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蠕动泵步进电机控制电路
作者:管理员    发布于:2016-08-13 15:29:58    文字:【】【】【

  分析仪器大学机电系(硕士)主要从事电子、计算机控制科研及项目开发工作。

  蠕动泵步进电机控制电路贲洪奇1林清森1刘繁明2(1.哈尔滨工业大学电气工程系,哈尔滨,150001;2哈尔滨工程大学控制工程系,哈尔滨,15⑴01)可编程逻辑器件(GAL),可实现无级调速。步进电机工作平稳,容易与计算机连接。该控制电路结构简单,成本低廉,易于实现,实际运行效果良好。

  1概述流动注射分析技术可对液体样品进行快速测定,具有重现性好、自动化程度高等优点,在农业、环保、医药、食品、冶金等领域得到广泛应用。

  在使用蠕动泵做驱动装置的流动注射分析系统中,蠕动泵的运行状况,特别是泵速的稳定性,直接影响着系统的测量精度。步进电机运行速度及运行方向容易控制,起动和停止迅速,步距,适合作蠕动泵的驱动装置。我们设计了一种步进电机控制电路,可以提高蠕动泵泵速的稳定性,减少脉动对测量精度的影响,取代传统可逆电机控制电路和步进电机环形分配器控制电路。

  2控制原理当步进电机运行方式确定之后,步进电机的转速只和步进脉冲频率有关,步进脉冲频率越高,步进电机的转速越高。因此,控制步进脉冲的频率就可以控制步进电机的转速。以往一般采用定时器或者软件分频的方法控制脉冲的频率,其脉冲线性度差,而且频率越高,误差越大。

  配合,可产生频率连续可调的步进脉冲信号,实现步进电机的无级调速。

  V/F集成电路芯片AD654 AD654是一种将电压信号转换为频率输出(V/们的集成电路芯片,具有较低的功耗,静态时只需要2mA的电流。电路结构和引脚功能如所示。

  它的内部包含个输入放大器、个的振荡器系统和一个具有较大输出电流的电压输出口。

  AD654集成电路结构图管脚号及功能:可变频率输出口2逻辑公共端3RC振荡器的电阻接入端4电压输入端5.电源负端67.RC振荡器的电容输入端8电源正端AD654能较好地适应各种供电系统,电源从5V到36V,或者±5~±18V都可以,便于在各种系统中应用。由于输入放大器的低温度漂移(一般在利用集成电路卿与可编程逻辑器件隐)4-.0和高达2.5勺输入滕所以它能够接分析仪器收热电偶或者应变仪之类直接传送过来的小信号。

  与其他大多数V/F变换器不同,AD654提供的是方波输出,能够驱动11个TTL负载或光电耦合器等负载。只需要简单的外围RC电路就能实现宽范围的时只有0.03温度系数为±50mg/L/°C. 2.2速度控制控制电路如所示。电阻R2与电位器Wi串联后与电容Ci组成AD654的RC振荡系统。其1频率输出(高可达500kHz),线性度误差在250kHz脚是集电极开路,外接上拉电阻R3控制电路原理图AD654输出脉冲的频率f可按下面的公式计算:从式(1)可以看出,改变AD654输出脉冲频率的办法有三种,一是改变4脚的外部输入电压Vin,二是改变电位器W1的阻值,三是改变电容C1的电容量。因此输出固定脉冲时,需要事先设定好这三个参数;输出线性变化脉冲时,只需要连续改变其中一个参数或者多个参数。

  在所示控制电路中,根据实际需要的转速范围,事先调整好电位器W1和电容C1的参数,使AD654的输出脉冲频率与输入电压Vin成正比。为了接收上位计算机发出的电流信号(0~20mA),在电路中设置了电阻R3,这样就能够在AD654的4脚得到连续变化的输入电压,实现步进脉冲的连续输出,进行无级调速。如果上位计算机发来的是电压信号,则不需要设置电阻Ru如果是手动调节,可通过外接一个调节电位器来改变AD654的输入电压,实现速度调节。

  2.3可编程逻辑器件的应用24V、额定电流为4A的三相反应式步进电机。这种步进电机的工作方式有三种,即单三拍、双三拍和六拍。步进电机在六拍工作方式时,具有较好的平滑性,能产生较大的旋转力矩,比其他两种工作方式有更好的高频性能13.因此控制电路中步进电机采用六拍工作方式。

  步进电机工作方式通过可编程逻辑器件实现,如所示。电路中的U2是一种低价格的通用可编程逻辑器件(GAL),作为步进电机脉冲分配器,实现对步进电机的控制,并且把AD654产生的脉冲输出作为GAL芯片的时钟输入,从而实现无级调速。

  在编制GAL芯片的应用程序时,定义3脚为使能端,用来控制步进电机的启停;定义5脚为方向控制端,用来控制步进电机正反向运行。因此我们的程序里有两个控制子程序,当3端为高电平输入时,其中一个子程序启动,输出的脉冲信号使步进电机正转,另一个程序启动时步进电机反转。由于3、5脚输入端只需要普通的高低电位就能实现,同时AD654亦能接收计算机通过数模转换器发出的模拟信号,因此该控制电路很容易与计算机控制系统连接,实现智能化控制。

  如果要实现手动控制,可外加两个控制开关,实1蠕动泵控制电路中使用的是台额定电压为现启停和方向控制。

  分析仪器3功率放大电路GAL产生的脉冲驱动信号经光耦隔离后,必须进行功率放大,才能驱动步进电机。由于恒频脉宽调制功率放大电路不但有较好的高频特性,而且可有效地减少步进电机的噪声,降低功耗,因此,在基于步进电机的蠕动泵控制电路中采用了恒频脉宽调制功放电路,如所示。

  需要说明的是,利用中的电位器W2可在一定范围内调节步进电机的驱动力矩,以适应蠕动泵泵管数量的不同和所需压力的不同。

  4结束语应用集成电路AD654与可编程逻辑器件设计的蠕动泵步进电机控制电路,具有电路结构简单、成本低廉、调试方便的特点,不仅能实现蠕动泵的平稳运行,而且能进行无级调速。由于具有良好的智能化接口,为提高流动注射分析系统的测量精度和流动注射分析过程的自动化程度创造了良好条件。

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