步進電動機的微機控制
鐘守炎（江漢石油學院）
【摘 要】介紹采用微機控制實現(xiàn)五相步進電動機脈沖分配的方法，為充分發(fā)揮步進電動機的工作性能，程序采用升降速處理方法，選擇了一條比較理想的升降速運行曲線，使步進電動機在各種頻率下運行和停止不產(chǎn)生失步、過沖。
【敘 詞】步進電動機微機控制驅(qū)動程序
1引 言
近年來，微機得到了廣泛的應用，從自動控制、數(shù)值計算到信號處理各個領域，微機都發(fā)揮了積極的作用。對于老設備的改裝控制、智能儀表和過程控制，都采用微機作為智能部件，用步進電動機作轉(zhuǎn)換媒介，將微機的電信號轉(zhuǎn)換為機械動作，從而控制執(zhí)行機構(gòu)的移動方向、移動速度和移動距離。本文以五相步進電動機(150bf5)為例，介紹用軟件來代替以往的硬件邏輯，設計一實用的步進電動機驅(qū)動程序。該程序已用于c620-1b普通車床的改造中。
2步進電動機的控制特點
步進電動機是一種將脈沖電信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的精密執(zhí)行和驅(qū)動元件。在儀表等自動化裝置和工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，步進電動機要工作在不同的速度場合。對于低速工作場合，則可以直接啟動，采用恒速工作方式設計軟件；當步進電動機在高速場合下工作時，就不能采用恒速工作方式，因為由步進電動機的短頻特性（圖1為150bf5步進電動機的實測曲線）可知，轉(zhuǎn)矩m是頻率的函數(shù)。1989年《微電機》第3期，張仲榮等載文“數(shù)控機床用步進電動機的合理升降頻特性，介紹五相步進電動機在低頻共振時的特點是其運行矩頻特性均因存在低頻共振而出現(xiàn)下凹現(xiàn)象，所以，步進電動機直接啟動的****頻率是一有限值。如果實際運行的頻率大于這一有限值，步進電動機直接啟動就會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。因此，要使步進電動機在高速下運行，必須以低速啟動，然后再慢慢加速到高速；同樣，步進電動機不能在高速運行狀態(tài)下突然停止，否則，由于慣性作用而可能出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，所以要以高速慢慢降到低速，最后才能可靠地停止。要滿足這兩種工作過程的要求，步進電動機就必須采用變速方式工作，即升降速處理方式，這也是提高步進電動機啟停頻率的關鍵。可見，步進電動機驅(qū)動程序應解決脈沖分配、運轉(zhuǎn)方向和步數(shù)（頻率）控制以及升降速處理等。
3驅(qū)動程序設計
3.1硬件接口設計
對于一臺五相步進電動機（或多臺），有五個通電繞組，需要微機的五個控制信號，可采用微機（由北京工業(yè)大學電子廠生產(chǎn)的tpstd系列模板：tp std880ib280a多功能cpu板、tp std 8601多功能i／o控制板及鍵盤、顯示板等組成）的并行pio接口，它具有16條可編程的i／o線。通過編程可使pio口接收或發(fā)送多種信息，將pio口的a口(其口地址為78h)。設置為輸出工作方式，并用pao～pa。五位來控制五相步進電動機的五個通電繞組。當某一位為l時，發(fā)出正脈沖使步進電動機的對應相通電；當某一位為0時，使步進電動機的對應相斷電，從而控制步進電動機轉(zhuǎn)動。
3.2脈沖分配的實現(xiàn)
要使步進電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動，就要通過軟件控制脈沖輸出的順序，即脈沖分配。
對于五相(a、b、c、d、e)步進電動機，其工作方式有多種，本文采用2- 3- 2-3工作方式，即五相十拍工作方式，其通過順序為
正轉(zhuǎn)：ab- abc-bc—bcd—cd-cde—de—dea- ea-eab—ab
反轉(zhuǎn)：ba--bae-ae—aed--ed—edc—dc -dcb-cb一cba-ba
采用工作狀態(tài)字來實現(xiàn)這一通電順序。如表1所示，并采用查表方法實現(xiàn)步進電動
機的脈沖分配，以提高運行速度。其方法是：在微機存貯器內(nèi)開辟一組單元(ta-ble+o，table+1，……)，依次存放步進電動機的工作狀態(tài)字，用寄存器hl作為狀態(tài)字的地址指針。當程序執(zhí)行時，根據(jù)地址指針依次從內(nèi)存單元中取出狀態(tài)字送到輸出口(pio a口)，正轉(zhuǎn)時，使指針hl逐次加1，反轉(zhuǎn)時使指針hl逐次減l，從而控制步進電動機正、反轉(zhuǎn)。
3.3步進電動機的速度控制
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