电机控制器

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇电机控制器范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

电机控制器范文第1篇

前言：输煤胶带机是煤矿企业日常生活生产的重要使用设备之一，也是开采的煤炭能够及时迅速的输送到地面的重要保障。一旦输煤胶带机的电机因为种种客观因素造成停止运转，将会对整体工作造成重要的影响。因此煤矿企业迫切需要能有一套低压电机单机再起动控制器来保证电机能够平稳运行。基于此背景下本文针对低压电机单机再起动控制器的结构和组成进行研究，继而设计出一套科学合理的控制系统来保障企业日常生产，推动我国经济平稳有序运行，具有重要的现实意义。

1 工作原理解析

低压电机单机再起动控制器主要是通过实时监测供电网络的电压变化情况来调节电机的运转，保证在电网突然出现电压降低或者消失的情况下，低压电机单机再起动控制器能够在系统预设时间内将电机再次起动的控制系统，当电压降低或者消失时间小于系统预设时间，通过低压电机单机再起动控制器可以正常自动运转电机，促使整个传送系统进入工作状态，如果断电时间超过了系统预设时间则系统不启动，电机停止运转。

其中T为系统预设的断电时间周期，Tm为断电时间相应上限，如果T>Tm那么低压电机单机再起动控制器不工作；如果T

2.硬件系统构成分析

2.1.检测模块

检测模块是整个低压电机单机再起动控制器的主要构成部分，通过检测模块的使用能够对运行的电机接触器辅助触点的开关状态进行监测，对电机运行的电压进行选择，以保证能够满足电机运转的需求。当电压出现降低或者消失的状况时，检测模块针对电压信号的异常起动针对性的保护设置，通过触点的使用来逐渐降低电机功率，避免电压突然降低导致电机受到损伤，在电压恢复平稳后对电压信号进行检测，确保稳定后起动电机，带动整个输煤胶带机的正常运转。针对电压闪络现象，本系统采用的是硬件逻辑模块检测，其成本较低能够被煤矿企业广泛采用，降低生产成本的支出。

2.2.电源模块

电源模块是整个低压电机单机再起动控制器的主要动力来源，其相应的电源模块构成较多，主要为数字系统电源以及开关量输入的检测电源等，在煤矿的输煤胶带机中还相应的增加了备用电源模块，保证输煤胶带机在电压出现闪络现象导致电压不稳定电机所需要的额定功率无法达到设定目标从而对电机造成损害，当电压不稳或者消失，检测模块输出信号，启动备用电源来保证电机能够持续运转一段时间，支持到电压稳定时备用电源自动关闭从而保证整个电路系统能够稳定运行，电机不会受到损害，提高煤矿生产的安全系数。

2.3.显示模块

显示模块是整个低压电机单机再起动控制器的信号显示装置，系统读整体的电压信号的强弱和数值的变化情况通过显示模块显示给相关工作人员来进行下一步工作的开展或者检修整个系统，解决出现问题的部位，保证输煤胶带机能够正常运行。

2.4.RTC模块

当低压电机单机再起动控制器自动起动电机运转时，需要记录相应的数据和时间点，以方便查阅工作，RTC模块起到的作用就是将电机的运转时间和信号准确记录，以保证电压闪络发生的具体时间和变化情况，保证直观清晰的反映出电机的运转状况，为相关工作的开展提供数据支持。

3.系统软件功能

3.1.自动重启功能

当电压恢复时，通过低压电机单机再起动控制器检测模块发出的可以正常起动电机的指令，系统自动进行电机起动，此功能的使用保证了系统的反应能够与实际同步，缩短反应的时间，排除了因为人为疏忽导致的电机未启动而导致的整个系统未能运行的状况。

3.2.历史记录功能

每次电机停止运行和低压电机单机再起动控制器起动电机的时刻都会被系统准确记录在系统当中，以方便工作人员进行日常工作的检查和系统维护时相应指标数据的使用，查询历史记录可以对电机进行有效的维护等方面工作的有效开展。

3.3.超长计时的处理

后备电源由于受到了体积、成本等因素的限制导致不可能长时间的启用来支持电机的长时间运转，而实际的电压闪络现象持续的时间可能较长，超过了系统反应的时间，造成控制系统在电压稳定后也无法正常自动起动电机的现象发生。

超长计时的处理则是牺牲掉了部分的精度来保证系统能够在较长时间内处理电机的自动起动工作，通常时间为180s，如果超过了计时长度则会损失部分精度下延长工作时间，但是时间持续较短，相对于超长计时的处理问题，精度的损失是客户完全可以接受的。

4.总结

以上重点介绍了低压电机单机再起动控制器的系统构成以及运转原理，相应的探究希望可以为其他研究提供帮助，推动煤矿企业向前稳步发展，为社会经济活动提供能源所需。

参考文献：

[1]陈星，徐承深.低压电机单机再起动控制器的设计与实现[J].现代电子技术，2005，12（24）：7 9.

[2]田卫华，程祥，齐晓轩，宛波，王艳.低压电机再起动控制器的设计与实现[J].自动化技术与应用，2006，12（06）：60 61+64.

电机控制器范文第2篇

[关键词]电机车 控制器 修配技术

中图分类号：TD64 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0111-01

煤矿电机车的控制器，必须进行定期检查，以确保控制器的正常运行。在检查控制器时要停电作业，放下受电弓、断开自动开关，先打开控制器的前外壳，在需要检查导线接线端子的连接状况时，才卸下控制器的后外壳，从触头上拿下消弧罩，便可进行修理。

1、解体步骤

卸下控制器的前后外壳，把导线从控制器的接线端子上卸下，拿下熄弧罩，松掉控制器的地脚螺栓，从电机车上拆下控制器，把装有触头元件的绝缘板从边板上拆下，拆下机械闭锁和掣子装置，再打下主轴手柄的锥形销轴，松掉主轴上盖的螺栓，把主轴取出卸下装有辅助触头的绝缘方轴，松掉可逆轴上盖的螺栓，把可逆轴取出。

2、主动部分的修理

主动部分的修理一般包括主触头元件、主轴凸轮以及熄弧罩等。

（1）主触头元件的结构。如图1所示。把螺栓13和螺母14松掉，从绝缘板10上取下静触头和熄弧线圈部分，更换烧损的静触头。拆卸熄弧线圈部分时，先把螺栓9松下，取出熄弧线圈中的铁芯和绝缘套筒，拿下两端的绝缘垫圈进行检验，若有损坏要进行更换线圈匝间如有短路，要进行消除。再把铁芯和绝缘筒放入线圈内，两端放好绝缘垫圈，用螺栓9把极铁7紧固。为避免螺栓9松动，可用小锤将其端部铆牢。拆卸动触头部分时，把螺栓15和螺母16松掉，从螺栓上拆掉软连接线18的端头，把动触头部分从绝缘板10上取下。拆下各销轴将动触头支架3从杠杆5上取下，更换烧损的动触头，检查弹簧4和6是否退火。检查滚轮8的轴承套、动触头支架及轴承装置上的孔与轴的磨损程度，按具体情况，分别进行处理。在组装时，要把各销轴加油以减少磨损，同时把销轴上的钩子装好，避免销轴任意转动而导致不必要的磨损，再加好开口销，把其装在绝缘板10上。最后还必须检查和调整触头的接触面积，达到技术的要求。

（2）在拆卸主轴凸轮时，把主轴上下两端的滚动轴承垫上紫铜块用手锤轻轻打下，用火油把轴承清洗干净，检查轴承是否损坏。在检查棘轮时要注意棘轮是否严重磨损，固定棘轮的锥形销轴是否紧固牢靠。需要更换凸轮元件时，预先把全部凸轮沿轴向上下划一条直线做记号，并把凸轮及垫圈的排列顺序记好，防止装错位置，再拿下固定特种螺母的钢丝环，松下特种螺母，拿下圆铁垫，将凸轮从方轴上拆下。组装凸轮时，要根据原来划的记号顺序组装，加好圆铁垫，紧固特种螺母，把所有的凸轮压紧，最后检查凸轮的间距及凹凸位置是否符合图纸的要求，在无误后，把固定特种螺母的钢丝环装好。若固定钢丝环的孔上下错位，要采取加减铁垫的方法调整。

3、可逆部分的修理

（1）修理可逆轴时，要更换磨损的铜截片，检查棘轮的磨损程度，各处固定销轴是否松动。若需要更换新的绝缘花凸轮时，其顺序和更换主轴凸轮的方法基本相同。

（2）辅助触头元件的结构如图2所示。把螺栓8拧掉，取下片簧10、分流片11和辅助触头2，更换磨损的辅助检查片簧10是否有退火等现象。对退火的片簧要进行更换或处理，由于接触不良而烧坏的分流片，必须更换。若绝缘方轴1的绝缘层无损坏处，卡板上叉没有积存油污时，可不把支板3、板4、卡板5从绝缘方轴上拆下，用吹尘器吹掉上面的煤尘，用棉丝清擦干净后，再检查平头螺栓9有无松动现象，再把片簧10连同分流片11和辅助触头部分装好。

4、机械闭锁与外壳的修理

（1）修理机械闭锁时，要更换磨损的销轴、滚轮和损坏的弹簧。装配新的销轴时，并涂上油。

（2）修理外壳时，先检查全部螺孔是否有溢扣现象，需要时重新套扣，再用边板将上盖与底座连接好。在前外壳的内壁上要装有完整的石棉纸，避免电气火花与外壳造成短路，同时，前、后外壳不要有较大的变形，外壳的锁扣装置应齐全，性能良好。

5、组装

各部件修好后进行组装。先要主轴的轴承加好黄油，轴承毡垫用机油浸透，把毡垫和轴承分别放在底座和上盖的轴承套里，把主轴的下端装在底座的轴承上，把主轴上盖装在主轴的上端，拧紧主轴上盖的螺栓，安上主轴手柄，打紧手柄上的锥形销轴，把主轴手柄置于零位置。再把闭锁装置和掣子装好，再装可逆轴，拧紧可逆轴上盖的螺栓，挂上弹簧。在安装可逆部分的辅助触头的绝缘方轴时，为达到触头所需的压力，要先把绝缘方轴旋转一定角度，把凸盔12与底座用螺栓上紧，并用螺栓从上盖方向固定好绝缘方轴的上端，再把锥形销轴13打紧。再调整支板3，使绝缘花凸轮与辅助触头之间保持有0.2mm～0.5mm的间隙，把装有主触头的绝缘板安装在边板上。全部装好后，把所有铜接片按照接线图的位置装好。

参考文献

电机控制器范文第3篇

关键词：PWM　LM339　直流电机　控制器

中图分类号：TM33

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）008-030-03

1 引言

直流电动机具有良好的起动、转矩性能，适于在大范围内平滑调速，在许多电力拖动领域得到了广泛的应用。本设计主要针对小型直流电机平滑调速应用领域设计开发的控制器。在设计中选用模拟电路集成电路芯片作为控制器核心，舍弃了单片机控制的方法，控制功能完全由硬件电路完成，提高了工作的可靠性，同时降低了成本。

2 直流电机调速原理

早期的直流电动机调速系统采用改变电枢回路中的电阻的方式实现调速。这种方法结构简单；但效率低，串入电阻后电机机械特性变软，不能实现大范围和无级调速的性能。目前常用是PWM斩波技术实现直流电机的宽范围无级变速。直流电动机的转速n特性公式为 式Ua为电枢供电电压，Ia电枢电流，%O为励磁磁通，R为电枢回路总电阻，CE为电势系数， （p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数）。改变输入电压Ua就可以对电机实现调速功能。

3 系统设计

设计方案主要由两部分组成：控制电路部分和主电路部分。主电路采用BUCK降压斩波拓扑，由于直流电机属于感性负载，为防止MOS管在关断期间发生击穿，在电机两端并联二极管进行续流。控制电路主要产生PWM波形，并提供各种过流、过热保护。

3.1 主电路

主电路如图1所示。

由于电机为感性负载，在图中将电机以L进行替代，则输出电压（%Z为导通占空比，UO是负载电压，E是电池电压）通过调节PWM的占空比来控制流过电机的电流大小。电容主要进行滤波，减小电池电压波动的影响；采样电阻的作用是电流采样，进行过流保。

3.2 控制电路

在控制电路中选用LM339电压比较器芯片引脚图如图2，其内部装有四个独立的电压比较器，是很常见的模拟集成电路，可以方便的组成各种电压比较器电路和振荡器电路，能达到设计要求。用LM339产生锯齿波信号和参考信号经过一个比较器产生PWM波形。锯齿波电路如图3，上电时电容开始充电，电压增加。11脚电位高于10脚，比较器13脚输出高电平。10脚的波形就是电容的充电过程曲线，也就是锯齿波的上升沿。随着电容不断充电，10脚电位不断升高，当高于11脚时电压时，比较器翻转输出低电平，这样原来截止的负反馈回路导通，电容通过这个回路向13脚迅速放电。10脚波形就变成了电容的放电曲线，锯齿波的下降沿。

10脚电压随电容不断放电而减小，当其电压小于V11，时比较器又翻转，电容重复充电过程，如此往复下去就形成了连续的锯齿波形。PWM波形产生电路如图4所示。加速器的输入信号为0～5V，锯齿波幅值为0～5V，当加速信号高于锯齿波信号时比较器输出高电平，锯齿波电平高于加速信号电平，比较器输出低电平，通过对加速信号的调节，改变比较基准，实现占空比的调节。

3.3 过流保护电路

为保障电路板的安全以及电池电机的安全，需要在控制电路中加上过流保护，来限制主电路的最大电流，防止由主电路过流引起的安全事故的发生。过流保护由一个比较器和一个运放组成如图5，图中R为康铜丝采样电阻，由于这种电阻阻值很小，通20A电流时仅产生百毫伏的分压，需要对采样电压进行一级放大，放大采用MCP6282，然后送到比较器，通过与设定的基准的比较，决定输出保护信号电位的高低。

设计过流保护具有自锁和自启动功能，在PWM的一个周期内当有过流发生时，比较器输出过流保护信号并自锁，使比较器在这一个周期内一直输出过流信号而不受采样电压的影响，当下一个周期来临时，过流保护信号自锁解除，比较器仍根据采样电压判断是否输出过流信号，此自启动功能由峰值电流调控来实现。如图5所示。

图5中，正相输入端5脚为采样电压信号，反相输入端4脚为基准电压，当5脚电位高于4脚电位，即过流时，比较器输出端2电位变高，三极管Q导通，使得与之联通的PWM信号被封锁，实现了过流保护。在未过流前，比较器输出为低，正反馈回路由于二极管的作用被关断，5脚电位不受其影响。过流时，比较器输出端翻转为高电平，通过正反馈回路使5脚电位变为 (比较器高电平输出近似为 )调整R22，R19的阻值使得V5大于基准电压4引脚处电位，则比较器输出端一直为高电平，从而不受采样电压的影响，实现过流自锁功能。自启动功能由二极管D4实现，D4的阴极接到锯齿波发生电路的放电端，即图3中的13脚，在一个周期内电容未放电时，13脚为高电平，但由于二极管的作用，此时对5脚电位无影响。电容放电时，比较器翻转，13脚为低电平，在这段时间内5脚电位被拉低，这样每个周期内5脚电位都会被拉第一次。一旦过流保护被自锁，下一个周期内，由于5脚电位被拉低，比较器就会解除自锁，实现重启动。

3.4 欠压保护电路

随着电池电量的减小，电池两端的电压会下降，如果不采取措施会使电池过放电，影响电池寿命。

欠压保护由一个比较器来实现，如图6所示。反相输入端6脚为基准电压，同相输入端7脚是经过分压处理后的电池电压信号。比较器输出端1脚通过反接一个二极管接到加速信号。当电池电压正常时，比较器输出端为高电位，由于二极管的作用高电位对加速信号没有影响。当电池欠压时，7脚电位小于6脚电位，比较器输出翻转，1脚变为低电平，进而将加速信号拉低为低电平，这样PWM信号就会变为低，从而使主电路断开，电池停止放电，这样就起到了欠压保护的作用。

3.5 过热保护电路

如图7所示，其中二极管正端接加速信号端。热保护用一个运放就能完成保护功能，运放的反向输入端是基准电压用来设定温度上限，同向输入端负温度系数的热敏电阻采样分压。热敏分压高于基准电压，运放输出高电平，二极管截止。当温度高时，热敏的阻值变小，分压变小，比较器输出低电平，二极管导通，电平将加速信号拉低，PWM输出变低，从而起到了保护的作用。

4 调试结果

经过调试和测试，控制器PWM驱动波形如图8所示波形比较好没有毛刺。过流响应如图9所示，响应速度快。MOS管驱动波形如图10所示与PWM波形有很好的一致性。接入电机上电实验表明该系统具有很好的调速性能，平滑性也比较好。

5 结论

本设计小型直流电机控制原理简单，运行可靠稳定。输出峰值功率可达1KW。该设计采用PWM直流斩波技术构成的无级调速系统，能够很好的实现对直流电机速度的控制，在保护方面能够对电池以及控制器本身的保护，启停时对直流系统无冲击。特别是该系统应用单纯的模拟系统，为低成本直流电机控制器的设计开辟了新的道路。

参考文献：

[1]　汪玉成.直流电机PWM调速系统设计[J].商场现代化,2007(05Z):389-389.

[2]　康华光.电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

电机控制器范文第4篇

福建能源集团永安煤业池坪煤矿 福建三明 365000

[摘要]原水轮发电机组与外网同期并网、与外网解裂停机都是在由人工操作完成的。加装微电脑控制器后水轮发电机组经微电脑控制器检测即实现自动并网又起到解裂保护功能。

[

关键词 ]水轮发电机组;同期;自动并网;解裂保护

1、概述

我司现有三个小水电站，三水电合计装机容量1365KW,有7台混流式水轮发电机组。改造前，当水轮发电机组发电通过升压变压器与省网并网时，操作人员必须通过观察并网同步指示灯、电压表、频率表等进行人工合闸并网。当省网与水电解列时，操作人员往往来不及“停车”造成水轮发电机产生高速运转，造成“飞车”所产生的高频率和高电压致使电网中的其它设备烧毁及自身发电机组的损坏。后在水轮发电机组原有控制系统上加装一套微电脑控制装置，以实现水电发电机组自动并网、解裂时通过调速电机迅速将水轮机组关闭至空载状态起到自身发电机组的保护作用。

2、自动并网功能（微电脑电气控制原理如图）

准同期操作较难掌握的是频率差和相位角差，这两个要素对等待时间和冲击电流影响又最大。其自动并网过程是将微电脑控制器面板上的【功能设定】旋钮转在【同期】档，微电脑接通(1-3或1-5）且发出“开大”或“关小”信号，控制电动机正转（KM1）或反转(KM2)，快速调整水轮机转速与电网频率相等。当微电脑捕捉到发电机频率与电网频率之差进入±0.25Hz，相角差由大及小进入20°时，微电脑（9、10）常开点接通原来PGL控制柜的ME-630断路器人工合闸常开按钮发出合闸命令实现自动并网功能。

2.1操作简单

1）自励建压后，调整电压与外网基本一致。2）拨上微电脑电源，微电脑将自动控制“开大”“关小”使频率接近至50HZ，同时调节励磁使发电机组电压与外网电压基本一致。3）将微电脑开关将【常态】转向【同期】，微电脑控制器通过（13、16）外网、（18、20）发电机端电压信号，检测自动调节至各参数（电压、频率、相位）同步时发出并网信号“HHHH”，此时ME-630断路器将自动合闸。4）将【同期】转回【常态】，然后通过“开大”按钮点动逐步加大发电功率。

2.2自动并网、自动调速的效果

一是避免因人工合闸并网时，在不同步误操作的情况下造成发电机烧毁和开关损坏。二是减轻了操作人员脑力劳动和体力劳动。我司大部分小电站，机组与控制屏不在同一处，通常要由一个人在机组旁边调整转速，另一个人在控制屏进行同期操作，这样才不会一个人来回的跑动来实现同步并网，技改后只需一人在控制屏处操作就可实现同步并网了，并可腾出一人固定在前池“捞草”可有效提高发电效率。同时并网过程中减少冲击电流对保护机组、延长空气开关寿命也起重要作用。

3、解裂保护

如因某种原因当省网与水电解裂时，操作人员往往来不及关机造成水轮发电机组“飞车”现象。由于高速运转所产生的高频率和高电压，或是断路器未能时关断将造成发电机组冲击电网中的其它电气设备及自身发电机组的损坏。

3.1解裂保护工作过程

联网的发电机组安装了微电脑控制器时当：【运行方式】旋至【大网】档时，在外网频率出现异常的瞬间（即变电所开关跳闸后的第一时间）电脑就检测到，若符合下列情况：①频率≥50.5Hz同时电压≥456V；②频率≥51.0Hz同时电压≥437 V；③电压＜418V但频率≥52.0Hz；④频率＜49.5Hz但是电压≥456V（延时0.5秒）；电脑立即发出分闸信号：微电脑（6、7）常开点接通原来PGL控制柜的ME-630断路器人工分闸常开按钮发出分闸命令，同时接通微电脑（1-3）利用本发电机组所发电源，迅速发出“关小”信号控制电动机反转(KM2)，快速调整水轮机导水机构使转速与电网频率相等（空载状态）。实现解裂保护功能。

4、提高了机组运行的可靠性和效益。

从我司水电站技改前后的运行情况表明，在各方面都有改善，主要表现为：技改前，人为操作，尽可能地增大发电量，提高水轮机转速，致使电网电压过高，影响了电网的供电质量。采用微电脑技改后，排除了人为因素的影响，使机组在正常周波和电压范围内运行，确保了电网的供电质量。由于手动操作，在机组发生故障或电网突然跳闸甩负荷时，运行值班人员来不及操作，容易引起飞车事故的发生，造成机电设备的损坏和人员的伤害。如2012年8月，因雷雨天气引起外网跳闸由于没能及时同时关闭三台水轮机组造成3号机组（SFW160）160KW发电机定子绕组烧毁、励磁发电机损坏，造成2.05万元的直接经济损失，更主要是影响了发电高峰期（汛期）的发电效益其间接经济损失160Kw*24h/天*30天*0.56元/kw.h=6.45万元。技改后，当与外网解裂后可立即自动发出过速信号，发电机主开关分闸、调速电机立即关机控制水轮机运行在空载状态，可以确保机电设备和人员的安全，设备完好率有了较大的提高。由于设备完好率提高，停机次数少，恢复发电时间短，其发电效益得到了正常的发挥。本套装置采用微电脑装置与原来手工合闸、分闸合为一体，互为转换备用，转换操作简便。采用微电脑装置时，利用原电气装置与微电脑相配合，达到自动并网与解裂保护的目的。当微电脑装置出现故障时，只需拨动钮子转换开关、关闭微电脑电源即可转换为手动操作（同步灯）继续发电。

5、结语

采用微电脑对小水电站进行技术改造，不仅能确保电能质量的稳定，提高机组运行的安全度和设备完好率，增加发电效益及降低运行费用，是一种投资少、见效快的技改办法。还可利用微电脑的控制功能，增设在前池上配置水位自动临测装置，实现按水位自动调节出力的功能、远程控制功能等等，为今后的进一步技术革新打下良好基础。

电机控制器范文第5篇

    步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中,如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前,对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大,同时由于分散器件的延时,其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间,降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好,但其适应性受到限制,同时开发周期长、需求费用较高。通用阵列逻辑gal(generic array logic)是美国lattice公司研制的一种电可擦除的可编程的新型pld器件。近几年来,gal以其高性能、高可靠性、可擦除及输出逻辑结构可组态等特性和100%的成品率,博得广大用户的信赖。它可以用来构成译码器、优先级编码器、多路开关、比较器、移位寄存器、计数器、总线仲裁器等。采用gal器件对三相步进电机进行控制,不仅简化了系统的结构,降低了成本,而且编程灵活方便,提高了系统的可靠性,使系统具有更强的适应性。

    1 三相六拍步进电机控制要求

    矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数,矩角特性好,步进电机启动转矩就大,运行不易失步。改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍,因此在很多情况下,三相步进电机采用三相六拍运行方式。三相步进电机工作在三相六拍运行方式时,每个状态的变化使电机转动1/6齿距,三相激励规律为a-ab-b-bc-c-ca共六拍,对应时序如图1所示。a、b、c分别代表接到三相步进电机a相、b相、c相绕组的驱动脉冲。

    通常,步进电机的脉冲控制是由逻辑电路实现的。在计算机控制的系统中,也可以通过编制程序,由扩展i/o口输出脉冲来决定电机的运行方式、方向及转速。这种方式电路简单、控制灵活,但占用cpu的时间过多,每次驱动电机时,pc机都得被占用。本文采用可编程逻辑器件(pld)中的gall6v8设计逻辑电路。在此,选三个控制信号:(1)启动控制信号s,当s=1时为停止,s=0为启动;(2)正反转控制信号d,当d=1时电机正转,d=0时电机反转;(3)转速切换信号r和c,当r=0、c=0时,频率为fck;r=1、c=1时,频率为fck/2。步进电机的转速通常都是通过改变时序脉冲的频率来控制的,所以这里用频率来表示转速的改变。由于gal器件所有触发器的时钟是连在一起的,不能同时引入两种以上频率的时钟,因此从改造组合逻辑部分人手,达到对电动机转速的二分频控制。同理也可以实现四相八拍、五相十拍、六项十二拍的步进电机控制,这就比专用的集成电路功能更强。

    2 采用gal控制脉冲分配的逻辑设计

    若采用集成电路芯片来实现三相六拍步进电机的控制,所用器件较多,电路一般比较复杂。为了满足电机转速的二分频,在同一时钟频率控制下,必须利用一个d型触发器,通过c参与组合逻辑来实现。其逻辑电路如图2所示。ck为控制信号,三个d型触发器的输出o、p、q分别接步进电机的三项绕组。根据步进电机驱动相数及控制要求,必须有相应于相数的延迟触发器保持现态与次态间的转换过程。对此,可利用gal中八个输出逻辑宏单元中的三个来完成,电机的工作状态(o、p、q)中的现态与控制信号(s、r、d)可通过gal的与、或阵列组合逻辑来完成。

    2.1 逻辑控制状态表

    按照电机的激励规律,在时序脉冲作用下,时序电路的状态将在六个状态中循环,驱动电机运转。这里用a、b、c、d、e、f分别表示其六个状态,即a=100、b=110、c=010、d=011、e=001、f=101。根据逻辑电路图可得其状态表,如表1所示。

    表1 逻辑控制状态表

    s

    rdc

    现态 1 0

    × 000 010 100 110 101 111

    a a f b f b a a

    b b e c a c b b

    c c d d b d c c

    d d c e c e d d

    e e b f d f e e

    f f a a e a f f

    表1中分频控制量r决定c的取值,即c=rc。当r=0时,电机按fck频率运行,当r=1时,c重复取0和1,电机按fck/2频率运行。

    2.2 状态真值表

    由表1可得状态真值表,如表2所示。表中o、p、q状态是在时钟脉冲控制下变化的,在控制变量的控制下,决定电机的启动、转向和转速大小。

    表2 状态真值表

    o p q s r d c do dp dq   o p q s r d c do dp dq

    1 0 0 0 0 1 0 1 1 0   0 1 1 0 1 1 0 0 0 1

    1 1 0 0 0 1 0 0 1 1   0 0 1 0 1 1 1 0 0 1

    0 1 1 0 0 1 0 0 0 1   0 0 1 0 1 1 0 1 0 1

    0 1 1 0 0 1 0 0 0 1   1 0 1 0 1 1 1 1 0 1

    0 0 1 0 0 1 0 1 0 1   1 0 1 0 1 1 0 1 0 0

    1 0 1 0 0 1 0 1 0 0   1 0 0 0 1 0 1 1 0 0

    1 0 0 0 0 0 0 1 0 1   1 0 0 0 1 0 0 1 0 1

    1 0 1 0 0 0 0 0 0 1   1 0 1 0 1 0 1 1 0 1

    0 0 1 0 0 0 0 0 1 1   1 0 1 0 1 0 0 0 0 1

    0 1 1 0 0 0 0 0 1 0   0 0 1 0 1 0 1 0 0 1

    0 1 0 0 0 0 0 1 1 0   0 0 1 0 1 0 0 0 1 1

    1 1 0 0 0 0 0 1 0 0   0 1 1 0 1 0 1 0 1 1

    1 0 0 0 1 1 1 1 0 0   0 1 1 0 1 0 0 0 1 0

    1 0 0 0 1 1 0 1 1 0   0 1 0 0 1 0 1 0 1 0

    1 1 0 0 1 1 1 1 1 0   0 1 0 0 1 0 0 1 1 0

    1 1 0 0 1 1 0 0 1 0   1 1 0 0 1 0 1 1 1 0

    0 1 0 0 1 1 0 0 1 0   1 1 0 1 1 0 0 1 0 0

    0 1 0 0 1 1 0 0 1 1   × × × 1 × × × 0 0 0

    0 1 1 0 1 1 1 0 1 1                      

    2.3 卡诺图

    在卡诺图中,输入变量分两排表示,变量的取值次序按照循环码排列。这种排列方法使得卡诺图中几何上相邻的两个小方块所代表的最小项只有一个变量不同这正是利用卡诺图化简逻辑函数的基础。

    对于多变量输入,使用卡诺图时要注意以下几点:

    (1)按照"最少、最大"的原则(即圈数最少,圈内的最小项个数尽可能多)圈起所有取值为1的相邻相。

    (2)卡诺图中四个角与两对边的各项也是相邻的,卡诺图里上、下或左右部分中对称的项也是相邻的。

    (3)每圈一个矩形圈时,必须至少包含一个在其它圈中未出现过的最小项,否则出现重复而得不到最简式。 (4)每一个取值为"1"的小方块都可以被圈多次,但不能遗漏,最小圈可以只包含一个小方块,即不能简化。

    以o为例,由状态真值表可得其卡诺图,如图3所示。根据圈数和最小项可得其逻辑表达式为:

    同样,也可以求得p、q的逻辑表达式

    图3

    3 gal的软件设计

    3.1 gal器件选型及引脚变量分配

    gal器件有多种型号,根据设计的需要,同时从经济的角度考虑,选用gall6v8来实现三相六拍步进电机的控制。

    3.2 gal源文件设计

    根据控制要求和编程格式,对已得到的时序逻辑方程编写的源文件如下:

    在实际输入时不需要加入,注释行以";"开始。将上述源文件输入计算机,再对文件进行编译或汇编以生成jedec文件、引脚配置图、熔丝图等。用编程器对gal器件进行编程,编程器在编程结束后还具有对编程芯片所有的存储单元进行自动检验的功能。