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8253在步進電動機運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要：介紹了腭式破碎機通用定時／計數(shù)器8253在步進電機運動控制系統(tǒng)中的一種應(yīng)用策略。針對步進電機的控制方案，簡介了Intel8253的基本特性，并結(jié)合工程實際，提出了一種將Intel8253應(yīng)用于步進電機伺服系統(tǒng)的控制技術(shù)，具體論述了如何對Intel8253進行編程，控制步進電機按控制規(guī)律運行。
關(guān)鍵詞：步進星型卸料器電機；位置伺服系統(tǒng)；高精度
1喂料機 電機控制方案
步進電動機是數(shù)顎式粉碎機字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，步進電動機由專門的、可以產(chǎn)生一定頻率、功率和時序的電脈沖的驅(qū)動器驅(qū)動。
改變加在驅(qū)動器上的數(shù)字脈沖信號的頻率，可以改變驅(qū)動器礦石破碎機產(chǎn)生的時序脈沖的頻率，從而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速［1］。步進電機的轉(zhuǎn)速n正比于脈沖信號的頻率f、比例系數(shù)k與驅(qū)動器參數(shù)，與步進電機的相數(shù)及通電方式有關(guān)。
在工程開發(fā)過程中，當步進電機驅(qū)動器設(shè)計完成后，系統(tǒng)開環(huán)控制部分可采用圖三次元振動篩1所示方案。
驅(qū)動器工作狀態(tài)與步進電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向由單片機、數(shù)字信號處理器［2］或微型計算機［3］（或其外圍設(shè)備）的ls螺旋輸送機數(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定義為單片機或微型計算機的數(shù)字輸出（D0）通道。
系統(tǒng)中Intel8253作為單片機或微機系統(tǒng)的外設(shè)，對555電路鏈式輸送機產(chǎn)生的數(shù)字脈沖信號f0進行分頻，可以提供頻率大范圍可調(diào)的數(shù)字脈沖信號，實現(xiàn)步進電機寬廣范圍的速度調(diào)節(jié)。
SH系列回轉(zhuǎn)篩2 Intel8253在步進電機運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
2．1 Intel 82直通沖擊式破碎機53芯片特點
Intel 8253是可編程定時／計數(shù)量螺旋進料器，片內(nèi)包含3個獨立通道，每個通道均為16位計數(shù)器，計數(shù)速率可達2．6MHz。
Intel8253具有3個功能相同的16位遞雙級破碎機減計數(shù)器，每個計數(shù)器的工作方式和計數(shù)長度分別由軟件片機連接。
Intel8253的定時／計數(shù)器有6種工作方式：（1）計數(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。（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，是我們對步進電機驅(qū)動、調(diào)速所采用的方式。工作方式（4）對輸入方波頻率f0進行N分頻，輸出頻率為f的螺旋喂料機方波數(shù)字脈沖信號。
f＝f0／N
式中，N為寫入計數(shù)器的計數(shù)值，當N的范圍為2～65535，其輸出變化范圍達f0／65535～f0／2，尤其適用對步進電機中、低速運行時的速度調(diào)節(jié)。
2．2 一種基于步進電機的新型運動控制系統(tǒng)
航天“星星指向跟蹤控制系統(tǒng)”中的運動控制部分，為基于稀土永磁步進電機的雙自由度（俯仰、方位）位置伺服系統(tǒng)。系統(tǒng)總體設(shè)計思想使用計算機控制2臺步進電機，每臺步進電機代表天線運動的一個自由度，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)單個自由度由2路模擬電壓給定目標位置，經(jīng)微型計算機采樣、A／D轉(zhuǎn)換，再按一定控制規(guī)律控制稀土永磁步進電機，實現(xiàn)高精度的位置伺服精度。
系統(tǒng)硬件組成（單個自由度）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計數(shù)器工作狀態(tài)，實現(xiàn)步進電機調(diào)速及位置伺服控制，具體實現(xiàn)方法：
（1）步進電機起動
步進電機驅(qū)動器使能端加載合適的控制信號后，起動步進電機只需對Intel8253所選用的計數(shù)器寫入方式3控制字，然后寫入所需計數(shù)值。計數(shù)器便會連續(xù)輸出頻率f＝f0／N的脈沖信號，驅(qū)動器就能驅(qū)動步進電機按一定轉(zhuǎn)速運行。
設(shè)nBase為Intel8253基址，LSB和MSB分別為要寫入的計數(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＃計數(shù)器工作于方式3
outp（nBase，LSB）；／／0＃計數(shù)器寫入計數(shù)值低8位
outp（nBase，MSB）；／／0＃計數(shù)器寫入計數(shù)值高8位
（2）步進電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
只需對8253的計數(shù)器寫入新的計數(shù)值，計數(shù)器輸出頻率就會發(fā)生相應(yīng)變化，進而改變驅(qū)動器產(chǎn)生的時序脈沖的頻率，實現(xiàn)了步進電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
由前面算式可以知道，電機轉(zhuǎn)速為：
n＝kf＝kf0／N
注意在步進電機運行過程中要始終保持8253計數(shù)器門控端GATE為高電平。C＋＋操作程序為：
outp（nBase，newLSB）；／／0＃計數(shù)器寫入新計數(shù)值低8位
outp（nBase，newMSB）；／／0＃計數(shù)器寫入新計數(shù)值高8位
（3）步進電機轉(zhuǎn)動停止
以步進電機為執(zhí)行機構(gòu)的位置伺服系統(tǒng)，當執(zhí)行機構(gòu)運行到目標位置后，步進電機需停止轉(zhuǎn)動并保持在該位置，這時切斷提供給步進電機驅(qū)動器的脈沖信號f0，步進電機停止轉(zhuǎn)動，同時仍有一定保持轉(zhuǎn)矩。有兩種方法：
一是將8253計數(shù)器的門控端GATE置為低電平，這時GATE端需定義為計算機系統(tǒng)的一個數(shù)字輸出（DO）通道；二是將8253計數(shù)器工作方式改變?yōu)槠渌绞?，而不寫入新的計?shù)值，這時8253計數(shù)器因等待新計數(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所示運動控制系統(tǒng)中，采用了第二種方法，通過改變計數(shù)器工作方式使Intel 8253停止輸出數(shù)字脈沖信號。程序為：
outp（nBase＋3，0x36）；／／0＃計數(shù)器設(shè)為方式0，等待寫入計數(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)采用步進電機直接驅(qū)動方案，跟蹤速度達到0—4°／s，位置伺服誤差不大于0．06°（雙自由度），是一個低速、高精度的伺服跟蹤系統(tǒng)。
實驗結(jié)果證明，Intel 8253應(yīng)用于步進電機運動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件編程簡單易行，對稀土永磁步進電機進行起動、停止和調(diào)速控制，步進電機運行良好，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要求。
參考文獻：
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