摘要：文中主要针对钢球表面质量检测仪中步进电机控制方法进行了研究，提出运动控制卡与单片机相结合的控制方案，并建立了步进电机加减速控制的数学模型，在此模型基础上应用美国Nl公司的PCI一7342运动控制卡结合STC单片机，完成了仪器中的上料、表面展开、分选电机的控制，利用PCI一7342的D／A模块与单片机进行硬触发，实现各个运动控制模块之间的逻辑关系，通过脉宽调制避免电机频繁启停而失步的问题。

　　关键词：步进电机；运动控制卡：单片机：PWM

　　1 引言 钢球表面质壁检测仪是对轴承球类滚动体表面质量进行分类检测的仪器，它的机械结构丰要由一卜料、表面展开、分选等机构组成，各部分的驱动用步进电机来实现。　　传统的步进电机控制方式中，控制电路由逻辑与功率放大电路组成，电路设计复杂，且一旦电路确定，要改变控制方案十分困难Hj。随着我国电机行业的发展，电机驱动器作为整体已经商品化，从应用角度来讲，所要做的就是选择适合的控制主体，现在应用广泛的单片机控制，在价格上占一定的优势；还有基于DSP的控制方案，多用于对实时性要求较高的嵌入式系统之中t2 JI在机器人关节电机控制中，多采用运动控制卡，它町以实现复杂的运动轨迹控制，并且与计算机接口方便、平台功能强大。随着步进电动机在更多领域的应用，与计算机紧密结合的控制卡方式是发展的一个趋势。本文介绍r对两相混合式步进电动机的控制，应用PCI运动控制卡的电机挖制模块完成钢球表面展开的步进电机控制，并以其为主线，结合单片机对一卜料、分选电机进行控制。

　　2 系统控制的实现 检测仪结构主要由七料箱、上料、钢球表面展开、分选等结构及其驱动电机组成。上料电机一控制钢球从卜料箱经由运输管逐个落到展开盘的进球孔中去，由电机三、四带动类似于展开机构将钢球表面进行展开，同时由固定在机构上方的摄像头把采集到的球体表而信息传送到PC中去进行图像处理，再通过处理结果控制分选电机二动作将钢球分捡，从而完成一个检测周期。　　2．1硬件控制方案实现 考虑到软件开发环境主要为LabVIEW7．0和控制系统的稳定性。选择了美国NI公司的PCI一7342两轴运动控制卡作为控制核心，利用它的电机控制模块控制两个表面展开电机，其加模块、D／A模块与两片STC单片机相结合，实现上料、分选电机和各部分电机之间运动的逻辑关系控制，控制关系框。　　PCI一7342能同时控制两个步进电机独立转动，控制卡的分线盒(UMI)的STEPl端连接驱动器二CP一端，方向端DIRI接驱动器的U／D一端，控制电机转向。二轴的STEP2和DIR2端分别连接到驱动器三的脉冲和方向端，模拟输出端LI AOUTl和AOUT2分别连STC89C51和STCl2C5412的I／O口P2．0和P2．1端。　　两片单片机STC89C51和STCl2C5412分别控制上料电机一和分选电机二，STC89C51的P2.1 口发出的PWM脉冲连接到卜料电机驱动器驱动器一的CP一端，P2．2口发出的方向控制信号连接到驱动器的DIR一端。　　STCl2C5412全速执行的速度最高可以达到传统STC89C51的12倍，用它来控制分选电机町以保证分选机构的速度要求，利用其PWM模块与步进电机的驱动器四的CP一端连接，为r精确控制脉冲发出个数，占用了单片机定时T0，脉冲频率和脉宽可以调节相应的寄存器来实现。　　系统中步进电机运动方式为中短距离的间歇运动，需要频繁的启停，容易出现丢步和过冲现象，连续的丢步和过冲直接导致检测仪不能稳定地工作，主要表现为上料时会有两个钢球同时落下或钢球不能准确、及时地落入进球孔中，分选时电机不能到达指定的位置，会使分选结果错误，严重时会卡住机构而发生危险。针对以上情况，建赢了电机控制的数学模刑，并对控制脉冲PWM波进行细分调理，使电机运动更加平稳，从而很好地避免了以卜情况的发生。

　　3 系统控制数学模型建立 在实际的步进电机速度控制中，电机运转总要经历加速、恒速、减速几个过程，由于步进电机启动频率受到机械结构惯性的影响不能太高，在启动时如果一次将速度升到启动速度以上，开始几步的脉冲频率过高，转子来不及加速到稳定区域就改变，相绕组的通电状态，转子会凶为不能响应而失步。但如果调节控制脉冲的频率使其按照加速阶段由低到高，这样就可以改善电机起步时易失步的缺陷。　　一般加减速控制有两种方案：一种是按直线规律加减速，另一种是按指数规律加减速，根据本系统对电机加减速过程精度的要求，选择了直线规律加减速榨制规律。

　　4 系统软件实现 系统软件平台是利用NI公司LabVIEW7．0和C76 1机械工程师2009年第4期语言编写的，LabVIEW7．0是一种图形化G语言软件开发环境，它现在广泛应用于图像处理和信号采集等领域。为用I．abVlEW编写的软件主界面，从中可以直观看到一些检测信息，如数量、合格率等。系统上电完成一些参数的初始化后，会执行展开电机和分选电机的初始位置校正程序，然后才会向后执行电机控制程序。单片机程序用C语言编写的，上料电机的程序中可以由串口接受上位移PC机的速度值，加减速阶段通过调节T0定时器时间常数米调节步进电机运行启停时的脉冲频率，定时常数根据算法选取需要的值放在一个TAB表之中，通过指针来选取需要的值，从而改善步进电机的启停的机械性能。分选程序中的步进脉冲频率可以根据PWM脉冲发出模块的时钟基准选择不同的发出频率，通过调节脉宽寄存器来改变脉冲的占空比。

　　5 结论 本文根据钢球检表面缺陷测仪系统中步进电机要求频繁启停的运动特点和各个电机之间存在一定的运动逻辑关系的要求，建立起电机加减速的数学模型，提出以运动控制卡为核心，辅助以单片机的方案。这种控制卡与单片机的方法发挥r控制卡的平台优势和单片机的价格优势，使整个系统的成本、控制精度和开发周期都得到了很好的兼顾。针对系统中电机控制难度，并考虑到软件开发环境，选用了与其完全兼容的NI公司的PCI一7342运动控制卡，单片机选择厂STC89C51和STCl2C5412两片单片机。应用LabVIEW7．0为软件开发平台搭建起整个软件框架，结合C语言完成了上料、展开、分选步进电机控制程序的开发。通过射样机大量调试，检验了控制系统和软件的可靠性。

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