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PCL839在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-07-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
  1、 引言
  
  步進(jìn)電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的基本部件,它在多種機(jī)電設(shè)備中得到了廣泛地應(yīng)用,如工業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床、生產(chǎn)線上的傳送帶、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的灌溉機(jī)械、粉碎機(jī)等。如今,隨著控制技術(shù)的發(fā)展與完善,對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方法也層出不窮,從早期純粹依賴(lài)電路設(shè)計(jì)控制,到如今的計(jì)算機(jī)、PLC等先進(jìn)控制方式的涌現(xiàn),大大提供了步進(jìn)電機(jī)的控制精度和設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性、靈活性,因而也促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)在生產(chǎn)中獲得更加廣泛地應(yīng)用。
  
  是一種高精度的控制系統(tǒng),其中對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中坩堝的升降、旋轉(zhuǎn)和耔晶桿的升降的控制尤為重要。同時(shí),具有控制速度范圍要求廣、低速段的速度要求低(一般低速與高速之比超過(guò)10000倍以上)等特點(diǎn)。因此,在設(shè)計(jì)這種控制系統(tǒng)時(shí),就要充分利用硬件和軟件資源,來(lái)達(dá)到良好的控制功能。作者在為臺(tái)灣某大學(xué)設(shè)計(jì)的中,就利用了研華三軸卡、研祥多功能板卡711B和北京亞控自動(dòng)化公司的組態(tài)王6.03軟件來(lái)達(dá)到精確的控制精度。
  
  2、 控制系統(tǒng)組成
  
  由于晶體生長(zhǎng)控制系統(tǒng)中對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制提出了很高的要求,其中對(duì)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的控制精度要求在低速達(dá)到0.01mm/Hr---10mm/Hr(Hr代表小時(shí)),在高速達(dá)到10—1000mm/Hr。對(duì)于要求如此高的控制系統(tǒng),作者設(shè)計(jì)了如下的控制系統(tǒng)硬件配置圖:
  
  
PCL839在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用
  

  圖1 控制系統(tǒng)硬件配置圖
  
  系統(tǒng)主要由研華步進(jìn)控制卡、研祥711B及端子板785、782、880和減速器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所構(gòu)成。其中711B主要是通過(guò)端子板輸入開(kāi)關(guān)量、模擬量和輸出開(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示、A/D轉(zhuǎn)換和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制輸出等功能;是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,因?yàn)樗ㄟ^(guò)軟件設(shè)置脈沖數(shù)量(頻率)和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向,去控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行和停止。PCL839是一塊具有三路獨(dú)立步進(jìn)控制功能的運(yùn)動(dòng)控制卡,其脈沖數(shù)可以設(shè)置在1-16382PPS(每秒脈沖數(shù)),而且可以控制步進(jìn)電機(jī)的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。
  
  3、 脈沖數(shù)的計(jì)算
  
  中脈沖數(shù)(頻率)的計(jì)算是關(guān)鍵,通過(guò)設(shè)置步進(jìn)控制卡的頻率就可以達(dá)到改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。而脈沖數(shù)(頻率)的計(jì)算涉及到螺距(步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所行走的直線距離)、設(shè)定的速度等,其計(jì)算可以按如下的步驟進(jìn)行:
  
 ?、佟?假設(shè)步進(jìn)電機(jī)每個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過(guò)的角度為np
 ?、?、 確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需要的脈沖數(shù)值nr,則 nr=360/np;
  ③、 如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器存在細(xì)分nc,則nr=360*nc/np;
 ?、?、 假設(shè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周,運(yùn)動(dòng)的直線距離為D(mm),則運(yùn)動(dòng)每毫米需要的脈沖數(shù)nt,nt=360*nc/np/D
  ⑤、 若存在減速器且假設(shè)減速比為nb,則nt=360*nc*nb/np/D
 ?、?、 假設(shè)要求達(dá)到的速度為V(mm/Hr)時(shí),則可以計(jì)算出脈沖周期Td為T(mén)d=3600/nt/V=10*np*D/nc/nb/V
 ?、?、 可以計(jì)算出要求達(dá)到V(mm/Hr)時(shí),其頻率 f=1/Td=nc*nb*V/10/np/D,式中各參數(shù)的意義如下: nc―――驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)
   nb―――機(jī)械減速比
   V―――速度,單位mm/Hr
   np―――每個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的角度,單位度
   D――――步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所運(yùn)行的直線距離,單位mm
  現(xiàn)假設(shè)D=5, np=1.8, nc=200, nb=50,要求達(dá)到0.01mm/Hr的速度,則可以計(jì)算出f=200*50*0.01/10/1.8/5≈1,即在步進(jìn)控制卡的頻率為1HZ時(shí),速度可以達(dá)到0.01mm/Hr。由此就可以控制步進(jìn)電機(jī)了。

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