伺服装置与数字控制系统

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1、第5章伺服装置与数字控制系统位置伺服驱动是数控系统的重要组成部分，采用计算机控制技术是保证位置控制精度的重要环节。位置控制是以移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统，又称为随动系统、拖动系统或伺服机构，广泛应用于运输、加工、装配、包装、制造等领域。开环控制是计算机发出的指令信号流程是单向的，它没有检测反馈装置，其精度主要决定于驱动元器件和步进电机的性能。其结构如图5-1所示。闭环控制是计算机发出运动的指令信号，伺服驱动装置快速响应跟踪指令信号。检测装置将位移的实际值检测出来，反馈给计算机中调节电路比较器，有差值就发出信号，不断比较指令值与反馈的实

2、际值，不断地发出信号，直到差值为零，运动结束。数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机床）按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制。数字程序控制系统一般由输入装置、输出装置、控制器和伺服驱动装置等组成。随着计算机技术的飞速发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数字控制系统。数字程序控制系统中的轨迹控制策略是插补、速度和位置控制，它们要解决的问题就是要用一种简单快速算法计算出工作台运动的轨迹信息。其典型应用如图5-3所示。图5-3数字运动控制器典型应用内容提要5.1步进开环

3、驱动装置5.2交流伺服闭环执行机构5.3数字程序控制技术5.4本章小结5.1步进开环驱动装置1．步进电机工作原理结构：步进电机是按电磁吸引的原理工作的。图5-４(a)示出两相混合式步进电机的轴向剖面图，转子被分成完全对称的两段，一段转子的磁力线沿转子表面呈放射形进入定子铁芯，称为N极转子；另一段转子的磁力线是从定子沿定子表面穿过气隙回归到转子中去的，称为S极转子。为了和转子配合，定子也分为两段，其上装有两相对称绕组。沿转子轴向安装一块永久磁铁，形成N极转子和S极转子。图5-４(b)示出S极转子段的横断面，定子上有均匀分布的8个磁极，每个磁极下有5个梳

4、齿。转子上均匀分布着50个齿，齿间（齿距）夹角为7.2°(360°/50)按角度计算，定、转子的齿宽和齿距严格相等。当磁极1下是齿对齿时，磁极5下也是齿对齿，与此同时，磁极3和磁极7下却正好是齿对槽。定子的每一相都有励磁绕组，通电产生磁极。A、B相磁极相差45°。当一相通电，另一相不通电，在磁场作用下使转子齿旋转一定角度和通电相的定子齿对齐。由于各相磁极相差45°，而45°不是7.2°的整数倍，故形成新的错齿。错齿是促使步进电机旋转的根本原因。(a)剖面图(b)结构图图5-1混合式步进电机剖面图及结构图运行方式：如果定子A、B二相按A→B→Ａ(1)→

5、Ｂ(1)→Ａ(2)→Ｂ(2)→······A(7)→Ｂ(7)→Ａ的顺序依次通电，则步进电机将不断地按顺时针方向转动。每一次通电转0.45°，每十六次通电才走完一个齿距，因此叫二相十六拍。每一次通电转动的固定角叫步距角。显然，二相十六拍运行时，步距角＝0.45°。如果把顺时针叫正转，那么当通电顺序按A→B(7)→A(7)→B(6)→→······→B→A进行时，则电机反时针旋转，叫反转。可见控制步进电机正转反转只是二相绕组通电顺序不同而已。按照A→AB→B→A(1)B→A(1)→······→B(7)→AB(7)→A的顺序控制，电机将按顺时针方向旋

6、转，每步转动0.225°，即步距角=0.225°，由于要经过32步才走完一个齿距(6×1.5°=9°)，所以叫二相三十二拍。如果要使步进电机反转，只要按A→AB(7)→B(7)→······→B→BA→A顺序通电就行了。以上为单16拍供电方式和双16拍供电方式的步进电机驱动模式。如果采用细分供电方式，可实现更多的循环拍数，控制步进电机达到更小的步距角，满足工业生产更高的位置精度。随着步进电机在位置伺服系统中的广泛应用，各种成套装置应运而生，给使用者带来了极大的方便。下面从应用的角度介绍UC3717的应用电路、步距数字控制方法及单片机的接口电路和控制

7、程序。了解成套装置环形分配器、步进驱动、与上位机脉冲接口的具体实现过程。2．步进电机数字驱动技术１）UC3717的引脚功能：1脚(Bout)和15脚(Aout)：分别接一相绕组线圈的两端；2脚(Timeing)外接RC定时元件；3脚、14脚(Vm)：绕组线圈供电电源，可在10V~45V的范围内选择；4、5、12、13脚(GND)：接地端；6脚(VCC)：IC供电电源，+5V；7脚、9脚(I1,I0)：用于选择绕组线圈电流；8脚(Phase)：相位输入端，用于控制转动方向；10脚(Current)和16脚(Emitter)：16脚外接绕组电流采样电阻，

8、采样信号通过RC低通滤波器送至10脚，与内部电压比较器的基准电压进行比较；11脚(VR)：外接参考电压，改变