第4章 顺序控制与数字控制技术

1、杨廉13974840307163.COM4.1 4.1 顺序控制技术顺序控制技术4.2 4.2 数字程序控制技术数字程序控制技术第第4 4章章 顺序控制与数字控制技术顺序控制与数字控制技术第第4 4章章 顺序控制与数字控制技术顺序控制与数字控制技术4.1 4.1 顺序控制技术顺序控制技术4.1.1 顺序控制概述4.1.2 顺序控制系统的组成4.1.3 微机顺序控制系统应用案例4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述二、顺序控制系统的类型二、顺序

2、控制系统的类型 目前在现场应用的顺序控制系统数量庞大，其控制的对象及过程也不尽相同。 但根据其输入装置中的元器件及逻辑控制器件的特点可将顺序控制系统分为下 列4种类型。1 1、按顺序执行的继电一接触器控制系统、按顺序执行的继电一接触器控制系统 继电器控制装置是根据控制对象的特点及工艺要求，先计算出输出与各输入条 件的逻辑关系式，再按该逻辑关系式把一定数量的继电器、接触器、开关及其 他电器的相关触点用导线连接成相应的控制电路，从而达到自动顺序控制的目 的。该系统主要应用于简单的机床电气控制系统、化工、包装等控制逻辑不太 复杂、工作电流较大的领域。2 2、半导体逻辑顺序控制系统、半导体逻辑顺序控制

3、系统 该系统采用半导体逻辑顺序控制装置作为组成顺序控制系统核心部件。将半导 体逻辑元器件（如二极管、三极管、门电路、触发器及CPU芯片等）按一定的 逻辑运算关系在印制电路板上连接成顺序控制系统就称为半导体逻辑顺序控制 装置，也称无触点逻辑控制装置。它克服了继电一接触器控制系统中寿命短、 工作频率低、功能简单、可靠性差等缺点，是常用的顺序控制系统之一。4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述 3 3、可编程顺序控制器系统、可编程顺序控制器系统 该系统采用可编程控制器（PLC）作为顺序控制系统核心部件。它是针对继电 器顺序控制器及非接触式半导体逻辑控制装置专用性强、更改维护不易的缺点 而推

4、出的一种顺序控制系统。该类顺序控制器把CPU、I/O、程序存储器、数字 存储器等元器件集成在同一个控制器中；特别是针对其工作的工业环境，强化 了其I/O接口的数量、种类及功能，使控制器不需扩展就具有带多种负载的能 力。为了提高其抗干扰能力，在控制器内部专门集成了光耦、电子看门狗等抗 干扰电路，使其在工作时能适应恶劣的工作环境。该系统在现场中得到了广泛 应用，PLC也成为顺序控制系统装置中的主流设备之一。4 4、微机顺序控制系统、微机顺序控制系统 该系统采用微型计算机作为顺序控制系统核心部件。该系统适用于要求精度 高、性能复杂等顺序控制的场合。该系统具有应用灵活、智能程度较高、二次 开发效率高等

5、优点。顺序控制方式顺序控制方式 连锁式顺序步进控制是将前一个动作的常开触点串联在后一个动作的启动线路 中，作为后一个动作发生的必要条件。同时将代表后一个动作的常闭触点串入 前一个动作的关断线路里。 定时器式顺序控制动作的发生是在定时器的控制下自动按顺序一步步进行的。 下一个动作发生时，自动把上一个动作关断。这样，一个动作接着一个动作发 生。在实际工程应用中，常用于设备的顺序启动的控制。4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述三、顺序控制系统的特点三、顺序控制系统的特点 1、顺序控制系统的输入、输出信号以开关量信号为主、顺序控制系统的输入、输出信号以开关量信号为主 顺序控制系统常常利用按

6、钮、行程开关、光电开关、限位开关等开关输入量元 器件输入控制对象的位置、状态等信息，CPU根据相关信息进行逻辑运算后， 作出相关的逻辑判断并向外输出开关控制信息，输出的开关信息经驱动电路放 大后，控制电磁阀、继电器、开关电路等执行电路动作，从而可以操作液压、 气压、电动机等装置按要求动作。 2、逻辑关系复杂、逻辑关系复杂 有些复杂的顺序控制系统输出信号和输入信号之间，各个输出信号之间存在复 杂的逻辑关系和时序关系，例如高层建筑的多台电梯群控系统。 在顺序控制系统的工作过程中，控制对象的工作状态需由检测电路将相应检测 的信号传递给CPU，CPU依据原先植入的算法程序进行逻辑运算后，再决定将 控制

7、对象导入何种工步工作。因此，在设计该类控制系统时，必须对信息流在 系统中的流向及转化关系有较深刻的理解。3、控制程序客观、控制程序客观 由于顺序控制程序中，上一步骤与下一步骤之间是否进行转换决定于控制对象 的实际状态及所检测的相关参数情况，所有控制程序中相关程序的设计必须配 有相关检测电路并且系统需足够的IO接口来输入、输出相关信息，需足够容 量的程序存储器存储程序，较复杂的顺序控制系统还必须配有CPU对电路状态 进行输入、存储、运算、判断并产生控制时序。4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述4、可靠性要求高、可靠性要求高 顺序控制系统一般用于多步骤、多工序控制对象的加工或生产过程，

8、往往具有 一定的生产规模和使用频率。由于各步骤、工序是有条件地联系起来的，前一 个工序如果未处理好就进入下一工序工作的话，将会造成很大的破坏及危害。 所以在设计时，对控制对象状态的检测要求全面、及时，程序对信息处理方式 要求正确、可靠，执行机构动作迅速、准确，在循环工作时误差小、工作稳 定。4.1.1 4.1.1 顺序控制概述顺序控制概述 典型的微机顺序控制系统是由系统控制器、信号检测、执行机构及被控对象等 组成，如图所示。 一般地，顺序控制系统的输入和输出都是开关信号，顺序控制系统控制生产机 械按照次序或时序动作，动作的转换是根据对现场输入信号的逻辑判断或时序 判断来决定的，因此顺序控制系统

9、应具有较完善的输入、输出功能和各种接口 电路，并具有逻辑记忆以及时序产生和时序判断的功能， 这些功能均由系统 控制器完成，它是组成顺序控制系统的核心部分。 此外，为了保证系统工作可靠，有的系统中需对执行机构或控制对象的实际状 态进行检查或测量，将结果及时反馈给控制器，这就需要增加信号检测电路。 显示与报警单元用于实时显示被控对象的工况以及故障时的报警。4.1.2 4.1.2 顺序控制系统的组成顺序控制系统的组成 例子：例子：钻孔动力头在一个工作循环中有快进、工进、工进延时、快退和停止5 个工作状态。从前一个工作状态转人下一个工作状态，是根据来自现场的输入 信号的逻辑判断，现场输入信号有启动按钮

10、SB1、原位开关SQ1、行程开关SQ2 和SQ3及延时信号，这些电器触点的通断，通过输入电路变换为电平信号送到 输入接口的输入端，CPU按一定的逻辑顺序读取这些信号，并逐一判断是否满 足各工作状态转换条件。若满足，则发出相应的转换工作状态的控制信号。输 出控制信号通过输出接口经过输出电路驱动相应的电磁阀吸合或释放，从而改 变液压油路的状态，使动力头转换为新的工作状态。若不满足，则等待（当 CPU只控制一台动力头时）或跳过，转向询问另一台动力头（当CPU控制多台动 力头时）。下面介绍采用803l单片机实现动力头的顺序控制。4.1.3 4.1.3 微机顺序控制系统应用案例微机顺序控制系统应用案例一

11、、硬件框图一、硬件框图 在该例中，因为输入、输出的点数不多，故 用单片机内的P1口作为I/O端口。输入、输出 信号连接如图4.4所示。现场的输入信号SB1、 SQ1、SQ2、SQ3经过输入电路处理后分别送到 P1口的P1.0P1.3，当触点闭合时，P1口对应 的位为“1”，当触点断开时，P1口对应的位 为“0”。计算机发出的控制信号经P1口的 P1.5P1.7输出至输出电路放大后驱动执行机 构完成相应的动作。 单片机只能接受电平为05V的开关信号或数字信号， 而反映现场工作状态的是按钮、行程开关、转换开 关、继电器等电器触点的接通或断开。因此输入电路 必须完成电平转换的任务，即将电器触点的通、

12、断转 换成单片机所能接受的电平。同时，为了保证系统工 作安全可靠，还必须考虑信号的滤波和隔离。常用的 输入电路有中间继电器隔离的电平转换电路、晶体管 隔离及电平转换电路、光电耦合器输入隔离电路以及 变压器输入隔离电路等。单片机接口输出的控制信号 通常为05V。因此，在输出锁存器与负载之间，通常 要加驱动电路，以获得必要的电流、电压和功率。常 用的输出驱动电路有中间继电器输出电路、晶体管输 出电路、固态继电器输出电路以及晶闸管输出电路等.二、控制程序流程图及控制程序二、控制程序流程图及控制程序 控制程序流程图如图4.5所示。从程序流程图可以看 出，控制程序按一定的逻辑顺序读入被控设备的状态 信号

13、，按预定的逻辑算式进行与、或、非等逻辑运 算；按运算结果判别是否发出某种控制信号。根据程 序流程图，输入、输出信号排列，用8031汇编语言编 写的控制程序如下页：.3微机顺序控制系统应用案例微机顺序控制系统应用案例4.1.3 4.1.3 微机顺序控制系统应用案例微机顺序控制系统应用案例 在程序中，在某一工步读入 现场信号后，判断相应的行 程开关是否被压动，若是， 则转下一工步；若不是，则 反复输出本步的控制信号。 在实际应用中，这样安排程 序能够有效地提高系统的抗 干扰能力。例子：交通信号灯控制系统设计。交通信号灯控制系统设计。 4.1.3 4.1.3 微机顺序控制系统应用案例

14、微机顺序控制系统应用案例 北向 南向 东向 西向 红 红 红 红 黄 黄 黄 黄 绿 绿 绿 绿 启动 停止 东西向 南北向 黄黄 红红 绿绿 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 交通信号灯控制盘 I0.0 I0.1 上图所示为双干道交通信号灯设置示意图，元件分配表如下。 开 始 东西向红灯亮、南北向绿灯亮 20s 时间到否？ 东西向红灯亮、南北向黄灯亮 5s 时间到否？ 东西向绿灯亮、南北向红灯亮 30s 时间到否？ 东西向黄灯亮、南北向红灯亮 5s 时间到否？ Y Y Y Y N N N N 1.1.控制说明控制说明 信号灯的动作受 开关总体控制， 按一下起动按 钮

15、，信号灯系统 开始工作，工作 流程如图所示。 2.2.顺序功能图顺序功能图 分析信号灯的变化规律， 可将工作过程分成4个依设 定时间而顺序循环执行的 状态：S2、S3、S4和S5， 另设一个初始状态S1。由 于控制比较简单，可用单 流程实现，如图所示。 编写程序时，可将顺序功 能图放置在一个功能块 （FB）中，而将停止作用 的部分程序放置在另一个 功能（FC）或功能块 （FB）中。这样在系统启动 运行期间，只要停止按钮 （Stop）被按动，立即将 所有状态S2S5复位，并 返回到待命状态S1。4.1.3 4.1.3 微机顺序控制系统应用案例微机顺序控制系统应用案例在待命状态下，只要按动起动按钮

16、（Start），系统即开始按顺序功能图所描述的过程循环执行。4.2 4.2 数字程序控制技术数字程序控制技术4.2.1 数字程序控制基础4.2.2 逐点比较法插补原理4.2.3 步进电机控制技术4.2 4.2 数字程序控制技术数字程序控制技术4.2 4.2 数字程序控制技术数字程序控制技术4.2 4.2 数字程序控制技术数字程序控制技术一、数字程序控制的基本原理一、数字程序控制的基本原理 首先分析如图4.6所示的平面曲线图形，如何用计算机在绘图仪或数控加工机 床上重现，以此来简要说明数字程序控制原理。1 1、曲线分割、曲线分割 将所需加工的轮廓曲线，依据保证线段所连的曲线（或折线）与原图形的误

17、差 在允许范围之内的原则分割成机床能够加工的曲线线段。如将图4.6所示的曲 线分割成直线段ab，cd和圆弧曲线bc三段，然后把a、b、c、d四点坐标记下来 并送给计算机。4.2.1 数字程序控制基础2 2、插补计算、插补计算 根据给定的各曲线段的起点、终点坐标（即a、b、c、d各点坐标），以一定的 规律定出一系列中间点，要求用这些中间点所连接的曲线段必须以一定的精度 逼近给定的线段。确定各坐标值之间的中间值的数值计算方法称为插值或插 补。常用的插补形式有直线插补和二次曲线插补两种形式。直线插补是指在给 定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，当然由此定出中间点连接起来的折 线近似于一条直线，而并

18、不是真正的直线。所谓二次曲线插补是指在给定的两 个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲 线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。对图4.6所示的曲 线，ab和cd段用直线插补，bcbc用圆弧插补比较合理。3 3、脉冲分配、脉冲分配 根据插补运算过程中定出的各中间点，对x、y方向分配脉冲信号，以控制步进 电机的旋转方向、速度及转动的角度，步进电机带动刀具，从而加工出所要求 的轮廓。根据步进电机的特点，每一个脉冲信号将控制步进电机转动一定的角 度，从而带动刀具在x或y方向移动一个固定的距离。把对应于每个脉冲移动的 相对位置称为脉冲当量或步长，常用x和y来表

19、示，并且x=y。很明 显，脉冲当量也就是刀具的最小移动单位，x和y的取值越小，所加工的曲 线就越逼近理想的曲线。4.2.1 4.2.1 数字程序控制基础数字程序控制基础4.2.1 4.2.1 数字程序控制基础数字程序控制基础4.2.1 4.2.1 数字程序控制基础数字程序控制基础 4.2.1 4.2.1 数字程序控制基础数字程序控制基础三种方式比较三种方式比较4.2.1 4.2.1 数字程序控制基础数字程序控制基础4.2.1 4.2.1 数字程序控制基础数字程序控制基础4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理00y

20、xyxmm00yxxymm00yxxyFmmm4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理。4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理 于是取偏差计算式为 Fm=ymxe-xmye 偏差判别式： 若Fm = 0，则点m在OA直线段上； 若Fm 0，则点m在OA直线段的上方； 若Fm = 0时，沿+x轴方向走一步； 当Fm = 0，这时沿+x轴方向走一步至m1点。 ( xm+1， ym+1) = ( xm+1, ym ) Fm+1= ym+1xe-xm+1ye= ymxe-(xm+1)ye = ymxe-xmye -ye= Fm ye （2）设加工点在m点，若F

21、m = 0，Fm+1= Fm ye 若Fm 0，Fm+1= Fm+ xe 终点判断： 方法1：设置x，y轴两个减法计数器Nx和Ny ，加工前分别存入终点坐标xe和ye ， x (y) 轴每进给 一步则Nx 1 (Ny 1）, 当Nx和Ny 均为0，则认为达到终点。 方法2：设置一个终点计数器Nxy , x 或y 轴每进给一步则Nxy 1，当Nxy 为0，则认为达到终点。 第一象限内的直线插补第一象限内的直线插补 偏差计算式： 若点m在OA直线段上，则有: xm/ym=xe/ye即ymxe-xmye0 4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理偏差判别坐标进给偏差计算终点判断

22、走一步比较一次决定下一步的走向 插补结束判断 2 2、4 4个象限的直线插补个象限的直线插补 设A1、A2、A3、A4分别表示第一、第二、第三、第四象限的4种线型。它们的 加工起点均从坐标原点开始，则刀具进给方向如图右所示。凡F0时，向x方 向进给，在第一、第四象限向+x方向进给；在第二、第三象限，向-x方向进 给；凡FR，于是可以写成即也就是说，P点在圆外时，其插补偏差F0。P点在圆弧之内时，则OPR，于是可得即P点在圆弧之内时，偏差值F0，向圆内（-x方向）进给一步； P点在圆弧内时，FO处理。3)3)偏差计算偏差计算 依据式（4.4）计算偏差F，需进行3项乘方的计算，比较费时，为简化计算

23、， 采用递推法来求F值。 以第一象限逆圆为例：设P点在圆外，FO，则刀具向-x方向走一步，到达（x- 1，y）点，设新点的偏差为F，则有4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理 若P点在圆内，FO，则刀具向+y方向走一步，新点的坐标值为（x，y+1），设新点 的偏差为F，则有 与直线插补一样，总是设刀具从圆弧的起点开始插补，因此初始偏差值F0=0。此后的 F值可用式（4.5）和式（4.6）算出。（4.5）（4.6） 4）终点判别 与直线插补的终点判别一样，设置一个长度计数器，取x、y坐标轴方向上的总步数作 为计数长度值，每进给一步，计数器减1，当计数器减到零时，插补结束。4

24、.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理00yyxxneexy 长度计数器的初值为（4.7）也可以每个坐标方向设一个计数器，其计数长度分别为 0 xxnex0yyney x方向进给时， xn减1，在y方向进给时 yn减1。直至 和 第一象限逆圆插补的流程图如图4.14所示。在计算机的内存中设置6个单元X0、Y0、XE、YE、NXY、FM，X0存放起点横坐标x0，Y0存放起点纵坐标y0，XE存放终点横坐标xe，YE存放终点纵坐标ye，NXY存放总步数nxy，FM存放加工点偏差F，F的初值为F0=0，xe和ye的初值为x0和y0，与直线插补不同，每进给一步后，除进行新的偏差计算外

25、，还要计算出新的坐标值，供下一次偏差计算时使用。实际的程序，随着处理方法的不同可能有较大的差别，但总是以处理方便、结构简单、程序执行速度快等原则来考虑的。xnyn都减为零时，插补结束。 例4.4假设加工第一象限逆圆弧AB，起点A的坐标值为x0=4，y0=3，终点B的 坐标值为xe=0，ye=5。试进行插补计算并作出走步轨迹图。 计算过程如表4.3所示。根据表4.3可作出圆弧插补走步轨迹如图4.15所示。4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理2 2、四象限的圆弧插补原理、四象限的圆弧插补原理 在实际应用中，所要加工的圆弧可以在不同的象限中，可以按逆时针的方向加 工，也可以按

26、顺时针的方向来加工。为了便于表示圆弧所在的象限及加工方 向，可用SR1、SR2、SR3、SR4依次表示第一、二、三、四象限中的顺圆弧，用 NR1、NR2、NR3、NR4分别表示第一、二、三、四象限中的逆圆弧。 前面以第一象限逆圆弧为例推导出圆弧偏差计算公式，并指出了根据偏差符号 来确定进给方向。其他3个象限的逆、顺圆的偏差计算公式可通过与第一象限 的逆圆、顺圆相比较而得到。 下面推导第二象限顺圆的偏差计算公式。 如图4.16所示的一段顺圆弧CD，起点C，终点D，设加工点现处于M（x，y）。从图中可 以看出，若FO时，下一步应沿+x方向进给一步，新的加工点坐标将是（x+1，y），可 求出新的偏差

27、为 F=F+2x+1 若FO时，下一步应沿+y方向进给一步，新的加工点坐标将是（z，y+1），可求出新的 偏差为 F=F+2y+1 对于图4.17（a），SR4与NR1对称于x轴，SR2与NR1对称于y轴，NR3 与SR2称于x轴，NR3与SR4对称于y轴。 对于图4.17（b），SR1与NR2对称于y轴，SR1与NR4对称于x轴，SR3 与NR2对称于x轴，SR3与NR4对称于y轴。 显然，对称于x轴的一对圆弧沿x轴的进给方向相同，而沿y轴的进给 方向相反；对称于y一对圆弧沿y轴的进给方向相同，而沿x轴的进给 方向相反。所以在圆弧插补中，沿对称轴的进给方向相同，沿非对称轴的进给方向相 反；其

28、次，所有对称圆弧的偏差计算公式，只要取起点坐标的绝对值，就与第一象限中 NRl或SRl的偏差计算公式相同。8种圆弧的插补计算公式及进给方向如表4.4所示。4.2.2 4.2.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理 4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机

29、控制技术一、步进电机的工作原理一、步进电机的工作原理1、反应式步进电机的结构、反应式步进电机的结构 图4.18所示为一个三相反应式步进电动机结构图。从图中可以看出，它分成转子和定子两部 分。定子是由硅钢片叠成的，每相有一对磁极（N、S极），每个磁极的内表面都分布着多个 小齿，它们大小相同，间距相同。该定子上共有3对磁极。每对磁极都缠有同一绕组，也即形 成一相，这样3对磁极有3个绕组，形成三相。可以得出，四相步进电动机有4对磁极、4相绕 组；五相步进电动机有5对磁极、5相绕组；依此类推。 转子是由软磁材料制成的，其外表面也均匀分布着小齿，这些小齿 与定子磁极上的小齿的齿 距相同，形状相似。 2、

30、反应式步进电机的工作原理、反应式步进电机的工作原理 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生 一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场 方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转 子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个 角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组 通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来 控制步进电机的转动。 步进电机的“相”-绕组的个数；“拍”绕组的通电状态。如果对一相绕组通电的操作称为一 拍，那对A、B、C三相绕组轮流通电需要

31、三拍。三拍表示一个周期共有3种通电状态，六拍 表示一个周期有6种通电状态，每个周期步进电机转动一个齿距。对A、B、C三相轮组轮流 通电一次称为一个周期。4.2.3 步进电机控制技术 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单 极性的直流电源。要使步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适 当的时序进行通电。步进电机的步进过程可以用图4.19来说明。图4.19是一个 三相反应式步进电机，其定子的每相都有一对磁极。每个磁极都只有一个齿， 即磁极本身，故三相步进电机有3对磁极共6个齿；其转子有4个齿，分别称为 0、1、2、3齿。直流电源U通过开关SA、SB、SC分别对

32、步进电机的A、B、C相绕 组轮流通电。 初始状态时，开关SA接通，则A相磁极和转子的0、2号齿对齐，同时转子的1、 3号齿和B、C相磁极形成错齿状态。 当开关SA断开，Se接通，B相绕组和转子的1、3号齿之间的磁力线作用，使得 转子的1、3号齿与B相磁极对齐，则转子的0、2号齿就使A、C相绕组磁极形成 错齿状态。 此后，开关SB断开，SC接通。C相绕组和转子0、2号之间的磁力线的作用，使 得转子0、2号齿和C相磁极对齐，这时转子的1、3号齿和A、B相绕组磁极产生 错齿。 当开关SC断开，SB接通后，A相绕组磁极相转子1、3号齿之间的磁力线的用， 使转子1、3号齿和A相绕组磁极对齐，这时转子的0

33、、2号齿和B、C相绕组磁极 产生错齿。 很明显， 这时转子 移动了一 个齿距角。4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术 如果对一相绕组通电的操作称为一拍，那么对A、B、C三相绕组轮流通电需要 三拍。对A、B、C三相绕组轮流通电一次称为一个周期。从上面分析看出，该 三相步进电机转子转动一个齿轮，需要三拍操作。由ABCA相轮流通 电，此磁场沿A、B、C方向转动了360空间角，而这时转子沿ABC方向转动了 一个齿距的位置，在图4.19中，转子的齿数为4，故齿距角90，转动了一个齿 距也即转动了90。 对于一个步进电机，如果它的转子的齿数为z，它的齿距角z为4.2.3 4.2.3 步

34、进电机控制技术步进电机控制技术(4.8) 而步进电机运行”拍可使转子转进一个齿距位置。实际上，步进电机每一拍就 执行一次步进，所以步进电机的步距角口可以表示如下： 其中，n是步进电机工作拍数，z是转子的齿数。 对于图4.18所示的三相步进电机，若采用三拍方式，则它的步距角是(4.9) 对于转子有40个齿且采用三拍方式的步进电机而言，其步距角是zz0360/2nznz0360/003043360003403360二、步进电机的工作方式二、步进电机的工作方式 步进电机有三相、四相、五相、六相等多种形式，为了分析方便，下面仍以 三相步进电机为例进行分析和讨论。步进电机可工作于单相通电方式，也可工 作

35、于双相通电方式或单相、双相交叉通电方式。选用不同的工作方式，可使步 进电机具有不同的工作性能，如减小步距，提高定位精度和工作稳定性等。对 于三相步进电机，则有单拍（简称单三拍）方式、双相三拍（简称双三拍）方 式、三相六拍方式：4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术 单三拍工作方式 双三拍工作方式 三相六拍工作方式 ABCA ABBCCAAB AABBBCCCAA 如果按上述3种通电方式和通电顺序进行通电，则步进电机正向转动；反之，如 果通电方向与上述顺序相反，则步进电机反向转动。 三、步进电机控制接口及输出字表三、步进电机控制接口及输出字表 过去常规的步进电机控制电路主要南脉

36、冲分配器和驱动电路组成。采用微机控 制，主要取代脉冲分配器，而给步进电机提供驱动电源的驱动电路是必不可少 的，同时用微机实现对步进电机的走步数、转向以及速度控制等。1 1、步进电机控制接口、步进电机控制接口 脉冲分配器：把脉冲串按一定规律分配给脉冲放大器的各相输入端，又称环形 分配器。 输入：步进脉冲，1个脉冲为1拍，走一步；方向选择，正转或反转。 输出：各相绕组的驱动脉冲。 功率放大器：脉冲分配器的输出电路不足以驱 动步进电机，进行功率放大。 步进电机微机控制方式一步进电机微机控制方式一 微机 环形分配器功放 (运动控制及脉冲产生) (脉冲分配) 步进电机微机控制方式步进电机微机控制方式2

37、2 微机 驱动电路 (运动控制和脉冲分配) (功率放大) 微机的运动控制功能微机的运动控制功能 改变输出脉冲数，控制步进电机的 走步数； 改变各相绕组的通电顺序，控制步 进电机的转向，正转、反转； 改变输出脉冲的频率，控制电机转速。4.2.3 步进电机控制技术2 2、步进电机输出字表、步进电机输出字表 在图4.20所示的步进电机控制接口电路中，选定由PA0、PA1、PA2通过驱动电 路来控制x轴步进电机，由PB0、PB1、PB2通过驱动电路来控制y轴步进电机， 并假定数据输出为“1”时，相应的绕组通电；为“0”时，相应的绕组断电。 下面以三相六拍控制方式为例确定步进电机控制的输出字。 当步进电机的相数和控制方式确定之后，PA0PA2和PB0PB2输出数据变化的 规律就确定了，这种输出数据变化规律可用输出字来描述。为了便于寻找，输 出字以表的形式放在计算机指定的存储区域。表4.5给出了三相六拍控制方式 的输出字表。4.2.3 4.2.3 步进电机控制技术步进电机控制技术 显然，若要控制步进电机正转，则按ADX 1ADX 2ADX