步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的單片機控制
韓國明 （天津大學）
1 引言
為適應(yīng)焊接自動化的需要．實現(xiàn)焊機機頭在橫向和縱向（高度方向）位置的自動調(diào)整，改變以往的手動調(diào)節(jié)。本文采用單片微機控制．使用步進電動機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以達到焊接前或焊接過程中焊機機頭位置調(diào)節(jié)的目的。
2步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)
焊機機頭橫向和縱向位置的調(diào)整是由2臺步進電動機通過十字絲杠傳動系統(tǒng)，拖動焊機機頭進行橫向和縱向的二維運動。步進電動機驅(qū)動控制則使用mcs -51系列中的8031單片機進行，通過8031單片機的p1口控制2臺步進電動機，由軟件對2臺步進電動機進行分時驅(qū)動，其中1臺步進電動機的驅(qū)動控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示。
2.1光電隔離電路
為有效地抑制干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，在單片機與步進電動機功率驅(qū)動線路之間，利用光電耦合器件組成如圖2所示的光電隔離電路。其作用是實現(xiàn)了單片微機與外部電路不同電平的轉(zhuǎn)換，并且切斷了單片微機與步進電動機驅(qū)動電路之間電的直接聯(lián)系，同時實現(xiàn)了單片微機系統(tǒng)與步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)地線的分別聯(lián)接，以防止處于大電流、感性負載下工作的驅(qū)動電路產(chǎn)生的干擾信號通過線路串入，而影響單片微機的正常工作。
2.2功率驅(qū)動線路
選用的步進電勁機型號為75bf003，其工作方式為三相六拍，步距角為1.5度，工作電壓為30v，每相靜態(tài)電流4a。因此設(shè)計了如圖3所示的功率驅(qū)動電路，其電源部分是由變壓器經(jīng)整流橋整流，輸出30v、4a的電流，供給步進電動機各相繞組。由8031單片機的p1口作為控制端口，根據(jù)步進電機的通電分配方式，輸出控制字節(jié)，經(jīng)一定延時，產(chǎn)生占空比為i:i的矩形波，經(jīng)驅(qū)動電源功率放大后，可分別控制橫向和高度方向步進電動機的三相繞組的通電狀態(tài)，驅(qū)動步進電動機按指定方向和速度運轉(zhuǎn)。由于通過程序設(shè)置進行分時驅(qū)動，2臺步進電動機的功率驅(qū)動電路共用一個電源，在功率驅(qū)動電路中采用了達林頓管為功率大器件，使電路結(jié)構(gòu)大為簡化。
3步進電動機的運行30v
3.1轉(zhuǎn)向控制
步進電動機運行方向的控制，是通過8031單片機p1端口的p1.0～p1.2輸出橫向步進電動機a、b、c三相繞組的控制信號，p1.3～p1.5；輸出高度方向步進電動機的a、b、c三相繞組控制信號，并設(shè)定輸出為1時繞組通電，為0時斷電。根據(jù)步進電動機的特性，按一定的邏輯程序，使8031單片機的p1口的信號輸出按照選定的步進電動機，以指定的通電狀態(tài)順序送出控制字節(jié)，便可控制步進電動機的各相繞組按約定的通電狀態(tài)順序通電，驅(qū)動步進電動機順時針或逆時針方向運轉(zhuǎn)。當采用三相步進電動機按三相六拍方式運轉(zhuǎn)時，其通電狀態(tài)變換順序為：
步進電機的相數(shù)的控制方式確定之后，p1.0～p1.5。輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律也就確定，一般稱為輸出模型。在控制過程中，為了便于尋找，其輸出模型是以數(shù)據(jù)的形式存放在eprom中，程擴運行時可通過查表指令movc a，@a+pc和傳送指令movp1，a，使p1口輸出不同的值來選擇不同方向的步進電動機和決定電機的轉(zhuǎn)動方向。
橫向和縱向的步進電動機按三相六拍工作時，p1口的輸出波形和工作狀態(tài)真值表分別見圖4及附表。
當8031單片機執(zhí)行傳送指令時，將附表中的數(shù)據(jù)順序取出，送往p1輸出端口，每輸出一個控制狀態(tài)字，步進電動機轉(zhuǎn)動一步，連續(xù)輸出，步進電動機連續(xù)運行，倒序輸出，步進電動機反向運行，停止輸出，步進電動機則停止運行。
3.2轉(zhuǎn)速控制
步進電動機轉(zhuǎn)速控制是通過程序延時的方法，即當cpu送出一組數(shù)據(jù)后，就進入延時程序，延時到取第二組數(shù)據(jù)輸出，因而延時長，轉(zhuǎn)速就慢，延時短，轉(zhuǎn)速就快。通過改變步進 |
