劉寧

【摘 要】步進電動機用脈沖信號控制，步距角和轉(zhuǎn)速不受電壓波動和負載變化的影響，僅與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的大小可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，并能實現(xiàn)快速起動、制動、反轉(zhuǎn)，不需要機械制動裝置，而且有位置保持能力，不經(jīng)減速器也可低速運行。主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。配合相應(yīng)的傳感器，可實現(xiàn)閉環(huán)控制。

【關(guān)鍵詞】步進電機；步距角；閉環(huán)控制；脈沖信號

1.應(yīng)用背景

在超聲波清洗機的工作過程中，為了提高工作效率，減輕工人工作負荷，實現(xiàn)清洗過程自動化，設(shè)計了該直線運動定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)沿直線方向的往復(fù)運動，運動過程中任意時刻，可改變運動方向及運動速度，亦可快速定位到運動范圍內(nèi)的特定位置。

2.硬件及結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)硬件組成主要包括：單片機、步進電機驅(qū)動器、步進電機、光電編碼器、位置傳感器、柔性聯(lián)軸器、滾珠絲杠組件、直線滑軌組件、執(zhí)行器連接器。

如圖1所示，其中：1.步進電機，2.光電編碼器，3.位置傳感器，4.柔性聯(lián)軸器，5.滾珠絲杠組件，6.直線滑軌組件，7.執(zhí)行器連接器。

3.控制方法及工作流程

3.1步進電機控制

選用兩項四線混合步進電機，步進電機的步距角為1.8°。步進電機旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù)為：n=360°/1.8°=200。步進電機控制信號由單片機根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速要求發(fā)出相應(yīng)頻率的脈沖給步進電機驅(qū)動器，步進的及驅(qū)動器根據(jù)脈沖的頻率驅(qū)動電機。電機旋轉(zhuǎn)的同時帶動光電編碼器同步旋轉(zhuǎn)，光電編碼器發(fā)出的信號反饋給步進電機驅(qū)動器完成整個閉環(huán)控制。步進電機驅(qū)動器通過光電編碼器反饋信號與自身發(fā)出的脈沖信號對比，可及時發(fā)現(xiàn)步進電機的過沖、丟步等運行錯誤并自動完成修正。

3.2執(zhí)行器連接器位置標定

為實現(xiàn)定位至運動范圍內(nèi)的特定位置的功能，需要沿導(dǎo)軌方向在運動范圍內(nèi)為步進電機建立一維坐標系，并為執(zhí)行器連接器所在的位置標定對應(yīng)的坐標。標定方法如下：

將執(zhí)行器連接器向起始位置移動，當(dāng)起始位置傳感器發(fā)出信號后，步進電機停止轉(zhuǎn)動。該位置記為起始位置，編碼為0。將執(zhí)行器連接器向終止位置移動，當(dāng)終止位置傳感器發(fā)出信號后，步進電機停止轉(zhuǎn)動。該位置記為終止位置，編碼為光電編碼器從起始位置到終止位置記錄的編碼數(shù)，記為N0。使用1000線光電編碼器，則從起始位置運動至距離起始位置1（單位：mm）對應(yīng)的步進電機脈沖數(shù)為：

3.3直線運動系統(tǒng)工作流程

4.總結(jié)

通過使用位置傳感器和光電編碼器實現(xiàn)了執(zhí)行器連接器運動邊界標定，執(zhí)行器連接器精確定位。在直線滑軌保證直線運動方向精度的基礎(chǔ)上，使用滾珠絲杠和步進電機及光電編碼器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了執(zhí)行器連接器的高精度移動。此直線運動定位系統(tǒng)不受運動范圍限制，運動范圍改變僅需對系統(tǒng)坐標系重新標定；在橫向和縱向分別布置，亦可實現(xiàn)二維空間的精確定位及移動。 [科]

【參考文獻】

[1]陸萍，葛培琪，孟劍鋒.機械設(shè)計基礎(chǔ).山東：科學(xué)技術(shù)出版社，2003.