【正文】 本章小結 本章主要介紹了硬件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)設備，及開發(fā)步驟，同時介紹了。如果打開了信號源電源開關，相應開關邊的指示燈亮；用附帶的 USB 信號線連接ICETEK5100USB 仿真器和 PC 機后面的 USB 插座， ICETEK－ 5100USB 仿真器指示燈 Power 和 Run 燈亮；雙擊桌面上仿真器初始化圖標：初始化ICETEK。 以上設置完成后， CCS 已經(jīng)被設置成 Emulator 的方式（用仿真器連接硬件板卡的方式），并且制定通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A評 估板，如一只使用就不需重新進行設置。 6．設置 Code Composer Studio 在硬件仿真（ Emulator）方式下運行： 設置 CCS 通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A 硬件環(huán)境進行軟件調(diào)試和開發(fā)： 雙擊桌面上的圖標，進入 CCS 設置窗口；在出現(xiàn)的窗口中按以下順序依次進行設置：單擊 Clear 清除原先設置，單擊 ICETEK USB Emulator for ’ C55x，單擊 Import 輸入設置；按著下面的順序進行：鼠標右鍵單擊 C55xx XD5510 Emator，選擇 Properties… Alt+Enter。 4．連接鍵盤的 PS2 插頭到 ICETEKCTR 的“鍵盤接口” P8。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。 操作步驟 連接設備： 1．連接電源：用三相帶能源連接線與 220V 交流供電插座連接，保證穩(wěn)固聯(lián)機。 5509A 的通用 I/O 口 S22 控制電機的轉動頻率， S14 控制轉動方向。步進電機的啟動頻率大于 500PPS（拍每秒）。這一接口提供地址連線、數(shù)據(jù)連線和一組控制線 .ICETEKVC5509A將這些擴展線引到了板上供擴展使用。從DSP 輸出的 PWM 信號和轉向信號先經(jīng)過 2 與門和 1 非門再與各個開關管的柵極相連。目前，在電動機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。 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]。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。這種修改 PWM 波形的特性，可以彌補由交流帶你動機控制中的死去導致的電流誤差 [12]。在對稱 PWM 波形發(fā)生的一個周期內(nèi)通常有兩次比較匹配：一次在周期匹配前的增計數(shù)期間。圖 32 給出了比 較單元和 PWM 電路產(chǎn)生對車 PWM 波形。對稱 PWM信號相比非對稱 PWM 信號，其優(yōu)勢在于它在一個周期內(nèi)有來年各個無暇的區(qū)段（每個 PWM 周期的開始和結束處）。同樣，在周期的任何時候，可以將新值寫入周期寄存器T1PR 和比較方式控制寄存器 ACVTRA 中 ，以改變 PWM 周期或強制改變 PWM 21 的輸出方式。 通用定時器 1 啟動后，比較寄存器在每個 PWM 周期種可重新寫入新的比較值，以調(diào)整用于控制功率器件的導通和管段時間 PWM 輸出的寬度（即占空比發(fā)生變化）。 用軟件對 ACTRA 寄存器進行正確的配置后，與比較單元相關的一個 PWM輸出引腳上將產(chǎn)生一路正常的 PWM 信號，與此同時，另一個輸出引腳可在PWM 周期的開始、中間和末尾處保持低電平（關閉）或高電平（開啟）。如果死去被使能，則通過軟件將所需的死區(qū)值寫入到 DBTCONAL[11~8]中，并將它作為四位死去定時器的周期。通用低昂是器 1 的周期寄存器中裝入了所需 PWMW 載波周期的值。 圖 31 給出了 EVA 模塊下的非 對稱的 PWM 波形，途中 x=1 、 3 和 5，對于 EVB 模塊也類似。 3． 非對稱 PWM 波形的產(chǎn)生 邊沿觸發(fā)或非對稱 PWM 信號的特性有 PWM 周期中心非對稱的調(diào)制脈沖規(guī)定，如圖 31 所示。 設置和裝在 T1CON 或 T3Con 寄存器，來啟動比較操作。 初始化 CMPRX 寄存器。 如果使能死區(qū)，則設置和裝在 DBTCONx 寄存器。如果需要，則每個通用電石氣的比較單元可給予它自身的定時器產(chǎn)生一路 PWM 輸出。由比較方式控制寄存器（ ACTRx）所控制的多種輸出方式，能輕易的控制應用廣泛的開關磁阻電動機和同步磁阻電動機。在 EVA 和 EVB 模塊中都有 6個這種 與比較單元相關的 PWM 輸出引腳。 PWM 脈沖寬度有另一個具有所需值得調(diào)制信號決定或調(diào)制。這些脈沖平均分布在一段定長的周期中，從而每個周期中有一個脈沖。 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。 XC9500、 XC9500XV 和 XC9500XL 三種類型，內(nèi)核電壓分別為 5V、 和 。目前，Xilinx 公司 XC9500 系列 CPLD 的 tPd 可以達到 4ns。 XC9500 系列被廣泛地應用于通信、網(wǎng)絡和計算機等產(chǎn)品中。 硬件設備 步進電機控制系統(tǒng)的硬件設備有計算機， ICETEK 仿真器 ,ICETEKVC5509A系統(tǒng)板，相關連線，電源。如： for‘ C5000。如： ICETEKCTR 控制板。如： ICETEK5100USBA仿真器。如： ICETEKVC5509A 評估板。 18 第 3章 電機控制系統(tǒng)的硬件設計 開發(fā)環(huán)境 開發(fā) TMS320C55xx 應用系統(tǒng)一般需要以下設備和軟件調(diào)試工具： 1. 通用 PC 一臺，安裝 Windows2021 或 WindowsXP 操作系統(tǒng)及常用軟件（如 WinRAR 等）。在恒速時，盡量工作在最高速。由于距離較長，要盡量縮短用時，保 17 證快速反應性。 2. 中短距離 在這樣的距離里，步進電動機只有加減速過程，而沒有恒速過程。因為按指數(shù)規(guī)律升速時，加速度是逐漸下降的，接近步進電動機的輸出轉矩的變化規(guī)律。所以按直線加速時，有可能造成因轉矩不足而產(chǎn)生失步現(xiàn)象。在按直線加速時，加 速度是不變因此要求轉矩也應該是不變的。 最簡單的是勻加速和勻減速曲線，如圖 26(a)所示。如圖 26是加減速運行曲線。所以對步進電機的加減速要有嚴格的要求，那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度（或最短時間）移動到制定的位置。如果到終點時突然停下來，由于慣性作 用，步進電機會發(fā)生過沖現(xiàn)象，會造成位置精度降低。 步進電動機驅動執(zhí)行機構從 A 點到 B 點移動時，要經(jīng)歷升速、恒速和減速過程。它們對運行的速度都有一定的要求。所以在速度控制中，速度并不是一次升到位。它與步進電動機的轉向有關，當步進電動機正轉時，步進電動機每走一步，絕對位置就加 1；當步進電動 機反轉時，絕對位置隨每次步進減 1[11]。對步進電動機位置控制的一般方法是：步進電動機每走一步，步數(shù)減 1，如果沒有失步存在，當執(zhí)行機構到達目標位置時，步數(shù)正好見到 0，因此用步數(shù)等于 0 來判斷是否移動到目標位，作為步進電動機停止運行的信號。 第二個參數(shù)是從當前位置移動到目標位置的距離，也可以稱為相對位置。絕對位置是有極限的，其極限是執(zhí)行機構運行的范圍，超越了這個極限就應報警。步進電動機的位置控制是步進電動機的一大優(yōu)點，它可以用不著借助位置傳感器而只需簡單的開環(huán)控制就能達到足夠的位置精度，因此應用很廣。 步進電機的位置控制 步進電機的最主要用途就是實現(xiàn)位置控制。因此，脈沖的頻率 f 決定了步進電動機的轉速。 3. 控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一個步距角，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一個歩距角。 2. 控制步進電機的方向 通過前面介紹的步進電機原理我們已經(jīng)知道，如果按給定的工作方式正序通電換相的話，步進電機就正轉；如果按反序通電換相，則電動機就反 轉。通常把通電換相這一過程稱為“脈沖分配”。在步進電機的 DSP 控制中，控制信號是由 DSP 產(chǎn)生的。在步進電機的 DSP 控制中，控制信號是由 DSP 產(chǎn)生的。當要求步進電機反轉時把上面的脈沖順序反向即可。當它處于八拍工作時，在給一次脈沖時，轉子只能轉過八分之一齒距角 [10]。此圖中的轉子共四十八個齒。它的轉子由鋼鐵做成，它 的上面沒有繞組，而由許多的齒槽組成。其結構如圖 25 所示。同樣，、也可以腿的五項步進電機的工作方式。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 26所示。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉子會沿著 A、 B、 C、 D方向轉動。 當開關 SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開時，由于 C相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動， 4 號齒和 C相繞組的磁極對齊。圖 1 是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。 步 進 時 鐘A 相 波 形B 相 波 形C 相 波 形 圖 24 六拍工作方式的相電壓、電流波形 4. 四相步進電機 該步進電機為一四相步 進電機，采用單極性直流電源供電。 六拍工作時，各相通電的電壓和電流波形如圖 24 所示。這與 單三拍和雙三拍最大的區(qū)別。 步進電動機的正傳通電順序為： AABBBCCCA；反轉通電順序為： AACCCBBBA。 11 步 進 時 鐘A 相 波 形B 相 波 形C 相 波 形 圖 23 雙三拍工作方式的相電壓、電流波形 3．六拍工作方式 六拍工作方式是三相步進電動機的另一種通電方式。由圖可見，每一拍中，都有兩相通電，每一相通電時 間都持續(xù)兩拍。仍用 (21)求得。在雙三拍工作方式中，步進電動機正轉的通電順序為： ABBCCA；反轉的通電順序為： BAACCB；反轉的順序為： BAACCB。雙三拍實其中之一。我們希望繞組中的電流也能像電壓一樣突變 ,這一點與其他電動機不同 ,因為這樣會使繞組在通電時能迅速建立磁場 ,斷電時不會干擾其他相磁場。當繞組斷點時 ,存儲在繞組中的電能通過續(xù)流二極管放電。 在用單三拍方式工作時 ,各相通電的波形如圖 22 所示 .其中電壓波形是方波 。其中“單”指的是每次對一個相通電；“三拍”指的是磁場旋轉一周需要換相三次，這是轉子轉動一個齒距角。 轉子走一步所轉過的角度稱為步距角θ N， ，可用 式 （ 2— 2） 計算 ， N 為步進電動機工作拍數(shù)。 同樣，如果改變通電順序，即按語上面相反的方向（ ACBA 的順序）通電，則轉子的轉向也改 如果對繞組通電一次的操作稱為一拍，那么前面所述的三相反映式步進電動機的三相輪流通電就需要三拍。至此，所有的狀態(tài)與最初時一樣，只不過轉子累計轉過了一個齒距。 相似地，在 B 相斷電的同時，合開關 KC 給 C 相通電建立磁場，轉子又轉動了 1/3 個齒距角，與 C 相形成對齒，并且 A 相與轉子錯 1/3 個齒距角， B 相與轉子錯 2/3 個齒距角。轉子在電磁力的作用下，向與 B 相成對齒的位置轉動。 A 相 定子磁極上的齒與轉子的齒形成對齒，同時， B 相， C 相的齒與轉子形成錯齒。步進電機就是基于這一原理轉動的。當某一處處于對齒狀態(tài)時，該相磁極上定子的所有小齒都與轉子上的小齒對齊 [5]。所以，在步進電動機的結構中必須保證有錯齒存在，也就是說，當某一相處于對齒狀態(tài)時，其他相必須處于錯齒狀態(tài)。 把定子與轉子小齒對其的狀態(tài)成為對齒；把 定 子和轉子小齒不對齊的狀態(tài)成為錯齒。對三相步進電動機來說，當某一相的磁極處于最大磁導位置時，另外兩相必須處于非最大磁導位置如圖 21(a)。 θ =2π /Z （ 2— 1） 步進電動機的動力來自于電 磁力。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。每個磁極的內(nèi)表面都分布著多個小齒，他們的大小相同，間距相同。 定子上有六個 磁極 ，每兩個相對的磁極丟纏有 同 一繞組，也即形成一相，這樣三對磁極有三個繞組，形成三 相。 步進電機的結構 一個三相反應式步進電動機分成轉子和定子。需供給正負脈 沖信號。它的傳輸轉矩大，動態(tài)性能好。它的結構簡單，成本低，步距角可以做的很小，但動態(tài)性能較差。 10. 步進電機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差 [7]。 8．步進電動機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 7．步進電機的動態(tài)響應快，易于啟動、正反轉及變速。 6．由步進電機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非?？煽?。伴隨著不同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻 (電機轉速從低速升到高速 )。 步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在它的作用下，電機隨頻率 (或速度 )的增大而相電流減小，從而導致力矩下降 。 3． 步進電機的力矩會隨轉速的升高而下