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8253在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘　要：介紹了腭式破碎機(jī)通用定時(shí)／計(jì)數(shù)器8253在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種應(yīng)用策略。針對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制方案，簡介了Intel8253的基本特性，并結(jié)合工程實(shí)際，提出了一種將Intel8253應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的控制技術(shù)，具體論述了如何對(duì)Intel8253進(jìn)行編程，控制步進(jìn)電機(jī)按控制規(guī)律運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：步進(jìn)星型卸料器電機(jī)；位置伺服系統(tǒng)；高精度

1喂料機(jī)　電機(jī)控制方案
　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)顎式粉碎機(jī)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由專門的、可以產(chǎn)生一定頻率、功率和時(shí)序的電脈沖的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
　　改變加在驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)字脈沖信號(hào)的頻率，可以改變驅(qū)動(dòng)器礦石破碎機(jī)產(chǎn)生的時(shí)序脈沖的頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速［1］。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n正比于脈沖信號(hào)的頻率f、比例系數(shù)k與驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，與步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)及通電方式有關(guān)。
　　在工程開發(fā)過程中，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)完成后，系統(tǒng)開環(huán)控制部分可采用圖三次元振動(dòng)篩1所示方案。
　　驅(qū)動(dòng)器工作狀態(tài)與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向由單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器［2］或微型計(jì)算機(jī)［3］（或其外圍設(shè)備）的ls螺旋輸送機(jī)數(shù)字輸出（D0）端直接控制，可以將方向控制U／D和使能控制EA定義為單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)的數(shù)字輸出（D0）通道。
　　系統(tǒng)中Intel8253作為單片機(jī)或微機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)，對(duì)555電路鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)產(chǎn)生的數(shù)字脈沖信號(hào)f0進(jìn)行分頻，可以提供頻率大范圍可調(diào)的數(shù)字脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)寬廣范圍的速度調(diào)節(jié)。

整個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)電路簡潔明了；由于Intel8253作為單片機(jī)或微機(jī)系統(tǒng)的外不銹鋼料斗設(shè)，可編程性強(qiáng)，可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)調(diào)速，適用于不同的應(yīng)用環(huán)境。
SH系列回轉(zhuǎn)篩2　Intel8253在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
2．1　Intel 82直通沖擊式破碎機(jī)53芯片特點(diǎn)
　　Intel 8253是可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)量螺旋進(jìn)料器，片內(nèi)包含3個(gè)獨(dú)立通道，每個(gè)通道均為16位計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)速率可達(dá)2．6MHz。
　　Intel8253具有3個(gè)功能相同的16位遞雙級(jí)破碎機(jī)減計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式和計(jì)數(shù)長度分別由軟件片機(jī)連接。
　　Intel8253的定時(shí)／計(jì)數(shù)器有6種工作方式：（1）計(jì)數(shù)結(jié)束中斷方式。（2）可編程單穩(wěn)態(tài)可彎曲刮板輸送機(jī)。（3）頻率發(fā)生器。（4）方波頻率發(fā)生器。（5）軟件觸發(fā)方式。（6）硬件觸發(fā)方式。
　　其中方式（4）為方波頻率發(fā)生器方式，是我們對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、調(diào)速所采用的方式。工作方式（4）對(duì)輸入方波頻率f0進(jìn)行N分頻，輸出頻率為f的螺旋喂料機(jī)方波數(shù)字脈沖信號(hào)。
　　f＝f0／N
式中，N為寫入計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，當(dāng)N的范圍為2～65535，其輸出變化范圍達(dá)f0／65535～f0／2，尤其適用對(duì)步進(jìn)電機(jī)中、低速運(yùn)行時(shí)的速度調(diào)節(jié)。
2．2　一種基于步進(jìn)電機(jī)的新型運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
　　航天“星星指向跟蹤控制系統(tǒng)”中的運(yùn)動(dòng)控制部分，為基于稀土永磁步進(jìn)電機(jī)的雙自由度（俯仰、方位）位置伺服系統(tǒng)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想使用計(jì)算機(jī)控制2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，每臺(tái)步進(jìn)電機(jī)代表天線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)自由度，使天線指向任意給定位置，指向位置由旋轉(zhuǎn)變壓器測量。
　　系統(tǒng)控制原理圖［4］如圖2所示。

系統(tǒng)單個(gè)自由度由2路模擬電壓給定目標(biāo)位置，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)采樣、A／D轉(zhuǎn)換，再按一定控制規(guī)律控制稀土永磁步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高精度的位置伺服精度。
　　系統(tǒng)硬件組成（單個(gè)自由度）如圖3所示。

控制軟件用VD＋＋6．0編寫，通過軟件操作，改變Intel 8253計(jì)數(shù)器工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速及位置伺服控制，具體實(shí)現(xiàn)方法：
（1）步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)
　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使能端加載合適的控制信號(hào)后，起動(dòng)步進(jìn)電機(jī)只需對(duì)Intel8253所選用的計(jì)數(shù)器寫入方式3控制字，然后寫入所需計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)器便會(huì)連續(xù)輸出頻率f＝f0／N的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器就能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。
　　設(shè)nBase為Intel8253基址，LSB和MSB分別為要寫入的計(jì)數(shù)值的低8位和高8位數(shù)據(jù)，C＋＋操作程序如下：
　　outp（nBase＋3，0x36）；／／0＃計(jì)數(shù)器工作于方式3
　　outp（nBase，LSB）；／／0＃計(jì)數(shù)器寫入計(jì)數(shù)值低8位
　　outp（nBase，MSB）；／／0＃計(jì)數(shù)器寫入計(jì)數(shù)值高8位
（2）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
　　只需對(duì)8253的計(jì)數(shù)器寫入新的計(jì)數(shù)值，計(jì)數(shù)器輸出頻率就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，進(jìn)而改變驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的時(shí)序脈沖的頻率，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
由前面算式可以知道，電機(jī)轉(zhuǎn)速為：
　　n＝kf＝kf0／N
　　注意在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中要始終保持8253計(jì)數(shù)器門控端GATE為高電平。C＋＋操作程序?yàn)椋?BR>　　outp（nBase，newLSB）；／／0＃計(jì)數(shù)器寫入新計(jì)數(shù)值低8位
　　outp（nBase，newMSB）；／／0＃計(jì)數(shù)器寫入新計(jì)數(shù)值高8位
（3）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)停止
　　以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置伺服系統(tǒng)，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行到目標(biāo)位置后，步進(jìn)電機(jī)需停止轉(zhuǎn)動(dòng)并保持在該位置，這時(shí)切斷提供給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)f0，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)仍有一定保持轉(zhuǎn)矩。有兩種方法：
　　一是將8253計(jì)數(shù)器的門控端GATE置為低電平，這時(shí)GATE端需定義為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)字輸出（DO）通道；二是將8253計(jì)數(shù)器工作方式改變?yōu)槠渌绞?，而不寫入新的?jì)數(shù)值，這時(shí)8253計(jì)數(shù)器因等待新計(jì)數(shù)值的寫入而停止工作，這種情況下，GATE門控端只需接高電平。
　　圖3所示運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用了第二種方法，通過改變計(jì)數(shù)器工作方式使Intel 8253停止輸出數(shù)字脈沖信號(hào)。程序?yàn)椋?BR>　　outp（nBase＋3，0x36）；／／0＃計(jì)數(shù)器設(shè)為方式0，等待寫入計(jì)數(shù)值，停止輸出。
3　結(jié)　論
　　所述控制方法在“星星指向跟蹤控制系統(tǒng)”中得到了成功應(yīng)用。該系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方案，跟蹤速度達(dá)到0—4°／s，位置伺服誤差不大于0．06°（雙自由度），是一個(gè)低速、高精度的伺服跟蹤系統(tǒng)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，Intel 8253應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件編程簡單易行，對(duì)稀土永磁步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、停止和調(diào)速控制，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行良好，調(diào)速平穩(wěn)。系統(tǒng)采用了高精度旋轉(zhuǎn)變壓器、高分辨率RDC轉(zhuǎn)換器作為反饋通道，配合以指數(shù)控制規(guī)律，滿足了超低速、高精度的位置伺服控制指標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

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此文關(guān)鍵字：粉碎機(jī) 喂料機(jī) 星型卸料器

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