PCL839在步進(jìn)電機(jī)控制中的應(yīng)用
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步進(jìn)電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽艿幕静考?，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，對步進(jìn)電機(jī)的控制方法也層出不窮，從早期純粹依賴電路設(shè)計控制，到如今的計算機(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)計的簡單性、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。
晶體生長控制系統(tǒng)是一種高精度的控制系統(tǒng)，其中對晶體生長過程中坩堝的升降、旋轉(zhuǎn)和耔晶桿的升降的控制尤為重要。同時，晶體生長控制系統(tǒng)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10000倍以上）等特點(diǎn)。因此，在設(shè)計這種控制系統(tǒng)時，就要充分利用硬件和軟件資源，來達(dá)到良好的控制功能。作者在為臺灣某大學(xué)設(shè)計的晶體生長控制系統(tǒng)中，就利用了研華PCL839三軸步進(jìn)電機(jī)控制卡、研祥多功能板卡711B和北京亞控自動化公司的組態(tài)王6.03軟件來達(dá)到精確的控制精度。
2、 控制系統(tǒng)組成
由于晶體生長控制系統(tǒng)中對步進(jìn)電機(jī)的控制提出了很高的要求，其中對兩臺步進(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），在高速達(dá)到10—1000mm/Hr。對于要求如此高的控制系統(tǒng)，作者設(shè)計了如下的控制系統(tǒng)硬件配置圖：
圖1 控制系統(tǒng)硬件配置圖
系統(tǒng)主要由研華PCL839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)動器所構(gòu)成。其中711B主要是通過端子板輸入開關(guān)量、模擬量和輸出開關(guān)量來實現(xiàn)報警顯示、A/D轉(zhuǎn)換和步進(jìn)驅(qū)動器控制輸出等功能；PCL839是本系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，因為它通過軟件設(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)的計算
步進(jìn)電機(jī)控制中脈沖數(shù)（頻率）的計算是關(guān)鍵，通過設(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，其計算可以按如下的步驟進(jìn)行：
?、?、 假設(shè)步進(jìn)電機(jī)每個脈沖轉(zhuǎn)過的角度為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；
?、?、 如果步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器存在細(xì)分nc，則nr=360*nc/np；
?、?、 假設(shè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，運(yùn)動的直線距離為D（mm），則運(yùn)動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，則可以計算出脈沖周期Td為Td=3600/nt/V=10*np*D/nc/nb/V
?、?、 可以計算出要求達(dá)到V（mm/Hr）時，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)動器細(xì)分?jǐn)?shù)
nb―――機(jī)械減速比
V―――速度，單位mm/Hr
np―――每個脈沖，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動的角度，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，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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