混合式直線步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)現(xiàn)
劉賢興(江蘇理工大學(xué)鎮(zhèn)江212013)
【摘 要】介紹利用mcs_51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對混合式直線步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)，采用查表形成
正弦、余弦信號(hào)，實(shí)現(xiàn)細(xì)分電路和直線步進(jìn)電機(jī)的速度控制。
l 引 言
直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件，是一種將輸入脈沖轉(zhuǎn)換成步進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)電裝置。它具有在開環(huán)條件下，能直接提供精確可靠的直線位移、速度和加速度控制，且能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位，目前已在數(shù)控機(jī)械、計(jì)算機(jī)外設(shè)等精密驅(qū)動(dòng)、精密控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
直線步進(jìn)電機(jī)的定位精度是一個(gè)十分重面的性能參數(shù)。直線步進(jìn)電機(jī)可以用一般的脈沖信號(hào)來控制和驅(qū)動(dòng)，但采用一般的脈沖信號(hào)，定位分辨率比較低，因此直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要采用細(xì)分電路提高定位分辨率。
2直線步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)
所設(shè)計(jì)的樣機(jī)是二相混合式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在繞組a和b分別通過正弦、余弦電流，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即能正常運(yùn)行。整個(gè)控制系統(tǒng)可分成調(diào)頻電路、細(xì)分電路、驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤顯示電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路等部分，如圖1所示。
根據(jù)混合式直線步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)，要求細(xì)分電路滿足如下要求。
a．由單片機(jī)形成頻率可調(diào)、幅值可調(diào)的正弦和余弦信號(hào)。
b．頻率范圍為0．6～300hz。
c．在細(xì)分度允許的條件下，提高定位精度。
3細(xì)分電路的硬件設(shè)計(jì)
所介紹的細(xì)分電路是利用單片機(jī)i／d口每隔一定時(shí)間輸出不同的數(shù)字量，該數(shù)字量分別為相應(yīng)時(shí)刻的正弦函數(shù)值和余弦函數(shù)值，經(jīng)d／a轉(zhuǎn)換就得到正弦和余弦信號(hào)，由若干個(gè)數(shù)字量逼近的正、余弦信號(hào)，它的精確度取決于正、余弦信號(hào)的細(xì)分度和d／a轉(zhuǎn)換器的分辨率。所選擇的細(xì)分度為100，d／a轉(zhuǎn)換器的分辨率為10位，硬件圖如圖2所示。
圖中僅畫出一相輸出，另一相輸出硬件圖基本相同，由于10位d／a轉(zhuǎn)換器ad7520不帶鎖存器，故8031采用二次操作輸出10位數(shù)據(jù)，先將高2位數(shù)據(jù)輸?shù)?4ls74(1)，接著把低8位數(shù)據(jù)輸出到74ls377，同時(shí)把74ils74(1)的內(nèi)容傳送到74ls74(2)，從而實(shí)現(xiàn)8031輸出10位數(shù)據(jù)同時(shí)達(dá)到ad7520的數(shù)據(jù)輸入線，通過改變ad7520的參考電壓vref，可改變正、余弦信號(hào)的幅值。
為了能改變直線步進(jìn)電機(jī)的速度，必須輸出的正弦、余弦信號(hào)是一種頻率可調(diào)的信號(hào)，采用adc0809將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并作8031定時(shí)器o的時(shí)間常數(shù)。設(shè)8031定時(shí)器0采用工作方式0，則時(shí)間常數(shù)為13位，低5位固定，高8位采用adc0809轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，通過改變ai)c0809的輸入模擬量，改變adc0809輸出的數(shù)字量，從而改變了定時(shí)時(shí)間常數(shù)，達(dá)到改變正弦、余弦信號(hào)頻率的目的。
4細(xì)分電路的軟件設(shè)計(jì)
為了節(jié)省cpu時(shí)間，對正弦、余弦信號(hào)的數(shù)字量，不是采用即時(shí)計(jì)算的方法確定，而
是預(yù)先經(jīng)過計(jì)算，形成一個(gè)正弦函數(shù)表，存放在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，通過查表形成正弦波，余弦波的形成只是在查表時(shí)相差90o。
一般，對于正弦、余弦信號(hào)的逼近，細(xì)分度和d／a轉(zhuǎn)換器分辨率越高，定位精度就越高。但細(xì)分度越高，要求單片機(jī)速度越快，且d／a轉(zhuǎn)換器的分辨率也受到價(jià)格和單片機(jī)速度的影響，根據(jù)樣機(jī)的控制特點(diǎn)，選擇細(xì)分度為100，d／a轉(zhuǎn)換器分辨率為10位。
按細(xì)分度n=100，將正弦波一個(gè)周期分為100等份，則計(jì)算某一函數(shù)值的公式為：
式中 d——某一正弦函數(shù)值
n——細(xì)分度
n——取0～100
將此值轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)，加上偏移碼，即得某一正弦函數(shù)的數(shù)字量，對于雙極性的10位d／a轉(zhuǎn)換器，偏移碼為0200h，即此值ad7520雙極性輸出為零伏。正弦、余弦信號(hào)子程序框圖如圖3所示。
5結(jié)論
a．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用查表形式，單片機(jī)能產(chǎn)生頻率可調(diào)、幅值可調(diào)的正、余弦信號(hào)，方便地實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)及直線步進(jìn)電機(jī)的速度控制。
b．由于采用較高分辨率的細(xì)分電路，使直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定位精度得到提高，樣機(jī)的定位精度達(dá)o |
