| l 引 言 直線步進電動機是一種直線增量運動的電磁執行元件，是一種將輸入脈沖轉換成步進直線運動的機電裝置。它具有在開環條件下，能直接提供精確可靠的直線位移、速度和加速度控制，且能靜態和動態定位，目前已在數控機械、計算機外設等精密驅動、精密控制領域得到廣泛的應用。 直線步進電機的定位精度是一個十分重面的性能參數。直線步進電機可以用一般的脈沖信號來控制和驅動，但采用一般的脈沖信號，定位分辨率比較低，因此直線步進電動機主要采用細分電路提高定位分辨率。2直線步進電機的控制系統所設計的樣機是二相混合式直線步進電動機，在繞組A和B分別通過正弦、余弦電流，步進電動機即能正常運行。整個控制系統可分成調頻電路、細分電路、驅動電路、鍵盤顯示電路、存儲器擴展電路等部分，如圖1所示。 根據混合式直線步進電機的控制特點，要求細分電路滿足如下要求。 a．由單片機形成頻率可調、幅值可調的正弦和余弦信號。 b．頻率范圍為0．6～300Hz。 c．在細分度允許的條件下，提高定位精度。3細分電路的硬件設計 所介紹的細分電路是利用單片機I／D口每隔一定時間輸出不同的數字量，該數字量分別為相應時刻的正弦函數值和余弦函數值，經D／A轉換就得到正弦和余弦信號，由若干個數字量逼近的正、余弦信號，它的精確度取決于正、余弦信號的細分度和D／A轉換器的分辨率。所選擇的細分度為100，D／A轉換器的分辨率為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轉換器AD7520不帶鎖存器，故8031采用二次操作輸出10位數據，先將高2位數據輸到74LS74(1)，接著把低8位數據輸出到74LS377，同時把74ILs74(1)的內容傳送到74Ls74(2)，從而實現8031輸出10位數據同時達到AD7520的數據輸入線，通過改變AD7520的參考電壓VREF，可改變正、余弦信號的幅值。 為了能改變直線步進電機的速度，必須輸出的正弦、余弦信號是一種頻率可調的信號，采用ADC0809將模擬量轉換成數字量，并作8031定時器O的時間常數。設8031定時器0采用工作方式0，則時間常數為13位，低5位固定，高8位采用ADC0809轉換的數字量，通過改變AI)C0809的輸入模擬量，改變ADC0809輸出的數字量，從而改變了定時時間常數，達到改變正弦、余弦信號頻率的目的。4細分電路的軟件設計 為了節省CPU時間，對正弦、余弦信號的數字量，不是采用即時計算的方法確定，而是預先經過計算，形成一個正弦函數表，存放在單片機的存儲器中，通過查表形成正弦波，余弦波的形成只是在查表時相差90o。 一般，對于正弦、余弦信號的逼近，細分度和D／A轉換器分辨率越高，定位精度就越高。但細分度越高，要求單片機速度越快，且D／A轉換器的分辨率也受到價格和單片機速度的影響，根據樣機的控制特點，選擇細分度為100，D／A轉換器分辨率為10位。 按細分度N=100，將正弦波一個周期分為100等份，則計算某一函數值的公式為：式中 D——某一正弦函數值 N——細分度 n——取0～100 將此值轉換為16進制數，加上偏移碼，即得某一正弦函數的數字量，對于雙極性的10位D／A轉換器，偏移碼為0200H，即此值AD7520雙極性輸出為零伏。正弦、余弦信號子程序框圖如圖3所示。5結論a．實驗結果表明，采用查表形式，單片機能產生頻率可調、幅值可調的正、余弦信號，方便地實現細分驅動及直線步進電機的速度控制。b．由于采用較高分辨率的細分電路，使直線步進電動機定位精度得到提高，樣機的定位精度達O．04mm。 |
