計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制技術(shù)35例42加工第1象限逆圓弧AB

計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制技術(shù)35例42加工第1象限逆圓弧AB本章主要內(nèi)容4.1數(shù)字程序控制基礎(chǔ)

——逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理4.2步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)4.3交流伺服電機(jī)概述

所謂數(shù)字程序控制，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器等四大部分組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字程序控制系統(tǒng)的這些主要功能都由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。4.1數(shù)字程序控制基礎(chǔ)4.1.1數(shù)字程序控制基礎(chǔ)如何利用計(jì)算機(jī)在繪圖儀或數(shù)控機(jī)床上重現(xiàn)?

基本思路－逐點(diǎn)輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實(shí)。－數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點(diǎn)和曲線屬性）擬合加工輪廓。－輸出裝置為步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸以一定距離的步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑曲線。

步驟：

1.曲線分段

(1)圖4-1中曲線分為三段，分別為ab、bc、cd，a、b、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。

(2)分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。XdcbaOY圖4-1曲線分段2.插補(bǔ)計(jì)算 當(dāng)給定a、b、c、d各點(diǎn)坐標(biāo)x、y之后，求這些點(diǎn)中間值的數(shù)字計(jì)算方法稱(chēng)插補(bǔ)。

(1)插補(bǔ)計(jì)算：給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。

(2)插補(bǔ)計(jì)算原則：通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。直線插補(bǔ)在給定的兩基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近。二次曲線插補(bǔ)在給定的兩基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近。曲線有圓弧、拋物線、雙曲線等。3.插補(bǔ)方法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)把插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中給定的中間點(diǎn)，以脈沖信號(hào)的形式去控制x、y方向上的步進(jìn)電機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形重現(xiàn)。一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步。也稱(chēng)為折線逼近。如圖4-2所示。xyX0，Y0X1，Y1圖4-2折線逼近

步長(zhǎng)：對(duì)應(yīng)每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置稱(chēng)脈沖當(dāng)量，又稱(chēng)步長(zhǎng)。常用Δx、Δy來(lái)表示，且取Δx=Δy。

x、y方向上移動(dòng)的步數(shù)：

Nx=（x1-x0）/ΔxNy=（y1-y0）/Δy

若Δx=Δy=1，即定義為坐標(biāo)增量值，即x0,y0,x1,y1,均是以脈沖當(dāng)量定義的坐標(biāo)值，則Nx=（x1-x0），Ny=（y1-y0）常見(jiàn)插補(bǔ)方法：逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法器。

數(shù)字程序控制的3種方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。

1）點(diǎn)位控制 只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對(duì)刀具的移動(dòng)路徑、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向不作規(guī)定，且在移動(dòng)過(guò)程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開(kāi)始加工。（定位）

2）直線切削控制 控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對(duì)于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行切削加工。（單軸切削）3）輪廓的切削控制控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削）

三種方式比較 點(diǎn)位控制：驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無(wú)需插補(bǔ) 直線切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，無(wú)需插補(bǔ)輪廓切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)數(shù)字程序控制

1.閉環(huán)數(shù)字程序控制用于大型精密加工機(jī)床，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。計(jì)算機(jī)D/A伺服機(jī)驅(qū)動(dòng)器伺服機(jī)工作臺(tái)測(cè)量元件2.開(kāi)環(huán)數(shù)字程序控制運(yùn)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。計(jì)算機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理

逐點(diǎn)比較法：

(1)就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方、左邊或右邊，從而決定下一步的進(jìn)給方向。

(2)逐點(diǎn)比較法是以階梯折線來(lái)逼近直線或圓弧等曲線，它與給定的軌跡之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量。因此步長(zhǎng)愈小加工精度就愈高。走一步->比較一次->決定下一步的走向4.1.2逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)插補(bǔ)步驟： 偏差判別->坐標(biāo)進(jìn)給->偏差計(jì)算->終點(diǎn)判斷走一步->比較一次->決定下一步的走向->插補(bǔ)結(jié)束判斷

圖4-3第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)

1.偏差計(jì)算式

若點(diǎn)m在OA直線段上，則有xm/ym=xe/ye

即ymxe-xmye＝0

于是取偏差計(jì)算式為Fm=ymxe-xmye2.偏差判別 偏差判別式： 若Fm=0，則點(diǎn)m在OA直線段上； 若Fm>0，則點(diǎn)m在OA直線段的上方；若Fm<0，則點(diǎn)m在OA直線段的下方。進(jìn)給方向確定： 當(dāng)Fm>=0時(shí)，沿+x軸方向走一步；當(dāng)Fm<0，沿+y方向走一步；當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等，停止插補(bǔ)。 3.偏差計(jì)算的簡(jiǎn)化 （1）設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，若Fm>=0，這時(shí)沿+x軸方向走一步至m＋1點(diǎn)。

(xm+1，ym+1)=(xm+1,ym) Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye =ymxe-xmye-ye=Fm–ye

（2）設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，若Fm<0，這時(shí)沿+y軸方向走一步至m＋1點(diǎn)。推理有Fm+1=Fm+xe

偏差計(jì)算簡(jiǎn)化為： 若m為起點(diǎn)0，則Fm=F0=0；否則：若Fm>=0，F(xiàn)m+1=Fm–ye

若Fm<0，F(xiàn)m+1=Fm+xe

4.終點(diǎn)判斷方法1：設(shè)置x，y軸兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器Nx和Ny

，加工前分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)xe和ye，x(y)軸每進(jìn)給一步則Nx–1(Ny–1）,當(dāng)Nx和Ny

均為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。方法2：設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Nxy,x或y軸每進(jìn)給一步則Nxy–1，當(dāng)Nxy

為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。插補(bǔ)過(guò)程：偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷。

四個(gè)象限的直線插補(bǔ)偏差計(jì)算公式和坐標(biāo)進(jìn)給方向見(jiàn)表4-1。表中四個(gè)象限的終點(diǎn)坐標(biāo)值取絕對(duì)值代入計(jì)算式中的xe和ye。Fm≥0Fm＜0所在象限進(jìn)給方向偏差計(jì)算所在象限進(jìn)給方向偏差計(jì)算一、四＋xFm+1=Fm–ye一、二＋yFm+1=Fm+xe二、三－x三、四－y表4-1四象限直線插補(bǔ)進(jìn)給方向及偏差計(jì)算公式直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的存放：6個(gè)內(nèi)存單元XE、YE、NXY、FM、XOY和ZF，分別存放xe、ye、NXY、Fm和直線所在象限值xoy及走步方向標(biāo)志。

XE：終點(diǎn)X坐標(biāo)

YE：終點(diǎn)Y坐標(biāo)

NXY:總步數(shù)，Nxy＝Nx+

Ny XOY:象限值，1、2、3、4分別代表1、2、3、4象限

ZF：進(jìn)給方向，1、2、3、4代表在+x、–x、+y、-y方向進(jìn)給。XOY=1，4輸入XE，YE，XOY初值FM=0FM≥0NXY=0XOY=1，2ZF=4ZF=3ZF=2ZF=1FM=FM-YEFM=FM+XE調(diào)用走步程序NXY=NXY-1結(jié)束NNNNYYY流程圖例4.1加工第1象限直線OA，起點(diǎn)為O（0，0），終點(diǎn)為A(6，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。xy11064解：進(jìn)給總步數(shù)Nxy＝|6-0|+|4-0|=10

xe=6，ye=4,F0=0,xoy=1 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程如表4-2所示。表4-2插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判斷起點(diǎn)F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F1小于0+yF2=F1+xe=2Nxy=83F2大于0+xF3=F2-ye=-2Nxy=74F3小于0+yF4=F3+xe=4Nxy=65F4大于0+xF5=F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=-4Nxy=47F6小于0+yF7=F6+xe=2Nxy=38F7大于0+xF8=F7-ye=-2Nxy=29F8小于0+yF9=F8+xe=4Nxy=110F9大于0+xF10=F9-ye=0Nxy=0xy11064圖4-4直線插補(bǔ)走步軌跡4.1.3逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)1.第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)(1)偏差定義M點(diǎn)偏差Fm=Rm2-R2=xm2+ym2-R2

(2)偏差判斷Fm=0，M點(diǎn)在圓弧上 Fm>0，M點(diǎn)在圓弧外Fm<0，M點(diǎn)在圓弧內(nèi)xA(x0,y0)0yB(xe,ye)Fm＜0Fm≥0圖4-5第一象限圓弧插補(bǔ)(3)第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理 從起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)Fm>=0，向-x方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng)Fm<0，下一步向+y方向進(jìn)給，并計(jì)算新的偏差。按上述步驟循環(huán)到達(dá)終點(diǎn)后結(jié)束。

(4)偏差的簡(jiǎn)化計(jì)算，以第一象限逆圓弧為例當(dāng)Fm>=0，向-x方向進(jìn)給一步（xm+1，ym+1)=(xm－1,ym) Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm–2xm+1

當(dāng)Fm<0，向+y方向進(jìn)給一步（xm+1，ym+1)=(xm,ym+1

) Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm+2ym+1

起點(diǎn)偏差Fm＝0(5)終點(diǎn)判斷 采用總步數(shù)Nxy的計(jì)數(shù)方法：Nxy初始值設(shè)為x和y軸進(jìn)給總步數(shù)之和，x或y軸每進(jìn)給一步則Nxy–1，當(dāng)Nxy

為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。(6)插補(bǔ)計(jì)算步驟 偏差判別->坐標(biāo)進(jìn)給->偏差計(jì)算->坐標(biāo)計(jì)算->終點(diǎn)判斷直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)xe，ye

圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)xm，ym

在實(shí)際應(yīng)用中，所加工的圓弧可以在不同的象限中，可以是逆時(shí)針圓弧或順時(shí)針圓弧，四個(gè)象限的八種圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式如表4-3所示。圖4-6為四象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序流程圖。圓弧類(lèi)型Fm≥0時(shí)的進(jìn)給方向、偏差計(jì)算和坐標(biāo)計(jì)算Fm＜0時(shí)的進(jìn)給方向、偏差計(jì)算和坐標(biāo)計(jì)算SR1-y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR2+x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1SR3+y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR4-x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR1-x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR2-y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1NR3+x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR4+y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1表4-3四象限八種圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向RNS=2，5輸入X0，Y0，NXY，RNS初值FM=0，XM=X0，YM=Y0RNS=1，3，6，8？FM≥0FM≥0NXY=0RNS=2，7RNS=1，8RNS=1，6ZF=4ZF=3ZF=2ZF=1ZF=2ZF=1ZF=3ZF=4FM=FM+2YM+1FM=FM-2XM+1FM=FM+2XM+1FM=FM-2YM+1YM=YM+1XM=XM-1XM=XM+1YM=YM-1調(diào)用走步程序NXY=NXY-1結(jié)束YNNNNNNNNYYYYYYY圖4-6四象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序流程圖圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存單元數(shù)據(jù)X0：起點(diǎn)X坐標(biāo)Y0：起點(diǎn)Y坐標(biāo)NXY:總步數(shù)，Nxy＝Nx+NyFM：加工點(diǎn)偏差；XM：xmYM：ymRNS：圓弧種類(lèi)，1、2、3、4和5、6、7、8分別代表SR1、SR2、SR3、SR4和NR1、NR2、NR3、NR4。ZF：進(jìn)給方向，1、2、3、4代表在+x、–x、+y、-y方向進(jìn)給。例4.2加工第1象限逆圓弧AB，起點(diǎn)為A（4，0），終點(diǎn)為B(0，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。解：進(jìn)給總步數(shù)Nxy＝|4-0|+|4-0|=8圖4-7例4-2圖步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別0F0=0x0=4,y0=0Nxy=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=-7x1=x0-1=3,y1=0Nxy=72F1＜0+yF2=F1+2y1+1=-6x2=3,y2=y1+1=1Nxy=63F2＜0+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3,y3=y2+1=2Nxy=54F3＜0+yF4=F3+2y3+1=2x4=3,y4=y3+1=3Nxy=45F4＞0-xF5=F4-2x4+1=-3x5=x4-1=2,y5=3Nxy=36F5＜0+yF6=F5+2y5+1=4x6=2,y6=y5+1=4Nxy=27F6＞0-xF7=F6-2x6+1=1x7=x6-1=1,y7=4Nxy=18F7＞0-xF8=F7-2x7+1=0x8=x7-1=0,y8=4Nxy=0表4.4圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程4.2步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)

步進(jìn)電機(jī)：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸（D/A）轉(zhuǎn)換器。又稱(chēng)為脈沖電機(jī)。輸入：脈沖輸出：位移脈沖數(shù)：決定位移量脈沖頻率：決定位移的速度

每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。電機(jī)總的轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。4.2.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理

三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：定子：三對(duì)磁極，六個(gè)齒；轉(zhuǎn)子：四個(gè)齒，分別為0、1、2、3齒。圖4-8三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程A相通電：A相磁極與0、2號(hào)齒對(duì)齊；

B相通電：由于磁力線作用，B相磁極與1、3號(hào)齒對(duì)齊；

C相通電：由于磁力線作用，C相磁極與0、2號(hào)齒對(duì)齊；

A相通電：由于磁力線作用，A相磁極與1、3號(hào)齒對(duì)齊；

結(jié)論： 定子按A->B->C->A相輪流通電，則磁場(chǎng)沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動(dòng)360o角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為4，齒距角為90o，即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了90o。(1)步進(jìn)電機(jī)的“相”和“拍”

“相”——繞組的個(gè)數(shù)；

“拍”——繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。

(2)步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算：

N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)；

Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。齒距角θ＝360/(NZ)：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。

齒距角θZ=2π/Z=360o/Z（Z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)）步距角θ=θZ/N=360o/NZ（N為運(yùn)行N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距位置，即工作拍數(shù)）例題：Z=4，且采用三拍方式，則

θ=θZ/N=360o/NZ=30o

實(shí)際上，Z=40，采用三拍方式，則

θ=θZ/N=360o/NZ=3o步進(jìn)電機(jī)的工作方式

1.步進(jìn)電機(jī)的通電方式單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。

2.三相步進(jìn)電機(jī)可工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。

(1)單三拍工作方式

A->B->C->A…(2)雙三拍工作方式AB->BC->CA->AB->…(3)三相六拍工作方式A->AB->B->BC->C->CA->A->…4.2.2步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)及術(shù)語(yǔ)(1)電機(jī)固有步距角 步距角表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角可以稱(chēng)之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。

(2)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同。一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。(3)保持轉(zhuǎn)矩 保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。(4)最大空載起動(dòng)頻率電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?5)電機(jī)的共振點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180～250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。如果步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可以采用以下方法來(lái)克服：通過(guò)改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開(kāi)共振區(qū)；采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的、最簡(jiǎn)便的方法；換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)；換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲，但成本較高；在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。(6)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB時(shí)為反轉(zhuǎn)。

(7)失步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱(chēng)之為失步。

(8)運(yùn)行矩頻特性

電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱(chēng)為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的、也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。其他特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。4.2.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制圖4-9步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器接線示意圖圖4-10步進(jìn)電機(jī)升速曲線4.2.4步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制技術(shù)

對(duì)于簡(jiǎn)單的小容量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，可以用單片機(jī)代替步進(jìn)控制器，實(shí)現(xiàn)環(huán)形脈沖分配器功能，控制步進(jìn)電機(jī)走步數(shù)、正反轉(zhuǎn)及速度控制等。這不僅簡(jiǎn)化了線路，降低了成本，而且根據(jù)系統(tǒng)的需要，可以靈活改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案，使用起來(lái)很方便。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)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(zhuān)門(mén)的接口和驅(qū)動(dòng)電路。一般為了抗干擾或避免驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障時(shí)功率放大電路中的高電平信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)而燒毀器件，一個(gè)有效措施就是在驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)之間加一級(jí)光電隔離器。圖4-11是三相步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)接口電路示意圖。圖4-11三相步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)接口電路示意圖

圖4-11中，單片機(jī)主要完成以下功能：

(1)脈沖序列的產(chǎn)生步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行，通常將通電換相過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單三拍工作方式，各相通電順序?yàn)锳-B-C-A，單片機(jī)通過(guò)P1.0、P1.1、P1.2輸出脈沖必須按照這一順序分別控制A、B、C相的通電和斷電。單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖輸出的方法是先輸出一高電平，然后利用軟件延時(shí)