【正文】 軟件進行脈沖分配 用軟件完成脈沖分配的優(yōu)點是線路簡化 ， 成本下降 ， 可以靈活地改變步進電動機的控制方案 ， 而驅(qū)動功能由硬件完成 。 圖 424為單片機直接帶動步進電動機的一種接口方法 。 單片機 P1口的低三位被設(shè)成輸出位 ， U相繞組通斷 ， V相繞組通斷 ， W相繞組通斷 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 以 U相控制為例：當(dāng) “ 1” 時 ， 光電耦合器中的發(fā)光二極管不發(fā)光 ， 故其中的光敏三極管截止 ， U相繞組通電；反之當(dāng) “ 0” 時 ， U相繞組斷電 ， 光電耦合器的作用是使單片機與步進電動機隔離 ， 以免兩者之間產(chǎn)生共地干擾 。 用軟件來代替硬件的環(huán)形分配器 ， 是用軟件改變 P1口低三位的輸出值 ， 來控制三相繞組的通電順序和方式 ?，F(xiàn)以三相六拍方式來說明 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 三相六拍方式的通電順序為 UUVVVWWWUU… ， 所以 P1口輸出如下控制字： （ W） （ V） （ U） 正轉(zhuǎn)的順序為 001 011 010 110 100 101 001 U UV V VW W WU U 反轉(zhuǎn)的順序為 001 101 100 110 010 011 001 U UW W WV V VU U 在控制字間還應(yīng)加入軟件延時來保證一定的時間間隔 ， 例如要求時間間隔為 1ms， 控制電動機按三相六拍方式正轉(zhuǎn)的程序框圖如圖 425所示 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) （ 2） 步進電動機對位移量進行控制 在數(shù)控機床上進刀深度等控制為位移量的控制 ，控制的方法是將位移折算成步進脈沖的個數(shù) 。 機床上步進電動機大都與絲杠結(jié)合使用 ， 將角位移轉(zhuǎn)化為直線位移 。 如絲杠每轉(zhuǎn)一周相當(dāng)于 4mm位移 ， 當(dāng)采用三相六拍步進電動機工作方式 ， 步距角為 時 ， 可算出 240個步進脈沖才能使絲杠轉(zhuǎn)一周 ， 即有4mm的直線位移 。 因此 ， 要想平移 20mm， 需產(chǎn)生1200個步進脈沖 ， 調(diào)用步進脈沖子程序 ， 可編出位移 20mm的控制程序 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 如果要求間斷地完成幾段位移 ， 必須計算出每一段位移所對應(yīng)的脈沖個數(shù) ， 并依次存放在一個數(shù)據(jù)區(qū)中 。 程序執(zhí)行時 ， 取出相應(yīng)的脈沖個數(shù) ， 控制循環(huán)程序 （ 取脈沖 ） 的次數(shù) ， 以實現(xiàn)所要求的位移 。 （ 3） 微機控制步進電動機轉(zhuǎn)速的方法 某些數(shù)控系統(tǒng) ， 不僅要求精確地控制位移 ， 而且要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的位移 ， 即按規(guī)定的速度運行 。 仍以絲杠結(jié)構(gòu)為例 ， 假設(shè)要求實現(xiàn)在 2s內(nèi)走完 20mm。 因為 20mm／ 2s相當(dāng)于 2s發(fā)出 1200個脈沖 ，故步進脈沖的間隔為 1666μs， 按這種時間間隔發(fā)出1200個脈沖就能滿足要求 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 如圖 426所示 ， 為了獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)精度更高 、 速度更快 、 驅(qū)動功率更大的特性指標 ， 數(shù)控裝置設(shè)置了位置控制和速度控制兩個回路 。 如果將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動電機的端部 ，或安裝在傳動絲杠的端 部 ， 間接測量實際位置 或位移 ， 就是半閉環(huán) 伺 服 系統(tǒng) 。 如圖 427所示 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的反饋比較形式 （ 1） 相位比較伺服系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)形式與所用的位置檢測組件有關(guān) ， 常用的位置檢測組件有旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器 ， 并且工作在相位狀態(tài) 。 圖 428為相位比較伺服系統(tǒng)框圖 。 基準信號發(fā)生器 ，輸出一系列有一定頻率的脈沖信號 ， 其作用是為伺服系統(tǒng)提供一個相位比較基準 。 1 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 脈沖調(diào)相器 又稱為數(shù)字相位轉(zhuǎn)換器 ， 是將進給脈沖信號 ，轉(zhuǎn)換為相位信號 ， 可用正弦信號或方波信號表示 。 檢測組件及信號處理線路 ， 是將工作臺的位移量檢測出來 ， 并表達成與基準信號之間的相位差 。 鑒相器 將來自脈沖調(diào)相器的指令信號和實際位移反饋信號進行比較 ， 求出相位差 ， 輸出與此相位差成正比的電壓信號 。 電壓和功率放大 ， 是將鑒相器的輸出的微弱信號放大去驅(qū)動執(zhí)行組件 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) （ 2） 幅值比較伺服系統(tǒng) 是以位置檢測信號的幅值大小來反映機械位移的數(shù)值 ， 并以此作為位置反饋信號與指令信號進行比較構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng) ， 所用的位置檢測組件為旋轉(zhuǎn)變壓器或感應(yīng)同步器 ， 以幅值工作方式工作 。如圖 429所示 。 這里檢測組件是以鑒幅方式工作的；比較器所比較的是數(shù)字脈沖量 ， 而不是相位 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) （ 3） 數(shù)字脈沖比較伺服系統(tǒng) 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展 ， 在位置控制伺服系統(tǒng)中 ，采用數(shù)字脈沖的方法構(gòu)成位置閉環(huán)控制 ， 受到了普遍的重視 。 這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單 。數(shù)字脈沖的方法構(gòu)成的伺服系統(tǒng)如圖 432所示 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 直流伺服電機調(diào)速系統(tǒng) 直流電動機調(diào)速主要是調(diào)整電樞電壓 。 早期的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)采用直流發(fā)電機 直流電動機機組（ GM） ， 此方法因為機組復(fù)雜 ， 目前已基本被淘汰 。后來發(fā)展了一種晶閘管整流器 直流電動機 （ SCRM） ，這種方法在深調(diào)速時電樞電流的波形很差 ， 使電動機的工作情況惡化 ， 限制了調(diào)速范圍的進一步提高 。 目前使用最廣的是晶體管脈寬調(diào)制器 直流電動機調(diào)速系統(tǒng)PWMM （ PWM為 Pulse Width Modulation） 。 由于具有響應(yīng)快 、 效率高 、 調(diào)速范圍寬 、 噪聲污染小 、 簡單可靠等優(yōu)點 ， 而獲得廣泛應(yīng)用 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) （ 1） 直流伺服電動機的 PWM調(diào)速系統(tǒng) 圖 433為原理框圖 。 為一轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng) ， 系統(tǒng)的核心是晶體管脈寬放大器 。 電流控制器的輸出電壓 UC， 將電壓 UT進行脈寬調(diào)制 ， 得到調(diào)寬的脈沖電壓作為控制信號輸送到晶體管脈寬放大器各相關(guān)晶體管的基極 ， 使脈沖電壓得到放大 ， 作為直流伺服電動機電樞的輸入電壓 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) （ 2） 直流電動機的脈寬調(diào)速原理 圖 434所示為脈寬調(diào)速原理示意圖 。 一個固定的直流電壓 U經(jīng)過以一定頻率開關(guān) S的控制作用來改變加到電樞上的電壓 ， 假定開閉周期為 T， 每次閉合的時間為 τ， 則電樞兩端的平均電壓為 （ 422） rUUTτU d ==式中 r—開關(guān)導(dǎo)通率，或稱占空比。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 可見 ， 當(dāng) T不變 （ 頻率固定 ） 時 ， 只要改變接通時間 τ ， 就可改變電樞兩端的平均電壓 （ 如圖 τ1 → τ2 ， 則Udl→Ud2） ， 從而改變電動機的轉(zhuǎn)速 。 一般 T選得比電動機的時間常數(shù)小得多 ， 因此用這種方法來控制電動機不會引起轉(zhuǎn)速脈動 。 通常選開關(guān)頻率為 500～ rUUTτU d ==（ 422） 2500Hz， 頻率太低 ，電樞電流容易斷續(xù) ，使機械特性變壞 ， 精確度降低； Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 頻率過高 ， 三極管單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)換次數(shù)太多 ， 管耗增大 。 為了保證開關(guān)斷開時 ， 電樞電流還能維持連續(xù) ， 在電樞兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管 ， 當(dāng)開關(guān)斷開時 ，貯存在電樞電感中的能量可以通過續(xù)流二極管釋放 ，這樣盡管電壓呈脈沖狀 ， 電流仍然連續(xù) 。 圖 434所示電路只能控制電動機單方向旋轉(zhuǎn) 。 在機床進給系統(tǒng)中一般是可逆電路 ， 為使電動機實現(xiàn)雙向調(diào)速 ， 必須采用橋式電路 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 圖 435所示為 PWMM系統(tǒng)的主回路 ， 四個大功率三極管 VT1～ VT4組成電橋 。 在 VT1和 VT3的基極上加以正脈沖的同時 ， 在 VT2和 VT4的基極上加以負脈沖 ，這時 VT1和 VT3導(dǎo)通 ， VT2和 VT4截止 ， 電流將沿 +EdVT1AMBVT30的路徑流通 ， 此時電機正轉(zhuǎn)； 反之 ， VTVT3的基極上加負脈沖 ， VT VT4的基極上加正脈沖 ， 電機反轉(zhuǎn) 。 Y X SH 現(xiàn)代電氣自動控制技術(shù) 數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng) 可見 ， 改變加到 VT1和 VT VT2和 VT4這兩組管子基極上