数控机床的步进电机的速度控制设计

图4-13加减速电路输入输出特性曲线

4.3.4. 环形分配器

控制脉冲通过脉冲分配器控制步进电机励磁绕组按一定顺序接通、断电，使电机绕组的通电按输入脉冲的控制而循环变化。脉冲分配器又称为环形分配器（简称环分器）。环分器有软件环分器和硬件环分器两种。

软件环分器的优点是硬件简单，但占用了软件运行的时间，故只用于速度要求不高、系统比较简单的数控系统，如电脑绣花机、绘图仪等，当软件任务多时，可用硬件实现软件功能，这就是硬件环分器。

软件环分器是将通电顺序状态作一个表格存入计算机内存，由软件通过指针方式查表，并将状态数据输出以控制接口，实现步进电动机的连续运转。步进电机工作频率取决于软件循环查表和输出状态的时间，改变查表的方向，便可实现电机正、反转。图4-14是软件环分器的流程图，表4-2是软件环分器的环分器的换分表。

开始初始化读步距数读指针初值读方向数读速度信息步距数=0存指针值正转吗？方向数=00？表底？调整指针到表底表指针加1输出表地址内容速度信息延时结束取指针初值表首？表指针减1调整指针到表底

图4-14 软件环分配器的流程图

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表4-2 软件环分器的环分表

内存地址（指针） K K+1 K+2 K+3 K+4 K+5

状态（内容） 01H 03H 02H 06H 04H 05H 电机状态 A AB B BC C CA 4.3.5. 功率放大器

从环形分配器来的进给控制信号的电流只有几毫安，而步进电动机的定子绕组需要几安培电流。因此，需要对从环形分配器来的信号进行功率放大，以提供幅值足够，前后沿较好的励磁电流。常用的电路有以下两种：

(1) 单电压供电攻放器 图4-15所示的是一种典型的单电压供电功放电路，步进电动机的每一相绕组都有一套这样的电路。

电路由1两级射极跟随器和一级功率放大器组成。第一级射极跟随器主要起隔离作用，使功率放大器对环形分配器的影响减小，第二级射极跟随器VT2管处于放大区，用以改善功放器的动态特性。另外由于射极跟随器的输出阻抗较低，可使加到功率管VT3的脉冲前沿较好。

当环形分配器的A输出端为高电平时，VT3饱和导通，步进电动机A相绕组LA中的电流从零开始按指数规律上升到稳态值。当A端为低电位时，VT1、VT2处于小电流放大状态，VT2的射极电位，也就是VT3的基极电位不可能使

+12V+60V LAA VT1 c0 VT2 R0 VD1 VT3RC-6V

图4-15单电压供电功放电路

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VT3导通，绕组LA断电。此时，由于绕组的电感存在，将在绕组两端产生很大的感应电动势。它和电源电压一起加到VT3管上，将造成过压击穿。因此，绕组LA并联有续流二极管VD1,VT3的集电极与发射极之间并联RC吸收回路一万保护功率管VT3不被损坏。在绕组LA上串联电阻R0，用以限流和减小供电回路的时间常数，并联加速电容C0以提高绕组的瞬间过压，这样可使LA中的电流上升速度提高，从而提高启动频率。但是串入电阻R0后，无功功耗增大。为保持稳态电流，相应的驱动电压较无串接电阻时也要大为提高，对晶体管的耐压要求更高，为了克服上述缺点，出现了双电压供电电路。

（2） 双电压供电功放器 双电压供电功率放大器又称高低电压供电功放器图4-16所示为高低压供电定时切换电路的工作原理。该电路包括功率放大级（由功率管Vg、Vd组成）、前置放大器和单稳延时电路。二极管VDd是用作高低压隔离的，VDg和Rg是高压放电回路。高压导通时间由单稳延时电路整定，通常为100~600μS，对功率步进电动机可达几千微秒。

+80V ug ugb前置放大 Ugb vg Rd VDd 0udu gb tgt+12V VDg Rg tgU1 rL0u1 0i1 ug udt单稳延时i1 t前置放大来自环形分配器 ugb Vd ug/(Rd+r) ud/(Rd+r) ug-ud Rd+Rg+r0b)t

a)图4-16双电压供电功率放大器

a) 原理框图 b)波形图

当环形分配器输出高电平时，两只功率放大管Vg，Vd同时导通，电动机绕组以+80V电压供电，绕组电流按L/(Rd+r)的时间常数向电流稳定值ug/(Rd+r)上升，当达到单稳延时时间时，Vg管截止，改由+12V供电。维持绕组额定电流。

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若高低压之比为ug/ud,则电流上升率也提高ug/ud倍，上升时间明显减小。当低压断开时，电感L中储能通过RgDg及ugud构成的回路放电，放电电流的稳态值为(ug-ud)/(Rg+Rd+r),因此也加快了放电过程。这种供电电流由于加快了绕组电流的上升和下降过程，故有利于提高步进电动机的起动频率和最高连续工作频率。由于额定电流是由低压维持的，只需较小的限流电阻，功耗大为减小。

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