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金孚安（陜西機(jī)械學(xué)院）
O引 言
應(yīng)用微機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)速度的優(yōu)點(diǎn)是靈活方便、可靠性高以及造價(jià)低。本文就 步進(jìn)電機(jī)的變速過程和變速原理提出新的看法，以便更好地設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制程序。 1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制原理
步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)時(shí)間是離散的，它的工作過程是走一步停一下的循環(huán)過程。直線1只是理想的速度曲線，而決不是實(shí)際的速度曲線。
在to時(shí)刻進(jìn)給脈沖Mo，步進(jìn)電機(jī)走一步，其位移為l步，間隔Ti秒的，在時(shí)刻進(jìn)給脈沖Mi，容易看出步進(jìn)在時(shí)間區(qū)間的平均速度是
平均速度曲線如圖la的直線段AiBi所示。連結(jié)0，Bi兩點(diǎn)，為了使直線OBi和理想速度曲線I重合，別Ti規(guī)滿足
(a)曲線I：理想加速曲線，曲線Ⅱ：終止速度在V2和V3之間的加速原理曲線OBIBZB
(b)與曲線I相應(yīng)的位移一時(shí)間曲線
(c)與曲線I相應(yīng)的進(jìn)給脈沖序列
若L為相鄰兩個(gè)進(jìn)給脈沖Mf_J，Mf的時(shí)間間隔（單位：s），Vi為步進(jìn)電機(jī)在時(shí)間間隔( t/-/，ff)的平均速度（單位：步／秒），則
其相應(yīng)的平均速度曲線分別是直線段和Ai+iBi+i，連接Bi、Bi+i兩點(diǎn)，直線BiBi+i和理想曲線I重合，則T須滿足
若約定Vo=o時(shí)，把它代入(4)式確定Ti，仍有(2)式所給出的結(jié)果。
這里再次強(qiáng)調(diào)指出，y是步進(jìn)電機(jī)在時(shí)間間隔T.內(nèi)的平均速度，(3)式是一個(gè)精確的解析表達(dá)式；≠?zèng)Q不是進(jìn)給一步后的末速度。步進(jìn)電機(jī)在f，時(shí)刻的末進(jìn)速度Vi是實(shí)際位移曲線（如圖lb曲線Ⅲ所示）在ti時(shí)刻的切線的斜率，實(shí)際末速度Vi很難用解析式表示。用運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律無法解釋曲線I是實(shí)際速度曲線，也無法解釋它在ti時(shí)刻的速度值等于≠i。
從上面的分析可以看出步進(jìn)電機(jī)的速度控制實(shí)際上是按分級(jí)調(diào)速方式進(jìn)行的。一般情況下，終止速度往往不是圖l口上的圓弧點(diǎn)。那么用公式(4)無法確定，因此最后一個(gè)脈沖時(shí)間間隔L應(yīng)取
當(dāng)不等式的右端為嚴(yán)格不等式時(shí)，此時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在T內(nèi)的平均速度曲線是不和理想速度曲線I重合，它位于曲線I的下方。步時(shí)電動(dòng)機(jī)的最后一級(jí)的加速度a
當(dāng)不等式(5)的右端的等號(hào)成立時(shí)。就是理想速度曲線上的一個(gè)點(diǎn)。文中稱連接線。為加速原理曲線。
最后一個(gè)進(jìn)給脈沖的時(shí)間間隔。可以由已知的礦。求出，利用(4)式可以反過來確定T。
若加速原理曲線和理想速度曲線重合，則按(6)式遞推m步有
若加速原理曲線和理想速度曲線不重合，則有
從(7)式可看出按照(6)式確定進(jìn)給脈沖間隔時(shí)間，則V1是位于原理曲線段OBi的內(nèi)點(diǎn)。
按照公式(4)和(6)確定進(jìn)給脈沖時(shí)間間隔分別是正向計(jì)算和反向計(jì)算。如果正向計(jì)算時(shí)，加速原理曲線的最后一段。不和理想曲線重合，則按照反向計(jì)算，加速原理曲線的第一段OC1和理想曲線不重合。而它們的進(jìn)給脈沖時(shí)間間隔也不相同，加速所需的時(shí)間也不相同，后者大于前者，它們又都大于按照理想曲線加速所需用的時(shí)間。圖2是按照反向計(jì)算進(jìn)行加速的原理示意圖。
曲線I：終止速度為V4時(shí)理想加速曲線，以及正向加速原理曲線和反向原理加速曲線三者重合
曲線Ⅱ：終止速度在V2和V3之間的反向加速
勻減速過程只是勻加速過程的逆過程。按照勻加速原理確定的進(jìn)給脈沖時(shí)間間隔序列逆序排列就得到勻速過程的進(jìn)給脈沖時(shí)間間隔序列。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勻速控制就更簡(jiǎn)單了，它的進(jìn)給脈沖時(shí)間間隔等于古。
對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制曲線，無論它多么復(fù)雜，可以把它分段線性化，它的每一段都是上文所述的三種（勻加速、勻減速、勻速）中的一種。
2結(jié) 語(yǔ)
實(shí)現(xiàn) 步進(jìn)電機(jī)的速度控制，關(guān)鍵的問題是正確確定相鄰兩步的時(shí)間間隔。而要作到這點(diǎn)，必須正確地理解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制原理，以及有一套完整的計(jì)算公式。 一般情況下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制曲線是予先規(guī)定好的，速度控制是開環(huán)控制，沒有必要采用在線計(jì)算控制速度。時(shí)間間隔計(jì)算式(4)和(6)式都比較繁瑣，通常是采用離線計(jì)算，求得各個(gè)7i，通過一張延時(shí)時(shí)間表把丁，編入程序中，然后按照表地址依次取出下一步進(jìn)給的T值，通過延時(shí)程序或者實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器產(chǎn)生給定的時(shí)間間隔，發(fā)出相應(yīng)的步進(jìn)命令。若采用延時(shí)程序來獲得進(jìn)給時(shí)間，那么CPU在控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)期間，不能作其它工作。CPU讀T值后，就進(jìn)入延時(shí)一循環(huán)程序，延時(shí)時(shí)間到，便調(diào)用脈沖分配子程序，等返回后重復(fù)
此過程，直到全部進(jìn)給完畢為止。若采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器，速度控制程序應(yīng)在進(jìn)給一步后，把下一步的T-[i]值送入定時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間常數(shù)寄存器，然后CPU就進(jìn)入籌待中斷狀態(tài)或者處理其它事務(wù)，當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器的延時(shí)一到，就向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU接受中斷后立即響應(yīng)，轉(zhuǎn)入脈沖分配的中斷服務(wù)程序。
參考文獻(xiàn)
1謝劍英．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)．國(guó)防出版社，1985：12
2劉敏清，王元一．微機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用．北京：中國(guó)鐵道出版社，1987
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