摘要：文中主要針對鋼球表面質(zhì)量檢測儀中步進(jìn)電機(jī)控制方法進(jìn)行了研究，提出運(yùn)動控制卡與單片機(jī)相結(jié)合的控制方案，并建立了步進(jìn)電機(jī)加減速控制的數(shù)學(xué)模型，在此模型基礎(chǔ)上應(yīng)用美國Nl公司的PCI一7342運(yùn)動控制卡結(jié)合STC單片機(jī)，完成了儀器中的上料、表面展開、分選電機(jī)的控制，利用PCI一7342的D／A模塊與單片機(jī)進(jìn)行硬觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)各個運(yùn)動控制模塊之間的邏輯關(guān)系，通過脈寬調(diào)制避免電機(jī)頻繁啟停而失步的問題。

　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；運(yùn)動控制卡：單片機(jī)：PWM

　　1 引言 鋼球表面質(zhì)壁檢測儀是對軸承球類滾動體表面質(zhì)量進(jìn)行分類檢測的儀器，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)豐要由一卜料、表面展開、分選等機(jī)構(gòu)組成，各部分的驅(qū)動用步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)?！　鹘y(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制方式中，控制電路由邏輯與功率放大電路組成，電路設(shè)計復(fù)雜，且一旦電路確定，要改變控制方案十分困難Hj。隨著我國電機(jī)行業(yè)的發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動器作為整體已經(jīng)商品化，從應(yīng)用角度來講，所要做的就是選擇適合的控制主體，現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的單片機(jī)控制，在價格上占一定的優(yōu)勢；還有基于DSP的控制方案，多用于對實(shí)時性要求較高的嵌入式系統(tǒng)之中t2 JI在機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)控制中，多采用運(yùn)動控制卡，它町以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動軌跡控制，并且與計算機(jī)接口方便、平臺功能強(qiáng)大。隨著步進(jìn)電動機(jī)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，與計算機(jī)緊密結(jié)合的控制卡方式是發(fā)展的一個趨勢。本文介紹r對兩相混合式步進(jìn)電動機(jī)的控制，應(yīng)用PCI運(yùn)動控制卡的電機(jī)挖制模塊完成鋼球表面展開的步進(jìn)電機(jī)控制，并以其為主線，結(jié)合單片機(jī)對一卜料、分選電機(jī)進(jìn)行控制。

　　2 系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn) 檢測儀結(jié)構(gòu)主要由七料箱、上料、鋼球表面展開、分選等結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動電機(jī)組成。上料電機(jī)一控制鋼球從卜料箱經(jīng)由運(yùn)輸管逐個落到展開盤的進(jìn)球孔中去，由電機(jī)三、四帶動類似于展開機(jī)構(gòu)將鋼球表面進(jìn)行展開，同時由固定在機(jī)構(gòu)上方的攝像頭把采集到的球體表而信息傳送到PC中去進(jìn)行圖像處理，再通過處理結(jié)果控制分選電機(jī)二動作將鋼球分撿，從而完成一個檢測周期。　　2．1硬件控制方案實(shí)現(xiàn) 考慮到軟件開發(fā)環(huán)境主要為LabVIEW7．0和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。選擇了美國NI公司的PCI一7342兩軸運(yùn)動控制卡作為控制核心，利用它的電機(jī)控制模塊控制兩個表面展開電機(jī)，其加模塊、D／A模塊與兩片STC單片機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上料、分選電機(jī)和各部分電機(jī)之間運(yùn)動的邏輯關(guān)系控制，控制關(guān)系框?！　CI一7342能同時控制兩個步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立轉(zhuǎn)動，控制卡的分線盒(UMI)的STEPl端連接驅(qū)動器二CP一端，方向端DIRI接驅(qū)動器的U／D一端，控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。二軸的STEP2和DIR2端分別連接到驅(qū)動器三的脈沖和方向端，模擬輸出端LI AOUTl和AOUT2分別連STC89C51和STCl2C5412的I／O口P2．0和P2．1端。　　兩片單片機(jī)STC89C51和STCl2C5412分別控制上料電機(jī)一和分選電機(jī)二，STC89C51的P2.1 口發(fā)出的PWM脈沖連接到卜料電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動器一的CP一端，P2．2口發(fā)出的方向控制信號連接到驅(qū)動器的DIR一端?！　TCl2C5412全速執(zhí)行的速度最高可以達(dá)到傳統(tǒng)STC89C51的12倍，用它來控制分選電機(jī)町以保證分選機(jī)構(gòu)的速度要求，利用其PWM模塊與步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器四的CP一端連接，為r精確控制脈沖發(fā)出個數(shù)，占用了單片機(jī)定時T0，脈沖頻率和脈寬可以調(diào)節(jié)相應(yīng)的寄存器來實(shí)現(xiàn)?！　∠到y(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動方式為中短距離的間歇運(yùn)動，需要頻繁的啟停，容易出現(xiàn)丟步和過沖現(xiàn)象，連續(xù)的丟步和過沖直接導(dǎo)致檢測儀不能穩(wěn)定地工作，主要表現(xiàn)為上料時會有兩個鋼球同時落下或鋼球不能準(zhǔn)確、及時地落入進(jìn)球孔中，分選時電機(jī)不能到達(dá)指定的位置，會使分選結(jié)果錯誤，嚴(yán)重時會卡住機(jī)構(gòu)而發(fā)生危險。針對以上情況，建贏了電機(jī)控制的數(shù)學(xué)模刑，并對控制脈沖PWM波進(jìn)行細(xì)分調(diào)理，使電機(jī)運(yùn)動更加平穩(wěn)，從而很好地避免了以卜情況的發(fā)生。

　　3 系統(tǒng)控制數(shù)學(xué)模型建立 在實(shí)際的步進(jìn)電機(jī)速度控制中，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)總要經(jīng)歷加速、恒速、減速幾個過程，由于步進(jìn)電機(jī)啟動頻率受到機(jī)械結(jié)構(gòu)慣性的影響不能太高，在啟動時如果一次將速度升到啟動速度以上，開始幾步的脈沖頻率過高，轉(zhuǎn)子來不及加速到穩(wěn)定區(qū)域就改變，相繞組的通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子會兇為不能響應(yīng)而失步。但如果調(diào)節(jié)控制脈沖的頻率使其按照加速階段由低到高，這樣就可以改善電機(jī)起步時易失步的缺陷?！　∫话慵訙p速控制有兩種方案：一種是按直線規(guī)律加減速，另一種是按指數(shù)規(guī)律加減速，根據(jù)本系統(tǒng)對電機(jī)加減速過程精度的要求，選擇了直線規(guī)律加減速榨制規(guī)律。

　　4 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件平臺是利用NI公司LabVIEW7．0和C76 1機(jī)械工程師2009年第4期語言編寫的，LabVIEW7．0是一種圖形化G語言軟件開發(fā)環(huán)境，它現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于圖像處理和信號采集等領(lǐng)域。為用I．a(chǎn)bVlEW編寫的軟件主界面，從中可以直觀看到一些檢測信息，如數(shù)量、合格率等。系統(tǒng)上電完成一些參數(shù)的初始化后，會執(zhí)行展開電機(jī)和分選電機(jī)的初始位置校正程序，然后才會向后執(zhí)行電機(jī)控制程序。單片機(jī)程序用C語言編寫的，上料電機(jī)的程序中可以由串口接受上位移PC機(jī)的速度值，加減速階段通過調(diào)節(jié)T0定時器時間常數(shù)米調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行啟停時的脈沖頻率，定時常數(shù)根據(jù)算法選取需要的值放在一個TAB表之中，通過指針來選取需要的值，從而改善步進(jìn)電機(jī)的啟停的機(jī)械性能。分選程序中的步進(jìn)脈沖頻率可以根據(jù)PWM脈沖發(fā)出模塊的時鐘基準(zhǔn)選擇不同的發(fā)出頻率，通過調(diào)節(jié)脈寬寄存器來改變脈沖的占空比。

　　5 結(jié)論 本文根據(jù)鋼球檢表面缺陷測儀系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)要求頻繁啟停的運(yùn)動特點(diǎn)和各個電機(jī)之間存在一定的運(yùn)動邏輯關(guān)系的要求，建立起電機(jī)加減速的數(shù)學(xué)模型，提出以運(yùn)動控制卡為核心，輔助以單片機(jī)的方案。這種控制卡與單片機(jī)的方法發(fā)揮r控制卡的平臺優(yōu)勢和單片機(jī)的價格優(yōu)勢，使整個系統(tǒng)的成本、控制精度和開發(fā)周期都得到了很好的兼顧。針對系統(tǒng)中電機(jī)控制難度，并考慮到軟件開發(fā)環(huán)境，選用了與其完全兼容的NI公司的PCI一7342運(yùn)動控制卡，單片機(jī)選擇廠STC89C51和STCl2C5412兩片單片機(jī)。應(yīng)用LabVIEW7．0為軟件開發(fā)平臺搭建起整個軟件框架，結(jié)合C語言完成了上料、展開、分選步進(jìn)電機(jī)控制程序的開發(fā)。通過射樣機(jī)大量調(diào)試，檢驗(yàn)了控制系統(tǒng)和軟件的可靠性。

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