運(yùn)動(dòng)控制專用集成電路及應(yīng)用（續(xù)5）
譚建成 （廣州電器科學(xué)研究所）
【摘 要】本文為“運(yùn)動(dòng)控制專用集成電路及應(yīng)用（續(xù)4）”（見1993年《微電機(jī)》第2期）的續(xù)篇，介紹利用gl-1200專用集成電路構(gòu)成的直流電動(dòng)機(jī)步進(jìn)化控制系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的性能、原理、應(yīng)用等作了詳細(xì)的闡述。
【敘 詞】集成電路直流電動(dòng)機(jī)／步進(jìn)伺服控制器原理應(yīng)用5 gl-1200步進(jìn)伺服控制器
5.1直流電動(dòng)機(jī)步進(jìn)化控制系統(tǒng)
在位置伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，人們經(jīng)常面臨對(duì)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)和直流伺服系統(tǒng)的選擇，選擇包括對(duì)運(yùn)動(dòng)控制快速性的要求、精度、成本、設(shè)計(jì)和調(diào)整復(fù)雜性等方面的考慮。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)字部件，它直按接受脈沖序列，可開環(huán)控制，不需反饋元件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，容易調(diào)整，成本較低。但步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)輸出功率較�。还ぷ魉俣容^低，一般不超過(guò)2000r/min；低速運(yùn)行平滑性差，還可能出現(xiàn)諧振而失步；在高速工作時(shí)轉(zhuǎn)矩下降；堵轉(zhuǎn)工作發(fā)熱嚴(yán)重；系統(tǒng)效率低；響應(yīng)快速性較差。如果采用微步距驅(qū)動(dòng)或閉環(huán)控制等新技術(shù)，性能會(huì)有所改善，但成本明顯增高。如果選用直流伺服系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)性能會(huì)有很大改善，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本增大，設(shè)計(jì)和調(diào)整比步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)要困難一些，而且其控削器部分的成本也隨之加大。
利用gl-1200專用集成電路構(gòu)成的直流電動(dòng)機(jī)步進(jìn)化控制系統(tǒng)，是一個(gè)折衷的方案。它采用增量式編碼器作為反饋元件。與步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)相似，接受從主控計(jì)算機(jī)來(lái)的脈沖序列指令，不但得到位置誤差，還可以得到阻尼信號(hào)，因而不必使用測(cè)速發(fā)電機(jī)。它可使用適用于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的控制器和軟件，設(shè)計(jì)和調(diào)整比較簡(jiǎn)易，系統(tǒng)成本較低。利用這個(gè)系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)的控制就像步進(jìn)電機(jī)一樣。它既可以作位置控制，也可以作鎖相速度控
制使用。
這個(gè)新系統(tǒng)適用于那些步進(jìn)系統(tǒng)已不能滿足要求，而若選用常規(guī)閉環(huán)直流伺服系統(tǒng)又嫌太昂貴的場(chǎng)合。
5.2 gl-1200脈沖輸人式伺服控制器
圖1表示采用gl-1200專用芯片組成步進(jìn)伺服控制系統(tǒng)的框圖，圖中也表示芯片內(nèi)的主要構(gòu)成。
gl-1200是一個(gè)28腳雙列直插塑封芯片，示于圖2，其內(nèi)部包括有一個(gè)指令寄存器、一個(gè)反饋寄存器、一個(gè)位置反饋信號(hào)譯碼器、一個(gè)比較器、一個(gè)微分器。寄存器是12位的。從上位機(jī)來(lái)的脈沖序列位置指令從8或9腳進(jìn)入指令寄存器。從增量編碼器來(lái)的雙通道脈沖序列從11和12腳進(jìn)入譯碼器，得到4倍頻的位置信息和方向信息。例如，若編碼器是500脈沖／r，進(jìn)入反債寄存器的實(shí)際位置信號(hào)相應(yīng)為2000脈沖／r，增加了系統(tǒng)的分辨率。兩寄存器的數(shù)據(jù)不斷被采樣送給比較器，得到數(shù)字位置誤差(pe)。采樣頻率很高，由外接的振蕩器提供，典型值為5mhz，比系統(tǒng)帶寬高得多。數(shù)字位置誤差(pe)的低8位被脈寬調(diào)制(pwm)從3腳輸出(mc信號(hào))。同時(shí)，還計(jì)算出位置誤差的微分，代表了運(yùn)動(dòng)速度，從6和7腳送出，作系統(tǒng)阻尼用。一個(gè)正比于正速度，另一個(gè)正比于負(fù)速度。兩個(gè)信號(hào)在外設(shè)運(yùn)算放大器中轉(zhuǎn)換成模擬阻尼信號(hào)。用另一個(gè)運(yùn)算放大器可以將位置誤差和阻尼信號(hào)合成一個(gè)模擬信號(hào)，用來(lái)控制末級(jí)功率放大器，驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)（參見圖3）。系統(tǒng)的增益和阻尼可由rd和rg兩個(gè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)，以優(yōu)化系統(tǒng)的性能。
  gl-1200是一個(gè)脈沖跟蹤型控制器，與步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)相似，輸入一個(gè)脈沖指令對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)一步，一步對(duì)應(yīng)于反饋寄存器的一個(gè)輸入脈沖（上例中，對(duì)應(yīng)于1/2000轉(zhuǎn)）。運(yùn)動(dòng)的速度取決于輸入脈沖的頻率。作速度控制系統(tǒng)用時(shí)，它是一個(gè)寬速度范圍的鎖相穩(wěn)速系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)情況下，速度誤差為零，因?yàn)榉答侇l率被鎖定到輸入的指令頻率上。典型的調(diào)速范圍可達(dá)100000：1。
位置誤差(pe)在8bit范圍內(nèi)線性變化，即±127。若誤差過(guò)大，2腳(error fi．a(chǎn)g)給出低電平信號(hào)，發(fā)出警告。同時(shí)，也可以由(16～23)腳信號(hào)來(lái)對(duì)系統(tǒng)位置誤差進(jìn)行連續(xù)和監(jiān)視。
5.3引腳的說(shuō)明
5.3.1輸入信號(hào)
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