步進(jìn)電動機(jī)的微機(jī)控制
鐘守炎（江漢石油學(xué)院）
【摘 要】介紹采用微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)五相步進(jìn)電動機(jī)脈沖分配的方法，為充分發(fā)揮步進(jìn)電動機(jī)的工作性能，程序采用升降速處理方法，選擇了一條比較理想的升降速運(yùn)行曲線，使步進(jìn)電動機(jī)在各種頻率下運(yùn)行和停止不產(chǎn)生失步、過沖。
【敘 詞】步進(jìn)電動機(jī)微機(jī)控制驅(qū)動程序
1引 言
近年來，微機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，從自動控制、數(shù)值計算到信號處理各個領(lǐng)域，微機(jī)都發(fā)揮了積極的作用。對于老設(shè)備的改裝控制、智能儀表和過程控制，都采用微機(jī)作為智能部件，用步進(jìn)電動機(jī)作轉(zhuǎn)換媒介，將微機(jī)的電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動作，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動方向、移動速度和移動距離。本文以五相步進(jìn)電動機(jī)(150bf5)為例，介紹用軟件來代替以往的硬件邏輯，設(shè)計一實(shí)用的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動程序。該程序已用于c620-1b普通車床的改造中。
2步進(jìn)電動機(jī)的控制特點(diǎn)
步進(jìn)電動機(jī)是一種將脈沖電信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的精密執(zhí)行和驅(qū)動元件。在儀表等自動化裝置和工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電動機(jī)要工作在不同的速度場合。對于低速工作場合，則可以直接啟動，采用恒速工作方式設(shè)計軟件；當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)在高速場合下工作時，就不能采用恒速工作方式，因為由步進(jìn)電動機(jī)的短頻特性（圖1為150bf5步進(jìn)電動機(jī)的實(shí)測曲線）可知，轉(zhuǎn)矩m是頻率的函數(shù)。1989年《微電機(jī)》第3期，張仲榮等載文“數(shù)控機(jī)床用步進(jìn)電動機(jī)的合理升降頻特性，介紹五相步進(jìn)電動機(jī)在低頻共振時的特點(diǎn)是其運(yùn)行矩頻特性均因存在低頻共振而出現(xiàn)下凹現(xiàn)象，所以，步進(jìn)電動機(jī)直接啟動的****頻率是一有限值。如果實(shí)際運(yùn)行的頻率大于這一有限值，步進(jìn)電動機(jī)直接啟動就會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。因此，要使步進(jìn)電動機(jī)在高速下運(yùn)行，必須以低速啟動，然后再慢慢加速到高速；同樣，步進(jìn)電動機(jī)不能在高速運(yùn)行狀態(tài)下突然停止，否則，由于慣性作用而可能出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，所以要以高速慢慢降到低速，最后才能可靠地停止。要滿足這兩種工作過程的要求，步進(jìn)電動機(jī)就必須采用變速方式工作，即升降速處理方式，這也是提高步進(jìn)電動機(jī)啟停頻率的關(guān)鍵�？梢姡竭M(jìn)電動機(jī)驅(qū)動程序應(yīng)解決脈沖分配、運(yùn)轉(zhuǎn)方向和步數(shù)（頻率）控制以及升降速處理等。
3驅(qū)動程序設(shè)計
3.1硬件接口設(shè)計
對于一臺五相步進(jìn)電動機(jī)（或多臺），有五個通電繞組，需要微機(jī)的五個控制信號，可采用微機(jī)（由北京工業(yè)大學(xué)電子廠生產(chǎn)的tpstd系列模板：tp std880ib280a多功能cpu板、tp std 8601多功能i／o控制板及鍵盤、顯示板等組成）的并行pio接口，它具有16條可編程的i／o線。通過編程可使pio口接收或發(fā)送多種信息，將pio口的a口(其口地址為78h)。設(shè)置為輸出工作方式，并用pao～pa。五位來控制五相步進(jìn)電動機(jī)的五個通電繞組。當(dāng)某一位為l時，發(fā)出正脈沖使步進(jìn)電動機(jī)的對應(yīng)相通電；當(dāng)某一位為0時，使步進(jìn)電動機(jī)的對應(yīng)相斷電，從而控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)動。
3.2脈沖分配的實(shí)現(xiàn)
要使步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動，就要通過軟件控制脈沖輸出的順序，即脈沖分配。
對于五相(a、b、c、d、e)步進(jìn)電動機(jī)，其工作方式有多種，本文采用2- 3- 2-3工作方式，即五相十拍工作方式，其通過順序為
正轉(zhuǎn)：ab- abc-bc—bcd—cd-cde—de—dea- ea-eab—ab
反轉(zhuǎn)：ba--bae-ae—aed--ed—edc—dc -dcb-cb一cba-ba
采用工作狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)這一通電順序。如表1所示，并采用查表方法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動
機(jī)的脈沖分配，以提高運(yùn)行速度。其方法是：在微機(jī)存貯器內(nèi)開辟一組單元(ta-ble+o，table+1，……)，依次存放步進(jìn)電動機(jī)的工作狀態(tài)字，用寄存器hl作為狀態(tài)字的地址指針。當(dāng)程序執(zhí)行時，根據(jù)地址指針依次從內(nèi)存單元中取出狀態(tài)字送到輸出口(pio a口)，正轉(zhuǎn)時，使指針hl逐次加1，反轉(zhuǎn)時使指針hl逐次減l，從而控制步進(jìn)電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)。
3.3步進(jìn)電動機(jī)的速度控制
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