车床改造说明书(4)

2019-07-13 18:24

理解为接受一个有效脉冲沿指令。对于共阳极而言低电平为有效,此时驱动器将按照相应的时序驱动电机欲行一步。

②方向信号输入 单脉冲模式下该端的内置光耦的通、断被解释为电机运行的两个方向,信号的改变将使电机运行的方向发生变化,该端的悬空被等效认为输入高电平。

③脱机信号输入 内置光耦导通时电机相电流将被切断,转子处于自由状态,当不需要此功能时,脱机信号端可悬空。典型接线图如下

电路原理

图1给出了H桥驱动电路[ 1 ]与步进电机AB相绕组连接的电路框图.4个开关K1 和K4 , K2 和K3 分别受控制信号a,b的控制,当控制信号使开关K1 , K4 合上, K2 , K3断开时,电流在线圈中的流向如图( a) ,当控制信号使开关K2 , K3 合上, K1 , K4 断开时,电流在线圈中的流向如图( b)所示. 4 个二极管VD1 , VD2 , VD3 , VD4为续流二极管,它们所起的作用是:以图 ( a)为例,当K1 , K4 开关受控制由闭合转向断开时,由于此时线圈绕组AB 上的电流不能突变,仍需按原电流方向流动(即A →B) ,此时由VD3 , VD2来提供回路. 因此,电流在K1 , K4 关断的瞬间由地→VD3 →线圈绕组AB→VD2 →电源+VS 形成续流回路. 同理,在图1 ( b)中,当开关K2 , K3 关断的瞬间,由二极管VD4 ,VD1提供线圈绕组的续流,电流回路为地→VD4→线圈绕组BA→VD1 →电源+VS. 步进电机驱动器中,实现上述开关功能的元件在实际电路中常采用功率MOSFET管.由步进电机H桥驱动电路原理可知,电流在绕组中流动是两个完全相反的方向. 推动级的信号逻辑应使对角线晶体管不能同时导通,以免造成高低压管的直通.

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另外,步进电机的绕组是感性负载,在通电时,随着电机运行频率的升高,而过渡的时间常不变,使得绕组电流还没来得及达到稳态值又被切断,平均电流变小,输出力矩下降,当驱动频率高到一定的时候将产生堵转或失步现象. 因此,步进电机的驱动除了电机的设计尽量地减少绕组电感量外,还要对驱动电源采取措施,也就是提高导通相电流的前后沿陡度以提高电机运行的性能.步进电机的缺陷是高频出力不足,低频振荡,步进电机的性能除电机自身固有的性能外,驱动器的驱动电源也直接影响电机的特性. 要想改善步进电机的频率特性,就必须提高电源电压.

细分原理

步进电机的运行需要各相电流满足一定的时序要求, 而电磁力的大小与绕组通电电流的大小有关, 如果绕组中电流不再是方波, 而是一个分成个台阶的近似阶梯波, 电机每运行一个阶梯即转动一步。当转动小步时, 实际上相当于转过一个步距角, 这就是所谓的细分原理。以二相步进电机为例:式(1)、(2)为A、B相电流公式,式(3)、(4)则为分别的力矩。

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这里K0是转矩的常量,矢量合成式(3)、(4)得到

可见, 细分前后合成力矩并没有变化, 但是电机运行的平稳性却增加了。下图的上半部分为整步运行下的A、B两相的电流图。可以看出点1、2、3、4点的合成力矩相等,但是连续性不好,尤其是在低频运行时会有明显的振动,而经过细分的则不同,将整步的一拍分为四步来完成,即四细分,每一微步的电流合成大小都一样,这样使得每一步过渡更加平稳,有效抑制了振动,并减少了失步。

电路设计

下图给出了驱动器AB相线圈功率驱动部分原理图.

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选用的功率MOSFET元件是IRFP460,其ID =20A, VDSS = 500 V, RDS(ON) = 0. 27Ω.在图2中, 功率MOSFET管VT1 , VT2 , VT3 , VT4 和续流二极管VD11 , VD19 , VD14 , VD22 相当于图1中的K1 ,K2 , K3 , K4 和VD1 , VD2 , VD3 , VD4. 功率MOSFET管的控制信号是由TTL逻辑电平a, a, b, b来提供的,其中a与a, b与b在逻辑上互反. 3.1.2.3接口电路 接口电路如图所示

输入接口电路

由PA0口发出脉冲信号,PA1发出方向想信号指令,PA2口发出脱机指令来实现电机的控制,接线图见下图

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3.2软件设计 3.2.1流程图

系统控制软件根据数控机床的控制和功能要求, 采用模块化程序设计方法设计系统的控制软件系统控制软件包括: ①系统管理程序(见图1) , 其功能是接受命令、执行命令或从命令处理程序返回到管理程序接受命令的环节, 使系统处于新的等待操作状态; ②零件加工源程序的输入处理程序; ③插补程序, 即根据加工程序进行插补运算, 分配送给脉冲; ④伺服控制程序, 即根据插补运算的结果或操作者命令控制步进电动机的速度及方向; ⑤诊断程序, 包括移动部件超程、急停、系统故障诊断、查错等功能; ⑥机床自动加工及手动程序(见图1) , 自动加工包括准备功能(G)、辅助功能(M )、主轴转速功能(S) 和刀具功能(T ) 等; 手动程序多用于调整机床时用; ⑦键盘操作和显示处理程序.

软件采用模块化设计。主要包括主模块、子程序模块和中断处理模块等。

① 主模块

主模块即系统管理程序,开机后即执行该程序。其功能是: 8155I/O 接口初始化,单片机T0 ,T1 定时器/ 计数器初始化, 键盘数据区、显示缓冲区初始化,各种软件标志初始化等。主模板中的监控主要是判别是否有功能键按下,若有则转相对应的功能子程序模块。简化流图如图3 所示。

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