步進(jìn)電動(dòng)機(jī)紅外遙控系統(tǒng)中的分級(jí)控制法
李 勇 劉永光 陸永平（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
摘 要 針對(duì)紅外遙控電路數(shù)據(jù)傳送頻率較低的特點(diǎn)，文中對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的環(huán)形分配器進(jìn)行了改進(jìn)，采用了分級(jí)控制和查詢工作方式，同時(shí)解決位置控制精度和控制時(shí)間問(wèn)題，給出了應(yīng)用此電路的平衡過(guò)程曲線，證明了方案的工程實(shí)用性。
敘 詞 紅外線遙控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
1 引言
在所研制的自動(dòng)平衡頭中，選用了永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)42byg131作為驅(qū)動(dòng)元件驅(qū)動(dòng)平衡配重。為了實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的無(wú)接觸傳遞，采用了紅外線遙控工作方式�？刂菩盘�(hào)經(jīng)編碼、調(diào)制、放大以后，由紅外遙控發(fā)射電路發(fā)射出去。平衡頭上的紅外接收電路負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)接收、放大、解調(diào)和譯碼，還原出的信號(hào)直接用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。由于平衡頭要隨旋轉(zhuǎn)部件高速旋轉(zhuǎn)，因此采用了特殊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使傳遞轉(zhuǎn)矩的齒盤不受不平衡離心力的影響，這使得整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的減速比很大。
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(59475017)
外遙控電路的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送頻率較低[1]，采用的vd5026/vd5027編碼／解碼電路****處理頻率為2hz，因此平衡配重的轉(zhuǎn)速較低。所用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的涉距角為1.8度，則平衡配重的****轉(zhuǎn)速為2×1.8/256=0.014走過(guò)一個(gè)圓周的時(shí)間為360/0. 84=428. 5min≈7h，顯然難以滿足工程實(shí)際應(yīng)用的要求。
2分級(jí)控制法原理
為了滿足控制系統(tǒng)提高轉(zhuǎn)速但要保證位置控制精度的要求，可采用分級(jí)控制方式和查詢工作方式。
2.1分級(jí)控制方式
加入脈沖發(fā)生電路和環(huán)形分配器，控制信號(hào)只決定脈沖信號(hào)的通過(guò)與否，而不決定電機(jī)的動(dòng)作頻率，原理如圖1所示，優(yōu)點(diǎn)為：
(1)降低了對(duì)遙控電路的要求，遙控電路只需發(fā)出高電平（對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)）和低電平（對(duì)應(yīng)停止）兩種電平信號(hào)即可。
(2)可以根據(jù)需要任意設(shè)置脈沖發(fā)生電路的頻率，從而調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
這種改進(jìn)的實(shí)質(zhì)是通過(guò)對(duì)導(dǎo)通時(shí)間的控制達(dá)到對(duì)位置的控制，但紅外遙控電路若想實(shí)現(xiàn)時(shí)間的準(zhǔn)確控制是比較困難的[2]。
2.2查詢工作方式
基本思想為，當(dāng)遙控電路給出轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)后，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)某一固定步數(shù)，****是運(yùn)行周期的整數(shù)倍，此處取16步。在此期間，控制信號(hào)的有無(wú)不影響電機(jī)的運(yùn)行。走完16步后，若控制信號(hào)仍為導(dǎo)通則再走16步，否則停轉(zhuǎn)。這樣，電機(jī)走過(guò)的步數(shù)肯定為16步的整數(shù)倍，可以準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)位置控制。需要解決的問(wèn)題是：
(1)環(huán)形分配器的輸出必須以16步為一個(gè)周期。
(2)環(huán)形分配器必須設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)端作為位置狀態(tài)反饋信號(hào)。
3電路設(shè)計(jì)
3.1脈沖發(fā)生電路
由與cd4011構(gòu)成，輸出頻率為50hz的cp脈沖，電路如圖2所示。
3.2環(huán)形分配器[3，4]
可逆計(jì)數(shù)器74ls191和eprom2732構(gòu)成。74ls191為16進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器，輸出為ooh - ofh，作為eprom2732的地址輸入，而每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)74ls191上有時(shí)鐘脈沖時(shí)，便作加或減計(jì)數(shù)，使eprom2732的地址也增加或減少，從而不斷改變導(dǎo)通狀態(tài)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。
由于16個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)中只有一個(gè)狀態(tài)決定是否接收控制信號(hào)，因此把eprom2732的輸出端do - d3作為相脈沖信號(hào)，d4作為狀態(tài)反饋信號(hào)。相應(yīng)地，其內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示．
用eprom2732的d4信號(hào)和控制信號(hào)一起構(gòu)成與門開(kāi)關(guān)，控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，電步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走16步對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t=16/50=0.32s，因此紅外遙控信 |
