摘要：文中主要針對鋼球表面質(zhì)量檢測儀中步進電機控制方法進行了研究，提出運動控制卡與單片機相結合的控制方案，并建立了步進電機加減速控制的數(shù)學模型，在此模型基礎上應用美國Nl公司的PCI一7342運動控制卡結合STC單片機，完成了儀器中的上料、表面展開、分選電機的控制，利用PCI一7342的D／A模塊與單片機進行硬觸發(fā)，實現(xiàn)各個運動控制模塊之間的邏輯關系，通過脈寬調(diào)制避免電機頻繁啟停而失步的問題。

　　關鍵詞：步進電機；運動控制卡：單片機：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)量進行分類檢測的儀器，它的機械結構豐要由一卜料、表面展開、分選等機構組成，各部分的驅(qū)動用步進電機來實現(xiàn)?！　鹘y(tǒng)的步進電機控制方式中，控制電路由邏輯與功率放大電路組成，電路設計復雜，且一旦電路確定，要改變控制方案十分困難Hj。隨著我國電機行業(yè)的發(fā)展，電機驅(qū)動器作為整體已經(jīng)商品化，從應用角度來講，所要做的就是選擇適合的控制主體，現(xiàn)在應用廣泛的單片機控制，在價格上占一定的優(yōu)勢；還有基于DSP的控制方案，多用于對實時性要求較高的嵌入式系統(tǒng)之中t2 JI在機器人關節(jié)電機控制中，多采用運動控制卡，它町以實現(xiàn)復雜的運動軌跡控制，并且與計算機接口方便、平臺功能強大。隨著步進電動機在更多領域的應用，與計算機緊密結合的控制卡方式是發(fā)展的一個趨勢。本文介紹r對兩相混合式步進電動機的控制，應用PCI運動控制卡的電機挖制模塊完成鋼球表面展開的步進電機控制，并以其為主線，結合單片機對一卜料、分選電機進行控制。

　　2 系統(tǒng)控制的實現(xiàn) 檢測儀結構主要由七料箱、上料、鋼球表面展開、分選等結構及其驅(qū)動電機組成。上料電機一控制鋼球從卜料箱經(jīng)由運輸管逐個落到展開盤的進球孔中去，由電機三、四帶動類似于展開機構將鋼球表面進行展開，同時由固定在機構上方的攝像頭把采集到的球體表而信息傳送到PC中去進行圖像處理，再通過處理結果控制分選電機二動作將鋼球分撿，從而完成一個檢測周期?！　?．1硬件控制方案實現(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一7342兩軸運動控制卡作為控制核心，利用它的電機控制模塊控制兩個表面展開電機，其加模塊、D／A模塊與兩片STC單片機相結合，實現(xiàn)上料、分選電機和各部分電機之間運動的邏輯關系控制，控制關系框?！　CI一7342能同時控制兩個步進電機獨立轉(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?！　善瑔纹瑱CSTC89C51和STCl2C5412分別控制上料電機一和分選電機二，STC89C51的P2.1 口發(fā)出的PWM脈沖連接到卜料電機驅(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到傳統(tǒng)STC89C51的12倍，用它來控制分選電機町以保證分選機構的速度要求，利用其PWM模塊與步進電機的驅(qū)動器四的CP一端連接，為r精確控制脈沖發(fā)出個數(shù)，占用了單片機定時T0，脈沖頻率和脈寬可以調(diào)節(jié)相應的寄存器來實現(xiàn)?！　∠到y(tǒng)中步進電機運動方式為中短距離的間歇運動，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確、及時地落入進球孔中，分選時電機不能到達指定的位置，會使分選結果錯誤，嚴重時會卡住機構而發(fā)生危險。針對以上情況，建贏了電機控制的數(shù)學模刑，并對控制脈沖PWM波進行細分調(diào)理，使電機運動更加平穩(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)學模型建立 在實際的步進電機速度控制中，電機運轉(zhuǎn)總要經(jīng)歷加速、恒速、減速幾個過程，由于步進電機啟動頻率受到機械結構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)軟件實現(xiàn) 系統(tǒng)軟件平臺是利用NI公司LabVIEW7．0和C76 1機械工程師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)在廣泛應用于圖像處理和信號采集等領域。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)行展開電機和分選電機的初始位置校正程序，然后才會向后執(zhí)行電機控制程序。單片機程序用C語言編寫的，上料電機的程序中可以由串口接受上位移PC機的速度值，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)步進電機運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，從而改善步進電機的啟停的機械性能。分選程序中的步進脈沖頻率可以根據(jù)PWM脈沖發(fā)出模塊的時鐘基準選擇不同的發(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 結論 本文根據(jù)鋼球檢表面缺陷測儀系統(tǒng)中步進電機要求頻繁啟停的運動特點和各個電機之間存在一定的運動邏輯關系的要求，建立起電機加減速的數(shù)學模型，提出以運動控制卡為核心，輔助以單片機的方案。這種控制卡與單片機的方法發(fā)揮r控制卡的平臺優(yōu)勢和單片機的價格優(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運動控制卡，單片機選擇廠STC89C51和STCl2C5412兩片單片機。應用LabVIEW7．0為軟件開發(fā)平臺搭建起整個軟件框架，結合C語言完成了上料、展開、分選步進電機控制程序的開發(fā)。通過射樣機大量調(diào)試，檢驗了控制系統(tǒng)和軟件的可靠性。

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