàn)一種閉環(huán)控制。 光電池的選型23光電池是一種在光的照射下產(chǎn)生電動勢的半導(dǎo)體元件,電池的種類很多，常用有硒光電池、硅光電池和硫化鉈、硫化銀光電池等。主要用于儀表，自動化遙測和遙控方面。有的光電池可以直接把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這種光電池又叫太陽能電池。太陽能電池作為能源廣泛應(yīng)用在人造地衛(wèi)星、燈塔、能將可見光轉(zhuǎn)化為直流電,有的光電池還可以將紅外光和紫外光轉(zhuǎn)化為直流電。光電池是太陽能電力系統(tǒng)內(nèi)部的一個組成部分，太陽能電力系統(tǒng)在替代現(xiàn)在的電力能源方面正有著越來越重要的地位。最早的光電池是用摻雜的氧化硅來制作的，摻雜的目的是為了影響電子或空穴的行為。其它的材料，例如 CIS，CdTe 和 GaAs，也已經(jīng)被開發(fā)用來作為光電池的材料。選擇晶體硅光電池作為傳感器電路部分的主要元件?；诠怆姵禺a(chǎn)生的電量與 A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓不匹配,進而增加放大電路對光電池的輸出電壓進行調(diào)整,使其輸出電壓的變化在范圍 0～5V。 放大器選型運算放大器的結(jié)構(gòu)形式主要有三種:模塊、混合電路和單片集成電路。1. 模塊目前使用幾種工藝生產(chǎn)運算放大器,性能最高的放大器是以模塊的形式有分立元件構(gòu),所以可選用像高壓輸出晶體管、超低電流的 FET 管以及阻值很,在電氣測試時通過對直流參數(shù)或交流參數(shù)進行細調(diào)的方法來選擇電阻和電容是可能的。模塊工藝的缺點是實際的尺寸較大和價格高。由于每個模塊都是單獨構(gòu)成的，大量加工制造是不現(xiàn)實的，并且制造成本相對地也是很高的，但是對于那些對性能有極高級別要求的特殊應(yīng)用來說，由于模塊運算放大器的規(guī)范由生產(chǎn)廠來保證，所以它們還是有吸引力的。模塊運算放大器包括斬波穩(wěn)定放大器、可變電抗靜電計放大器和寬帶高速放大器。 1) 斬波穩(wěn)定放大器當(dāng)需要放大（或縮小）電平極低的電壓信號時，要使用斬波放大器。斬波放大器的內(nèi)部是交流耦合的有效的差動輸入信號被斬波成方波，這個方波被解調(diào)和放大。交流耦合消除了許多與運放有關(guān)的誤差，因此失調(diào)和漂移極低。斬波放大器的主要性能指標(biāo): 低失調(diào)電壓 10 A 低失調(diào)漂移 V/℃ 長期穩(wěn)定性 1 V/年 高開環(huán)增益 107V/V 低溫升漂移 3 V242)靜電計放大器當(dāng)需要盡可能高的輸入阻抗和最低的偏置電流時，要使用靜電計放大器。靜電計放大器內(nèi)部也是交流耦合的，輸入信號被加到包括低漏流的變?nèi)荻O管（電壓可變電容）的電橋上，該電橋由高頻載波信號所激勵。輸入電壓引起電橋的不平衡，合成的交流誤差信號被交流耦合到下一級，在那里被同步解調(diào)和放大。使用低漏流可變電容產(chǎn)生的輸入電流低至 10fA（1fA=1015A） ，獲得這樣的低電流是以較高的失調(diào)電壓為代價的。3)高速放大器用模塊的形式可以很容易地構(gòu)成高速放大器，集成電路結(jié)構(gòu)的許多限制在這里不適用。例如，集成電路放大器由生產(chǎn)廠制作工藝造成的晶體管缺陷而引起的速度限制就不存在，模塊的設(shè)計就可以使用具有所要求頻響的經(jīng)挑選的晶體管，由于許多寬帶放大器被用在驅(qū)動 75 負載的視頻領(lǐng)域，所以必須提供大的輸出電流。對于這樣輸出特性所要求的功率，靠?？斓妮^大熱媒質(zhì)來耗散要容易得多。超高速放大器性能如下： 快的建立時間 100ns(到 %) 轉(zhuǎn)換速率 1000V/ s 全功率帶寬 10MHz 輸出電流 10mA使用最廣的運放是單片集成電路型，各種各樣的集成電路運放是由許多不同的賣主處得到的，這些年來，設(shè)計和工藝方面的改善促使很高性能運放的形成，由于供特定應(yīng)用所要求的運放規(guī)范常常支配選擇最好的運放工藝，所以對于運放的選擇來講，至少要了解在集成電路運放制作中所采用的各種工藝，是很有用的?？紤]經(jīng)濟性及功耗、功能等要求選擇模塊放大器 LM358 作為放大電路元件。LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在推薦的工作條件下,電源電流與電源、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合.特性: 內(nèi)部頻率補償。 直流電壓增益高。 單位增益頻帶寬。 電源電壓范圍寬:單電源(3—30V) 雙電源(177。177。15V)。 低功耗電流,適合于電池供電。25 低輸入偏流。 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 共模輸入電壓范圍寬,包括接地。 差模輸入電壓范圍寬,等于電源電壓范圍。 輸出電壓擺幅大(0 至 )； 輸 出 112348765_ ++_輸 出 1輸 入 1+VEEVCC輸 出 2輸 入 2輸 入 2+ 圖 LM358 引腳圖 傳感器電路圖圖 中 BT1 是光電池，運放前者是電壓跟隨器，用于阻抗匹配。后者實現(xiàn)電壓放大，調(diào)整 R1，