计算机控制(第五章开关IO电机控制步进电机)PPT课件
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步进电动机ppt课件
T=-Csinθ
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
8
b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
12
A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
8
b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
12
A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt
步进电机及其工作原理 ppt课件
触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的 位移驱动信号Δx或Δy。
△A
△B
△C
QA R
CP
QA S
DA
QB R
CP
QB S
DB
QC R
CP
QC S
DC
△X
复位
环行分配器的工作原理
三相单三拍工作方式：A→B→C→A 当QA有输出ΔA，就使步进电机的A相通电， 当QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电， 当QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。
A
A
1
1
4
2
2
3
A
A
步进电机节拍运动动画
步距角：
步进电机的定子绕组每改变一次通电状态， 转子转过的角度称步距角。
单段反应式步进电机的工作原理 —— 定子的通电方式
单相轮流通电（M相单M拍） 顺时针轮回 A→B→C→A 逆时针轮回 A→C→B→A
双相轮流通电（M相双M拍） 顺时针轮回 AB→BC→CA→AB 逆时针轮回 BA→AC→CB→BA
轴向分相 (顺轴式)
1－ 线圈 2－ 定子 3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机
单段反应式步进电机
单段反应式步进电机的工作原理 —— 内部结构
A
C
B
B
C
A
反应式步进电机的内部结构横剖面示意图
单段反应式步进电机的工作原理 —— 磁场形成
A
C
N
B
C
B
S
A
A相定子绕组通电形成磁场
单段反应式步进电机的工作原理 —— 节拍运动动画
定子通电顺序： A→AC→C→CB→B→BA→A
转子旋转方向： 顺时针
△A
△B
△C
QA R
CP
QA S
DA
QB R
CP
QB S
DB
QC R
CP
QC S
DC
△X
复位
环行分配器的工作原理
三相单三拍工作方式：A→B→C→A 当QA有输出ΔA，就使步进电机的A相通电， 当QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电， 当QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。
A
A
1
1
4
2
2
3
A
A
步进电机节拍运动动画
步距角：
步进电机的定子绕组每改变一次通电状态， 转子转过的角度称步距角。
单段反应式步进电机的工作原理 —— 定子的通电方式
单相轮流通电（M相单M拍） 顺时针轮回 A→B→C→A 逆时针轮回 A→C→B→A
双相轮流通电（M相双M拍） 顺时针轮回 AB→BC→CA→AB 逆时针轮回 BA→AC→CB→BA
轴向分相 (顺轴式)
1－ 线圈 2－ 定子 3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机
单段反应式步进电机
单段反应式步进电机的工作原理 —— 内部结构
A
C
B
B
C
A
反应式步进电机的内部结构横剖面示意图
单段反应式步进电机的工作原理 —— 磁场形成
A
C
N
B
C
B
S
A
A相定子绕组通电形成磁场
单段反应式步进电机的工作原理 —— 节拍运动动画
定子通电顺序： A→AC→C→CB→B→BA→A
转子旋转方向： 顺时针
《步进电动机的控制》课件
《步进电动机的控制》 PPT课件
这个PPT课件将介绍步进电动机的基本原理、分类和工作方式，控制方法，常 见的驱动电路设计，控制算法，以及一些实验和应用案例的介绍。最后，总 结并展望步进电动机的未来。
步进电动机的基本原理
1 电磁原理
步进电动机通过电磁原理将电能转化为机械 能。
2 步进角度
步进电动机的旋转是以固定的步进角度进行 的，通常是1.8°或0.9°。
3 相序
通过控制电流的相序，可以实现步进电动机 的旋转。
4 无刷设计
某些步进电动机使用无刷设计，具有更高的 效率和可靠性。
步进电动机的分类和工作方式
单极性步进电动机
双极性步进电动机
使用单极性电压驱动，简单且易于控制。
使用双极性电压驱动，具有更高的扭矩和性能。
工作方式包括全步进、半步进和微步进，每种方式具有不同的步进角度和精度。
总结和展望
步进电动机是一种常用的电动机类型，具有独特的工作方式和控制方法。随 着技术的发展，步进电动机在各个领域的应用将继续增加。
步进电动机的控制方法
1
开环控制
最简单的控制方法，只需提供合适的脉冲信号即可实现旋转。
2
闭环控制
通过反馈信号来检测步进电动机的位置和速度，实现更高的精度和稳定性。
3
微处理器控制
使用微处理器和编程实现更复杂的控制算法和功能。
常见的驱动电路设计
L2 93 D电机驱动器
ULN2 003 步进电机驱动器
常用的双全桥驱动芯片，适用于控制双极性步进电 动机。
实验和应用案例介绍
实验1：步进电动机的基本控制
通过编程控制步进电动机旋转的速度和方向。
应用案例2：机器人
步进电动机在机器人领域中用于控制关节和运 动。
这个PPT课件将介绍步进电动机的基本原理、分类和工作方式，控制方法，常 见的驱动电路设计，控制算法，以及一些实验和应用案例的介绍。最后，总 结并展望步进电动机的未来。
步进电动机的基本原理
1 电磁原理
步进电动机通过电磁原理将电能转化为机械 能。
2 步进角度
步进电动机的旋转是以固定的步进角度进行 的，通常是1.8°或0.9°。
3 相序
通过控制电流的相序，可以实现步进电动机 的旋转。
4 无刷设计
某些步进电动机使用无刷设计，具有更高的 效率和可靠性。
步进电动机的分类和工作方式
单极性步进电动机
双极性步进电动机
使用单极性电压驱动，简单且易于控制。
使用双极性电压驱动，具有更高的扭矩和性能。
工作方式包括全步进、半步进和微步进，每种方式具有不同的步进角度和精度。
总结和展望
步进电动机是一种常用的电动机类型，具有独特的工作方式和控制方法。随 着技术的发展，步进电动机在各个领域的应用将继续增加。
步进电动机的控制方法
1
开环控制
最简单的控制方法，只需提供合适的脉冲信号即可实现旋转。
2
闭环控制
通过反馈信号来检测步进电动机的位置和速度，实现更高的精度和稳定性。
3
微处理器控制
使用微处理器和编程实现更复杂的控制算法和功能。
常见的驱动电路设计
L2 93 D电机驱动器
ULN2 003 步进电机驱动器
常用的双全桥驱动芯片，适用于控制双极性步进电 动机。
实验和应用案例介绍
实验1：步进电动机的基本控制
通过编程控制步进电动机旋转的速度和方向。
应用案例2：机器人
步进电动机在机器人领域中用于控制关节和运 动。
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
《控制步进电机》课件
控制步进电机常见问题及解决方法
1 步进电机不转动
可能原因包括驱动电路故障、相序错误等，可以检查电路连接和相序设置。
2 步进电机运行不平稳
可能原因包括电源波动、驱动器参数设置错误等，可以优化电源质量和调整参数。
3 步进电机发热
可能原因包括负载过大、驱动器电流设置过高等，可以合理设计负载和调整电流设置。
启停快速
步进电机具有快速启停的特点，响应速度快。
无需反馈装置
步进电机通过特定的控制方式，无需反馈装置即可实现精确控制。
步进电机控制技术的局限性
步进电机控制技术在高速和高负载应用中存在一定的局限性，适用范围受限。
学习步进电机控制的路线建议
学习步进电机控制需要掌握电机原理、控制电路设计、编程技术等知识，建议从基础知识入手，逐步学习。
常用步进电机控制器
1 Arduino
开源硬件平台，具有丰富 的步进电机控制库。
2 PLC
可编程逻辑控制器，适用 于工业自动化控制。
3 Motion Control IC
专用运动控制芯片，具有 高性能和稳定性。
步进电机控制技术的优势
精确定位
步进电机可实现高精度的定位，适用于需要准确控制位置的应用。
《控制步进电机》PPT课 件
控制步进电机是一门重要的技术，本课件将介绍步进电机的应用领域、构成、 控制方式等内容，并展示步进电机控制技术的发展前景。
介绍步进电机
步进电机是一种精密控制装置，通过脉冲信号实现定距移动。它具有高精度、 高可靠性的特点，在自动化控制领域得到广泛应用。
步进电机的应用领域
工业自动化
步进电机控制的进阶技术
步进电机控制的进阶技术包括闭环控制、传感器技术等，提高步进电机控制 的精度和稳定性。
步进电机工作原理及实现PPT
步距角 （3）通电一周，转子转过一种齿距角，
N 为几，一种齿距角分几步走完。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
图4—41步进电机控制系统旳构成
p129
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（1）步进控制器 ① 涉及：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及
正、反转向控制门等。 ② 作用:
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
本课主要处理如下几种问题： (1) 用软件旳措施实现脉冲序列； (2) 步进电机旳方向控制； (3) 步进电机控制程序旳设计。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
1．脉冲序列旳生成
图4—43 脉冲序列 P130 微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（2）根据所选定旳步进电机及控制方式，写出相应控制方 式旳数学模型。 上面讲旳三种控制方式旳数学模型分别为：
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工控
步 PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. 作 制 序 7 6 5 4 3 2 1 0 状模
C相 B相 A相 态 型
1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H
2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02 H
3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04 H
微机控制技术
★ 三相双三拍
用 P1口 旳 P1.2 、P1.1、P1.0 相应 C、B、A 相 进行控制 。
4．4．2 步进电机控制系统原理
★同理，能够得出双三拍和三相六拍旳控制模型： 双三拍 03H，06H，05H
AABBBCCCA ；
N 为几，一种齿距角分几步走完。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
图4—41步进电机控制系统旳构成
p129
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（1）步进控制器 ① 涉及：缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及
正、反转向控制门等。 ② 作用:
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
本课主要处理如下几种问题： (1) 用软件旳措施实现脉冲序列； (2) 步进电机旳方向控制； (3) 步进电机控制程序旳设计。
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
1．脉冲序列旳生成
图4—43 脉冲序列 P130 微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
（2）根据所选定旳步进电机及控制方式，写出相应控制方 式旳数学模型。 上面讲旳三种控制方式旳数学模型分别为：
微机控制技术
4．4．2 步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工控
步 PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. PC. 作 制 序 7 6 5 4 3 2 1 0 状模
C相 B相 A相 态 型
1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H
2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02 H
3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04 H
微机控制技术
★ 三相双三拍
用 P1口 旳 P1.2 、P1.1、P1.0 相应 C、B、A 相 进行控制 。
4．4．2 步进电机控制系统原理
★同理，能够得出双三拍和三相六拍旳控制模型： 双三拍 03H，06H，05H
AABBBCCCA ；
步进电动机课件ppt
机械特性
描述了步进电动机转速与输入脉冲频率之间的关系，也称动态机械特性。
03
CATALOGUE
步进电动机的控制方法
开环控制
脉冲控制
通过控制脉冲的数量和频率来控 制步进电动机的旋转角度和速度
。
方向控制
通过控制脉冲的顺序来控制步进电 动机的旋转方向。
步进模式
通过控制脉冲的数量来控制步进电 动机的旋转步数和位置。
软件细分
通过在软件中设置细分参数对步进电动机进行细 分控制，以实现更精细的控制。
自动细分
通过自动调整细分参数，以实现最佳的控制效果 。
04
CATALOGUE
步进电动机的驱动电路
单电压驱动电路
电阻分压器
通过电阻分压器将电源电压分成适当的电压，为步进电动机的各 相绕组提供驱动信号。
环形分配器
将驱动信号分配给各相绕组，使各相绕组按顺序通电或同时通电。
高精度化
为了满足高精度加工和测量需求，步进电动机的精度不断提高。
多样化
不同类型的步进电动机不断涌现，以满足不同领域的需求。
技术瓶颈与挑战
控制精度
步进电动机的控制系统对精度影响较大，如何提高控制精度是当前 面临的一个难题。
可靠性
由于步进电动机的运行速度较高，对其可靠性和稳定性要求也较高 ，如何保证长时间稳定运行也是一个挑战。
自动化生产
步进电动机可用于驱动自动化生产线上的机械臂、传送带等设备，提高生产效率 。
质量控制
步进电动机可用于控制机器视觉系统，对生产线上的产品进行质量检测和筛选。
在打印机等办公设备中的应用
打印机
步进电动机在打印机中用于控制打印头的移动，实现高精度 的打印效果。
复印机
描述了步进电动机转速与输入脉冲频率之间的关系，也称动态机械特性。
03
CATALOGUE
步进电动机的控制方法
开环控制
脉冲控制
通过控制脉冲的数量和频率来控 制步进电动机的旋转角度和速度
。
方向控制
通过控制脉冲的顺序来控制步进电 动机的旋转方向。
步进模式
通过控制脉冲的数量来控制步进电 动机的旋转步数和位置。
软件细分
通过在软件中设置细分参数对步进电动机进行细 分控制，以实现更精细的控制。
自动细分
通过自动调整细分参数，以实现最佳的控制效果 。
04
CATALOGUE
步进电动机的驱动电路
单电压驱动电路
电阻分压器
通过电阻分压器将电源电压分成适当的电压，为步进电动机的各 相绕组提供驱动信号。
环形分配器
将驱动信号分配给各相绕组，使各相绕组按顺序通电或同时通电。
高精度化
为了满足高精度加工和测量需求，步进电动机的精度不断提高。
多样化
不同类型的步进电动机不断涌现，以满足不同领域的需求。
技术瓶颈与挑战
控制精度
步进电动机的控制系统对精度影响较大，如何提高控制精度是当前 面临的一个难题。
可靠性
由于步进电动机的运行速度较高，对其可靠性和稳定性要求也较高 ，如何保证长时间稳定运行也是一个挑战。
自动化生产
步进电动机可用于驱动自动化生产线上的机械臂、传送带等设备，提高生产效率 。
质量控制
步进电动机可用于控制机器视觉系统，对生产线上的产品进行质量检测和筛选。
在打印机等办公设备中的应用
打印机
步进电动机在打印机中用于控制打印头的移动，实现高精度 的打印效果。
复印机
计算机控制(第五章,开关IO,电机控制、步进电机)
下图为交流电磁阀的接口电路。MOC3041为光电耦合 器，用于触发双向晶闸管KS，以及隔离单片机和电磁阀系统。
（八）报警程序的设计
常用的报警方式有： 1、 声语言报警：电铃，电笛，频率可调的蜂鸣震 荡音响，集成电子音乐芯片，语音芯片等。 2、 显示报警：LED指示灯，闪烁的白炽电灯， LED、LCD数码管，LED、LCD图形显示器，CRT 显示器等。 3、 图形、声音的混合报警。
（七）电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有 两位三通、两位四通、三位四通等。 下图为电磁阀的结构原理图。
交流电电磁阀常要使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。
（二）开环脉冲宽度调速系统 开环脉冲宽度调速系统的原理，由五部分组成（各部分 的说明）。
电机控制接口。下图为采用固态继电器的直流电机接口 连接方法。
（三）PWM调速系统设计 用微机或单片机实现PWM很容易，只需改变电机定子绕 组电压的通断电时间即可达到调节电机转速的目的。 由平均速度，及电机全通电时的最大速度Vmax求出占空比 D，由D值进一步求脉冲宽度（亦即通电时间）。 电机控制程序的设计有两种方法：软件延时；计数法。 带方向控制的PWM调速系统的原理图如下所示。
下图为三相直流步进电机控制，A、B、C三相均由直流 型SSR控制，分别接至8031的P1.0， P1.1， P1.2端。
2、交流型 交流型SSR用双向可控硅作为无触点开关器件，用于交流 大功率驱动场合，如交流电机、交流电磁阀等。 交流SSR又分为非过零型和过零型两类。
下图为一交流过零型SSR原理图。
S
（六）可控硅接口电路 可控硅（SCR）又叫作晶闸管，它在交直流电机调速系统、 调功系统，以及随动系统中都得到广泛应用。 1、单向可控硅 单向可控硅具有单向导通作用，其符号见下图，A为阳极， K为阴极，G为控制极。其工作特性与大功率场效应管有所不同， 其输出特性见下图所示。
（八）报警程序的设计
常用的报警方式有： 1、 声语言报警：电铃，电笛，频率可调的蜂鸣震 荡音响，集成电子音乐芯片，语音芯片等。 2、 显示报警：LED指示灯，闪烁的白炽电灯， LED、LCD数码管，LED、LCD图形显示器，CRT 显示器等。 3、 图形、声音的混合报警。
（七）电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液 压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有 两位三通、两位四通、三位四通等。 下图为电磁阀的结构原理图。
交流电电磁阀常要使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。
（二）开环脉冲宽度调速系统 开环脉冲宽度调速系统的原理，由五部分组成（各部分 的说明）。
电机控制接口。下图为采用固态继电器的直流电机接口 连接方法。
（三）PWM调速系统设计 用微机或单片机实现PWM很容易，只需改变电机定子绕 组电压的通断电时间即可达到调节电机转速的目的。 由平均速度，及电机全通电时的最大速度Vmax求出占空比 D，由D值进一步求脉冲宽度（亦即通电时间）。 电机控制程序的设计有两种方法：软件延时；计数法。 带方向控制的PWM调速系统的原理图如下所示。
下图为三相直流步进电机控制，A、B、C三相均由直流 型SSR控制，分别接至8031的P1.0， P1.1， P1.2端。
2、交流型 交流型SSR用双向可控硅作为无触点开关器件，用于交流 大功率驱动场合，如交流电机、交流电磁阀等。 交流SSR又分为非过零型和过零型两类。
下图为一交流过零型SSR原理图。
S
（六）可控硅接口电路 可控硅（SCR）又叫作晶闸管，它在交直流电机调速系统、 调功系统，以及随动系统中都得到广泛应用。 1、单向可控硅 单向可控硅具有单向导通作用，其符号见下图，A为阳极， K为阴极，G为控制极。其工作特性与大功率场效应管有所不同， 其输出特性见下图所示。
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（四）固态继电器（SSR）输出接口技术 SSR用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点，成为无
触点开关，在前级中与光电耦合器融为一体。
1、直流型 直流型SSR用晶体管作无触点开关。主要用于带直流负
载的场合，如直流电机控制，直流步进电机控制和电磁阀等。
下图为三相直流步进电机控制，A、B、C三相均由直流 型SSR控制，分别接至8031的P1.0， P1.1， P1.2端。
流电过零点来实现。
（七）电磁阀接口技术 电磁阀对气体、液体管道的开关进行控制。广泛应用于液
压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。 电磁阀可分为交流和直流两类，根据其阀位和通道数目有
两位三通、两位四通、三位四通等。 下图为电磁阀的结构原理图。
交流电电磁阀常要使用双向可控硅驱动或用一个直流继 电器作为中间继电器控制。
计算机控制技术
——郭世伟
第五章 开关量I/O及电动机 控制接口技术
一、开关量输入/输出接口技术
控制分为模拟量控制和开关量控制。 计算机与外界交换信息是以二进制数的方式进行，在
计算机控制系统中，二进制数的每一位可代表被控对象的一 种状态，或作为外设的一种状态控制，如继电器的通断，电 动机的启停，阀门的开关，指示灯的亮灭等。
ORG 0210H ALARM： MOV A，#0FFH ：设P1口为输入口 MOV P1， A MOV A，P1 ；取报警状态 SWAP A ；ACC.7～ACC.4←→ACC.3～ACC.0 MOV P1，A ；输出报警信号
RETI
三、电机控制接口技术
电动机的应用非常广泛。电机分为动力电机和控制电机。 现代化生产对电机的性能要求越来越高：精度、速度、带 负载能力、灵活性、智能化等。 电机的控制用自动化控制设备，朝向集成化、微型化、智
能化方向发展。微机和单片机使电机控制产生革命性的飞跃。目 前已研制出了许多微机或单片机控制电机的系统及专用控制板。 不远的将来，智能化调速系统、电机一体化等会广泛应用。 （一）小功率直流电机调速原理
小功率直流电机的调速可通过控制电枢平均电压来实现。
用微机或单片机控制，通过改变电枢电压接通时间与通电周期的 比值（即占空比）来控制电机速度——此即脉冲宽度调制PWM。
下图为交流电磁阀的接口电路。MOC3041为光电耦合 器，用于触发双向晶闸管KS，以及隔离单片机和电磁阀系统。
（八）报警程序的设计
常用的报警方式有：
1、 声语言报警：电铃，电笛，频率可调的蜂鸣震 荡音响，集成电子音乐芯片，语音芯片等。
2、 显示报警：LED指示灯，闪烁的白炽电灯， LED、LCD数码管，LED、LCD图形显示器，CRT 显示器等。
2、交流型 交流型SSR用双向可控硅作为无触点开关器件，用于交流
大功率驱动场合，如交流电机、交流电磁阀等。
交流SSR又分为非过零型和过零型两类。 下图为一交流过零型SSR原理图。
下图为一交流SSR控制单向交流控制电机的实例。 P1.0输出低电平时，SSR 1#导通， SSR 2#截止。
（五）大功率场效应管开关接口电路 大功率场效应管表示符号如下图所示，G为控制栅极，为
漏极，S为源极。对于NPN型场效应管来说，G为高电平时，D、S 导通。在使用中场效应管前要加接光电隔离器。
下图为步进电机的控制电路。
S
（六）可控硅接口电路
可控硅（SCR）又叫作晶闸管，它在交直流电机调速系统、 调功系统，以及随动系统中都得到广泛应用。
1、单向可控硅 单向可控硅具有单向导通作用，其符号见下图，A为阳极，
3、 图形、声音的混合报警。
根据开关量状态进行报警时，可用硬件申请，软件 处理报警，程序设计简单。报警要求不是由软件程序不断 地比较产生，而是直接由传感器中进行被测参数和给定值 比较，产生开关量信号，如行程开关（限位开关）、电接 点式压力报警装置等，再通过中断的方式对系统参数进行 检测处理。
下图中，SL1和SL2分别为液位上、下限报警接点， SP为蒸汽压力下限报警接点， ST为炉膛温度上限报警接 点。输入对应位高电平表示正常，为低电平时表示越限。
K为阴极，G为控制极。其工作特性与大功率场效应管有所不同， 其输出特性见下图所示。
2、双向可控硅 双向可控硅也叫三端双向可控硅，简称为TRIAC，在结构上
象是两个单向可控硅的反向连接，具有双向导通作用。对控制极G 加正（负）脉冲可使其正（反）向导通。
为提高效率，要求触发脉冲与交流电压同步，常采用检测交
程序清单：
ORG 0000H AJMP MAIN ；上电自动转向主程序 ORG 0003H ；外部中断方式0入口地址
AJMP ALARM
ORG 0200H MAIN：SETB IT0 ；选择边沿触发方式 SETB EX0 ；允许外部中断0 SETB EA ；CPU允许中断 HERE： SJMP HERE ； 模拟主程序
电机转速由电枢电压Ua决定， Ua越大，电机转速越高。 电机通电时速度增加，断电时速度逐渐减小，控制通、断时间比 即可控制电机转速。
设电机全通电时的转速为Vmax，占空比为D=t1/T,则电机的 平均速度为：Vd=Vmax×D （近似的线性关系）
（二）开环脉冲宽度调速系统 开环脉冲宽度调速系统的原理，由五部分组成（各部分
（二）光电隔离技术 光电隔离器（光电耦合器）种类繁多，有发光二极管/光
敏三极管（光敏复合晶体管、光敏电阻、光触发可控硅等），常 用型号有4N25，TIL113，MOC3041等。 “电——光——电” 的联系方式。 下图为发光二极管/光敏三极管示意图。
（三）电磁继电器输出接口技术
为触点式继电器，由线圈控制机械触点。线圈可由直流 低压控制，而触点输出部分可直接与高压相连。图中继电器为 常开型，其前面接有光电耦合器，二极管D为续流二极管。
开关量控制电路中需要考虑抗干扰问题和功率驱动问 题。
（一）多路开关量信号输入接口技术
检测的开关量信号路数较多时可用可编程芯片，如一 片8255最多可输入24路开关信号。教材图2－17中用3片8255 扩充64路输入接口。
当输入开关量路数不很多时，可采用普通逻辑器进行 输入接口的扩充。教材图2－18用3片74LS244扩充24路输入 接口。