環(huán)形分配器

環(huán)分器有軟件環(huán)分器和硬件環(huán)分器兩種。

軟件環(huán)分器是將通電順序狀態(tài)作一個(gè)表格存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，由軟件通過(guò)指針?lè)绞讲楸恚顟B(tài)數(shù)據(jù)輸出以控制接口，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的工作頻率取決于軟件循環(huán)查表和輸出狀態(tài)的時(shí)間，改變查表方向，便可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。

軟件環(huán)分器的優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單，但占用了軟件運(yùn)行時(shí)間，故只用于速度要求不高、系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)，如電腦繡花機(jī)、繪圖儀等。

當(dāng)軟件任務(wù)多時(shí)，可用硬件實(shí)現(xiàn)軟件功能，就是硬環(huán)分器 。

環(huán)形分配器的主要功能是把來(lái)源于控制環(huán)節(jié)的時(shí)鐘脈沖串按一定的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的各相輸入端。環(huán)形分配器的輸出既是周期性的，又是可逆的。

接受時(shí)鐘脈沖串和方向電平，輸出各相的導(dǎo)通信號(hào)，是環(huán)形分配器的基本功能。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制器與驅(qū)動(dòng)器之間的聯(lián)系分為串行控制和并行控制。

串行控制時(shí)，控制器輸出時(shí)鐘脈沖串和方向電平，靠驅(qū)動(dòng)器中的環(huán)形分配器轉(zhuǎn)換成并行驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)，控制各相繞組的導(dǎo)通和截止。時(shí)鐘脈沖的有無(wú)決定了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和停止，脈沖的頻率決定電機(jī)運(yùn)行的速度，方向電平?jīng)Q定運(yùn)轉(zhuǎn)的方向。

并行控制時(shí)，控制器直接輸出各相繞組導(dǎo)通或截至的并行信號(hào)，此時(shí)環(huán)形分配器設(shè)在控制器中。

除單純由軟件來(lái)代替環(huán)形分配器的功能外，不論是串行控制還是并行控制，整個(gè)系統(tǒng)必須有環(huán)形分配器這個(gè)環(huán)節(jié)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，開環(huán)控制系統(tǒng)分為串行控制和并行控制兩種。具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源之間具有較少的連線，驅(qū)動(dòng)電源必須含有環(huán)形分配器。用微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)條端線直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路的方法稱為并行控制。在驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)不包括環(huán)形分配器，其功能必須由微機(jī)系統(tǒng)完成。

為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度和加速度控制，需要控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖的頻率或者換相周期。可以用軟件延時(shí)和定時(shí)器兩種方法確定脈沖的周期（頻率）。

軟件延時(shí)方法是通過(guò)延時(shí)子程序?qū)崿F(xiàn)的，它占用CPU的時(shí)間；定時(shí)器方法則是通過(guò)設(shè)置定時(shí)時(shí)間常數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制越來(lái)越受到重視，已發(fā)展出模糊控制、矢量控制等多種方式。有的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還帶有傳感器，為構(gòu)成閉環(huán)控制提供了條件 。2100433B

由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有根據(jù)脈沖指令運(yùn)行的能力，在開環(huán)控制中與其他電動(dòng)機(jī)有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著對(duì)控制精度的要求越來(lái)越高，為了對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、越步或細(xì)分精度進(jìn)行補(bǔ)償，利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成閉環(huán)的應(yīng)用越來(lái)越多。

根據(jù)各部分功能采用的元件不同，開環(huán)系統(tǒng)分為很多種。例如控制器有專用控制器、計(jì)算機(jī)型控制器（指廣義的計(jì)算機(jī)，如個(gè)人計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、DSP、PLC、FPGA和DDS等）；環(huán)形分配器可由硬件構(gòu)成，或用專用芯片實(shí)現(xiàn)，或用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；驅(qū)動(dòng)器可以是由電力電子元件設(shè)計(jì)的一般放大器，也可以是PWM驅(qū)動(dòng)器等 。

前　言

項(xiàng)目1　機(jī)電一體化中的伺服傳動(dòng)控制技術(shù)與實(shí)踐 1

任務(wù)1-1　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制 1

任務(wù)1-2　直流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制 8

任務(wù)1-3　交流伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制 16

仿真實(shí)驗(yàn): 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器實(shí)驗(yàn) 26

創(chuàng)新案例: 垂直型自啟閉風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置設(shè)計(jì) 29

思考與練習(xí) 33

項(xiàng)目2　機(jī)電一體化中的檢測(cè)技術(shù)與實(shí)踐 34

任務(wù)2-1　晶振外殼缺陷在線抽檢系統(tǒng) 34

任務(wù)2-2　認(rèn)識(shí)汽車電控汽油噴射系統(tǒng) 42

任務(wù)2-3　認(rèn)識(shí)汽車安全氣囊的檢測(cè) 55

仿真實(shí)驗(yàn): 機(jī)電一體化控制仿真實(shí)驗(yàn) 66

創(chuàng)新案例: 汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 67

思考與練習(xí) 69

項(xiàng)目3　機(jī)電一體化中的PLC 控制技術(shù)與實(shí)踐 70

任務(wù)3-1　三相異步電動(dòng)機(jī)連續(xù)控制 70

任務(wù)3-2　組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)控制 77

任務(wù)3-3　升降電梯機(jī)電傳動(dòng)與控制 84

仿真實(shí)驗(yàn): PLC 與上位機(jī)通信實(shí)驗(yàn) 102

創(chuàng)新案例: 月球?qū)ぼ壨ㄐ判椭悄苄≤囋O(shè)計(jì) 104

思考與練習(xí) 108

項(xiàng)目4　機(jī)電一體化系統(tǒng)的常用控制策略與實(shí)踐 109

任務(wù)4-1　模擬PID 調(diào)節(jié)器 109

任務(wù)4-2　數(shù)字PID 的直流電動(dòng)機(jī)控制 117

任務(wù)4-3　模糊控制 126

仿真實(shí)驗(yàn): 機(jī)電氣一體化系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn) 136

創(chuàng)新案例: 遙控式汽車車位自動(dòng)占位系統(tǒng) 138

思考與練習(xí) 140

項(xiàng)目5　簡(jiǎn)單機(jī)電一體化設(shè)備的技術(shù)與實(shí)踐 141

任務(wù)5-1　認(rèn)識(shí)3D 打印機(jī) 141

任務(wù)5-2　小型智能繪圖儀 150

任務(wù)5-3　三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 163

仿真實(shí)驗(yàn): 簡(jiǎn)單機(jī)電一體化系統(tǒng)元件組合操作實(shí)驗(yàn) 171