【正文】 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 。 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 。 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 備 、 自 動 生 產(chǎn) 線 、 繪 圖 儀 、 雕 刻 機 、 打 標 機 、繞 線 機 、 醫(yī) 療 設 備 、 包 裝 機 械 、 紡 織 機 械 等 。 它 含 有 豐 富 的 ， 功 能 齊 全 的 軟 件 庫 函數(shù) 資 源 。 可 對 電 機 進 行 位 置 控 制 、 插 補 驅(qū) 動 、 加 速 /減 速 等 控 制 。（ 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 。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 。 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 。 要 注 意 一 點 是 ， 應 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 。 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 在 50%以 下 ， 為 了 確 保 脈沖 信 號 的 可 靠 響 應 ， 脈 沖 低 電 平 的 持 續(xù) 時 間 不 應 少 于10μ s。 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 。 適 配 本 公 司 生 產(chǎn) 的 步 距 角 為176。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 。 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 。 用 于 功 率 步 進電 機 的 驅(qū) 動 器 還 要 有 多 種 保 護 線 路 。 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 。 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 。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。 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 B 相 通 電 ， A， C 相 不 通 電 時 ， 齒 2 應 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 。與齒 5 相 對 齊 ， ( A39。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） 。 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 。 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 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 ） 。 圖 (31)就 是 典 型 的 步 進 電 機 控 制 系 統(tǒng) 。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 。 設 計 方 案 的 提 出本 次 步 進 電 機 控 制 系 統(tǒng) 就 是 采 用 “PC+運 動 控 制 卡 ”作 為 上 位 控 制 ， 通 過運 動 控 制 卡 發(fā) 出 脈 沖 和 方 向 信 號 。 與 此 同 時 ， 由 于 PLC 的工 作 方 式 （ 循 環(huán) 掃 描 ） 決 定 了 它 作 為 上 位 控 制 時 的 實 時 性 能 不 是 很 高 ， 要 受PLC 每 步 掃 描 時 間 的 限 制 。 還 有 一 點 不 可 忽 視 ， 但 具 有 脈 沖 輸 出 功 能 的 PLC大 多 都 是 晶 體 管 輸 出 類 型 的 ， 這 種 輸 出 類 型 的 輸 出 口 驅(qū) 動 電 流 不 大 ， 一 般 只 有～ 。 使 用 這 種 PLC 來 做 運 動 控 制 系 統(tǒng) 的 上 位 控 制 時 ， 可 以 同 時 利 用PLC 的 I/O 口 功 能 ， 可 謂 一 舉 兩 得 。 因 此 這 種 方 案 一 般 適 用 于 產(chǎn) 品 批 量 較 大 、 運 動 控 制 系 統(tǒng) 功 能 簡 單 、且 有 豐 富 的 單 片 機 系 統(tǒng) 開 發(fā) 經(jīng) 驗 的 用 戶 。 此 方案 優(yōu) 點 在 于 成 本 較 低 ， 但 由 于 一 般 單 片 機 I/O 口 產(chǎn) 生 脈 沖 頻 率 不 高 ， 對 于 分 辨率 高 的 執(zhí) 行 機 構(gòu) 尤 其 是 對 于 控 制 伺 服 電 機 來 說 ， 存 在 速 度 達 不 到 ， 控 制 精 度 受限 等 缺 點 。 用 單 片 機 系 統(tǒng) 來 實 現(xiàn) 運 動 控 制　此 系 統(tǒng) 由 單 片 機 芯 片 、 外 圍 擴 展 芯 片 以 及 通 過 搭 建 外 圍 電 路 組 成 。maxf從 圖 (23)的 頻 矩 特 性 表 可以 看 出 ， 初 選 步 進 電 機 空 載 啟 動力 矩 遠 遠 小 于 允 許 啟 動 頻 率 所 對應 的 啟 動 力 矩 ， 所 以 步 進 電 機 空載 起 動 時 不 會 丟 步 。 啟 動 結(jié) 束時 ， 步 進 電 機 達 到 了 最 高 運 行 速度 。 升 速 啟 動 是 步 進電 機 從 靜 止 狀 態(tài) 開 始 逐 漸 升 速 ， 在 零 時 刻 ， 啟 動 頻 率 為 零 。 啟 動 矩 頻 特 性 校 核步 進 電 機 啟 動 有 突 跳 啟 動 和 升 速 啟 動 。 則??hcmMkf ?????(3)附 加 摩 擦 力 矩 ??200???iPFhYJ式 中 ： 為 滾 珠 絲 杠 預 緊 力 ； 為 滾 珠 絲 杠 未 預 緊 時 的 傳 動 效 率 ， 現(xiàn) 取YJF＝ 。)(cmN?初 選 電 機 型 號 時 應 滿 足 步 進 電 機 所 需 空 載 啟 動 力 矩 小 于 步 進 電 機 名 義 啟 動 轉(zhuǎn)矩 ， 即 maxjqkM???有 關(guān) 的 各 項 力 矩 值 計 算 如 下 ：KfM(1)加 速 力 矩360102maxa 2maxpbKvntnJM????????式 中 ： 為 傳 動 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ； 為 電 機 最 大 角 加 速 度 ； 為 與 運?J?maxn動 部 件 最 大 快 進 速 度 對 應 的 電 機 最 大 轉(zhuǎn) 速 ； t 為 運 動 部 件 從 靜 止 啟 動 加 速 到 最大 快 進 速 度 所 需 的 時 間 ， 為 運 動 部 件 最 大 快 進 速 度 ； 為 初 選 步 進 電 機 的maxv b?步 距 角 ； 為 脈 沖 當 量 。 步 進 電 機 的 名 義 啟 動 轉(zhuǎn) 矩 與 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 的 關(guān) 系 為 ：qmaxjMaxjm??查 表 可 知 ??步 進 電 機 空 載 啟 動 是 指 電 機 在 沒 有 外 加 工 作 負 載 下 的 啟 動 。2mkg? ??（ 3） 滾 珠 絲 杠 轉(zhuǎn) 動 慣 量 的 折 算 S 4032sdlJ?? （ 210）式 中 ： 為 滾 珠 絲 杠 的 名 義 直 徑 ； 為 絲 杠 的 總 長 度 ； 代 入 公 式 （ 210）0dl可 得 ： kgcm????????（ 4） 工 作 臺 質(zhì) 量 的 折 算G工 作 臺 是 移 動 部 件 ， 其 移 動 質(zhì) 量 折 算 到 滾 珠 絲 杠 軸 上 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 可 按GJ下 式 進 行 計 算 ： (211)MPJhG2)(??式 中 ， 為 絲 杠 導 程 （ cm） ； 為 工 作 臺 質(zhì) 量 （ kg） 。 本 設 計 需 要 對 電 機 轉(zhuǎn) 子 ,聯(lián) 軸 節(jié) ,絲 杠 ,工 作 臺 進 行轉(zhuǎn) 動 慣 量 的 計 算 。 由 于傳 動 系 統(tǒng) 的 各 傳 動 部 件 并 不 都 與 電 機 軸 同 軸 線 ， 還 存 在 各 傳 動 部 件 轉(zhuǎn) 動 慣 量 向電 機 軸 折 算 問 題 。是 每 個 滑 塊 的 工 作 載 荷cP代 入 公 式 （ 29） 得 ： kmL )(53????? 大 于 滾 動 導 軌 的 期 望 壽 命 ， 滿 足 設 計 要 求 ， 初 選 的 滾 動 導 軌 副 可 采 用 。 初 選 導 軌 型 號本 設 計 選 用 導 軌 為 直 線 滾 動 矩 形 導 軌 ， 共 用 4 條 導 軌 ， 每 條 導 軌 用 2 個滑 塊 ， 根 據(jù) 最 大 動 載 荷 C=6996N,通 過 樣 本 查 得 初 選 4 條 導 軌 的 型 號 都 為GDA20ZV,其 額 定 動 載 C=,額 定 靜 載 C =。 高 速 直 線 運 動 ， 其 瞬 時 速 度 比 滑 動 速 度 導 軌 提 高 約 10 倍 。如 圖 22與 滑 動 導 軌 相 比 ， 滾 動 導 軌 有 以 下 幾 個 優(yōu) 點 ： 摩 擦 力 之 差 很 小 ， 隨 動 性 極 好 ， 即 驅(qū) 動 信 號 和 機 械 動 作 滯 后 的時 間 間 隔 極 短 ， 有 益 于 提 高 系 統(tǒng) 的 響 應 速 度 和 靈 敏 度 。 當 導 軌 與 滑 塊 作 相 對運 動 時 ， 鋼 球 就 沿 著 導 軌 上 經(jīng) 過 淬 硬 和 精 密 磨 削 加 工 而 成 的 四 條 滾 道 ， 在 滑 塊端 部 鋼 球 又 通 過 返 回 裝 置 進 入 返 回 孔 后 再 進 入 滾 道 ， 鋼 球 就 這 樣 周 而 復 始 地進 行 滾 動 運 動 。(5)滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 擇