【正文】 等。所以選擇軟件方案時，要考慮到這些因素。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)的擴(kuò)展和模塊設(shè)計應(yīng)遵循下列原則【12】：（1）盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。 本章小結(jié)本章首先分析了步進(jìn)電機(jī)的原理，并總結(jié)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的特點；其次根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的控制特點，設(shè)計步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路和環(huán)形脈沖分配器；為了使控制系統(tǒng)快以最短時間到達(dá)控制終點，并根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性設(shè)計步進(jìn)電機(jī)的變速控制的方法。序號站點距離1供料站—加工站470mm2加工站—裝配站286mm3裝配站—分揀站235mm4分揀站—返回工作原點925mm選用的步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，定位精度就越高。176。/θ，那每一步走過的距離為L=55/N。整個加減速的控制，如本文所述的步進(jìn)電機(jī)加減速控制。為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，需要步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能的快，但為了防止步進(jìn)電機(jī)在啟動過程中發(fā)生失步，需要按一定的規(guī)律對步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，也就是對步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率進(jìn)行控制。該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有行程長、多定位點的特點，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。搬運站的功能是向各個工作單元輸送工件，每完成一道工序就把工件送給下一個工作站，等加工站完成后再將工件送到裝配站和分揀站整個自動生產(chǎn)線的加工過程就完成。此外，步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器可以在開環(huán)狀態(tài)下定位或同步運行，有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因而在軟盤驅(qū)動器、掃描儀、打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床和自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得了到廣泛的應(yīng)用【10】。為了提高單片機(jī)的實時處理能力，系統(tǒng)采用中斷的方法進(jìn)行調(diào)速。此時只要均勻地改變定時器時間常數(shù)，即可達(dá)到均勻加減速的目的【9】。采用定時器的變速控制在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，可以采用單片機(jī)內(nèi)部的定時器來提供CP脈沖。具體地說，就是均勻地增加或減少延時程序中延時時間常數(shù)。均勻地改變脈沖時間間隔的變速控制步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，可以均勻地改變脈沖時間間隔來實現(xiàn)。 變速控制的方法改變控制方式的變速控制最簡單的變速控制可以利用改變步進(jìn)電機(jī)的控制方式實現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)的加減速控制技術(shù)是步進(jìn)電機(jī)控制中的一項關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響步進(jìn)電機(jī)運行的平穩(wěn)性、升降速的快慢、定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。本系統(tǒng)采用定時器中斷來控制步進(jìn)電機(jī)的加減速，實際上是不斷改變定時器的定時初值的大小。用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制，即控制CP脈沖的時間間隔。但實際上步進(jìn)電機(jī)升速時由于反電動勢和繞組電感的作用，繞組電流將逐漸減小，因此輸出的轉(zhuǎn)矩會有所下降，按指數(shù)規(guī)律升速時，加速度是逐漸下降的，接近步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律【7】。升速的規(guī)律一般有兩種，一是按直線規(guī)律升速，二是按指數(shù)規(guī)律升速。加速時的起始速度應(yīng)該等于或略小于系統(tǒng)的極限起動頻率，而不是從零開始。系統(tǒng)在工作過程中，都要求加減速的時間盡量短，而恒速時間盡量長。 點—位控制的加減速過程對于一個非常短的距離，如在數(shù)步范圍內(nèi)，電動機(jī)的加減速過程沒有實際意義，只需要按起動頻率運行即可。這樣步進(jìn)電機(jī)便可以以最快的速度走完所規(guī)定的步數(shù)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。為此，提出一種變速控制的程序，該程序的基本思想是，在啟動時，以低于響應(yīng)頻率fs的速度運行；然后開始慢慢加速，加速到一定頻率fe后就以此速率恒速運行。一般來說，~1s之間。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動頻率。所謂的最高空載啟動頻率是指步進(jìn)電機(jī)空載時，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)不失步地進(jìn)入同步狀態(tài)（即步進(jìn)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度和控制頻率相對應(yīng)的工作狀態(tài)）的最大控制頻率。因此要求步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能快一些，但如果速度太快，則可能發(fā)生失步?？傊?，只要按一定的順序改變A、B、C、D通電的順序，就可控制步進(jìn)電機(jī)按一定的方向步進(jìn)【5】。 驅(qū)動電路電路工作原理：當(dāng)A輸出為1時，發(fā)光二極管不發(fā)光，因而光敏三極光截止，從而使達(dá)林頓管導(dǎo)通，A相繞組通電。驅(qū)動器可以用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動器。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動電流比較大，所以單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接都需要專門的接口電路及驅(qū)動電路。(5) 電動機(jī)繞組中有電感電動勢、互感電動勢、旋轉(zhuǎn)電動勢。(4) 電動機(jī)運轉(zhuǎn)時在各相繞組中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，這些電動勢的大小和方向?qū)@組電流產(chǎn)生很大的影響。為使電流盡快衰減，必須設(shè)計適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回路。繞組通電時電流上升率受到限制，因而影響電動機(jī)繞組電流的大小。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路與一般電氣設(shè)備驅(qū)動的不同點主要有：(1) 各相繞組都是工作在開關(guān)狀態(tài)，多數(shù)電動機(jī)的繞組都是連續(xù)的交流或者直流，而步進(jìn)電機(jī)的各相繞組都是脈沖式供電，所以繞組電流不是連續(xù)的而是離散的。對于小功率的步進(jìn)電機(jī)，可用中小功率晶體管進(jìn)行驅(qū)動，晶體管具有放大倍數(shù)大、線路簡單等優(yōu)點，用于驅(qū)動小功率的步進(jìn)電機(jī)（繞組電流在數(shù)百毫安）。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路應(yīng)該既要保證繞組有足夠的電壓電流，同時又要保證驅(qū)動級功率器件的安全運行，另外還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗和較低的成本。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。(2) 續(xù)流串聯(lián)電阻的大小因需要保護(hù)功放管的安全而受到限制。Rs的最大值取決于集—射極間的擊穿電壓Ucer。在低速時，斷電相電流衰減緩慢是允許的，但高速時，就會影響步進(jìn)電機(jī)的控制性能。當(dāng)繞組斷電時，繞組電勢極性反向，二極管處于正向?qū)ǖ臓顟B(tài)，為電流提供一個續(xù)流回路，二極管把功放管的集射極電壓鉗位到電源電壓+U。 一相勵磁電路 二極管續(xù)流抑制電勢的最簡單的形式是用二極管跨接步進(jìn)電機(jī)繞組的兩端。這個電感電動勢必須控制在晶體管安全運行區(qū)域內(nèi)。晶體管上的管壓降將隨Ldi/dt正比的增加，這個峰值電壓的大小可能會超過一個晶體管的最大耐壓U，造成晶體管損壞。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為鎖定狀態(tài)時，忽略T管的壓降，則繞組的電流為U/R。地址內(nèi)容D C B A勵磁狀態(tài)00H01H0001A01H03H0011AB02H02H0010B03H06H0110BC04H04H0100C05H0CH1100CD06H08H1000D07H09H1001DA08H01H0001A 續(xù)流電路步進(jìn)電機(jī)的控制性能，與各相繞組導(dǎo)通和截止時電流的增加和衰減速度有關(guān)，對于加速度大、或者運行速度高的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)換速度增加時，由于繞組電感的作用，電流經(jīng)常不能立即升到額定值，同樣在繞組斷電時，電流也不能立即衰減到零。因此本文選擇步進(jìn)電機(jī)八拍的工作方式。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。74LS191數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D各管腳接地，11腳是置數(shù)端，當(dāng)它為高電平時74LS191為計數(shù)狀態(tài)，當(dāng)它為低電平時，計數(shù)器停止計數(shù)，把數(shù)據(jù)端的內(nèi)容（ABCD）裝入計數(shù)器。74LS191第五腳為加減法輸入控制端，該輸入端作為方向輸入的控制信號，當(dāng)?shù)碗娖綍r做加法計數(shù)，為正轉(zhuǎn)狀態(tài)。軟件方法的優(yōu)點是節(jié)省硬件，降低系統(tǒng)的成本，且更改靈活，有利于系統(tǒng)的小型化，其主要的缺點是占用CPU時間較多，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。對于不同的步進(jìn)電機(jī)及不同的勵磁方式，只需改變存儲的狀態(tài)表，硬件不需要做任何的變化。實際上，使用RPROM設(shè)計的環(huán)形脈沖器是一種軟硬件結(jié)合的技術(shù)，通過軟件的編程可以實現(xiàn)不同勵磁方式的輸出。因此即使有非法的地址輸入，輸出端輸出的都是截止的信號，可以保護(hù)驅(qū)動器不受損壞。驅(qū)動電路輸入非法狀態(tài)可能會損壞驅(qū)動電路。一種線路可以實現(xiàn)多種勵磁狀態(tài)方式的分配，只要在不同的地址區(qū)域存儲不同的狀態(tài)表，除軟件工作之外，硬件無需改動。由可逆循環(huán)計數(shù)器和存儲器兩部分組成，計數(shù)器可以用現(xiàn)有的器件實現(xiàn)，計數(shù)長度可以用簡單的外圍電路實現(xiàn)。如果計數(shù)器做加計數(shù)，則存儲器按地址遞增的方向依次讀取狀態(tài)表的內(nèi)容，相反，計數(shù)器做減計數(shù)，則存儲器按地址遞減方向依次取出狀態(tài)表的內(nèi)容，從而控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。計數(shù)器的計數(shù)長度應(yīng)等于步進(jìn)電機(jī)運行一個周期的拍數(shù)或拍數(shù)的整數(shù)倍，計數(shù)器的輸出端接到EPROM的地址線上，并且使EPROM總是處于讀出的狀態(tài)，這樣計數(shù)器的每個計數(shù)狀態(tài)都對應(yīng)存儲器的一個地址，存儲器的輸出端就對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的一種勵磁狀態(tài)。其基本思想是：首先確定步進(jìn)電機(jī)勵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，再以二進(jìn)制碼的形式存入EPROM存儲器中，只要按照地址的正向或反向順序依次取出地址的內(nèi)容，那么存儲器輸出的就是各相繞組的勵磁狀態(tài)， 所示，它由兩部分組成。EPROM存儲器是一種紫外線擦除的可編程只讀存儲器，存儲器的內(nèi)容可以由使用者自己編程，且可以用紫外線照射后重新使用。步進(jìn)電機(jī)按類型、相數(shù)來劃分種類繁多，不同種類、不同相數(shù)、不同分配方式都必須有不同的環(huán)形脈沖分配器，因此所需要的環(huán)形脈沖分配器的類型是很多的?？刂泼}沖信號的有無就能控制步進(jìn)電機(jī)運行和停止，脈沖信號的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的運行速度，方向電平控制步進(jìn)電機(jī)的運轉(zhuǎn)方向。在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)中，控制器與驅(qū)動器之間連接方式可分為串行控制和并行控制。同時步進(jìn)電機(jī)有正反轉(zhuǎn)的要求，所以環(huán)形脈沖分配器的輸出既有周期性又有可逆性。 環(huán)形脈沖分配器要使步進(jìn)電機(jī)正常工作，必須按照該種步進(jìn)電機(jī)的勵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表所規(guī)定的狀態(tài)和次序依次對各相繞組進(jìn)行通電和斷電控制。步距角θs可由式(11)求得【3】θs=360176。通電相數(shù)不同也會帶來不同的工作性能。(a) A相通電 (b) AB相通電(c) B相通電 (d) BC相通電 三相六拍通電方式通過分析可知一臺步進(jìn)電機(jī)可以有不同的通電方式，即可以有不同的拍數(shù)。恰好為三相單拍或雙三拍通電方式的一半。角，即轉(zhuǎn)子又逆時針方向運行了一步，相應(yīng)的角度為15176。(a) AB相通電 (b) BC相通電 三相雙三拍運行方式 三相六拍通電方式這是一種將一相通電和兩相通電結(jié)合起來的運行方式，其具體通電方式為：AABBBCCCAA 或A–ACCBBBAA，即一相通電和兩相通電間隔輪流進(jìn)行，六種不同的通電狀態(tài)組成一個循環(huán)， 所示，(a)為A相通電時的情況，轉(zhuǎn)子齒3磁軸與A相磁極軸線重合，當(dāng)通電狀態(tài)由A轉(zhuǎn)為AB時，(b) 所示，轉(zhuǎn)子齒3磁極離開A相磁極軸線，即轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)過15176。與單三拍運行方式相同，但其中有一點不同，即在雙三拍運行時，每拍使步進(jìn)電機(jī)從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)時，總有一相繞組保持通電。這種通電方式每拍同時有兩相繞組通電，三拍為一循環(huán)，轉(zhuǎn)子為四極的反應(yīng)式步