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摘要:針對(duì)激光數(shù)控加工中控制精度低的問(wèn)題。提出一種控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能的激光數(shù)控加工方法，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行精確控制。在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸速度的控制中，所提方法使用L293D驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)步進(jìn)控制電路，并向控制電路中寫(xiě)入步進(jìn)電機(jī)的加減速控制模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的控制，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸速度。在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制中，單片控制器使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，將步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度細(xì)化成若干區(qū)域進(jìn)行控制，其控制結(jié)果與細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制指令具有正、余弦關(guān)系。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，所提方法的控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能均較為優(yōu)異，能夠達(dá)到預(yù)期效果，滿足使用需求。

關(guān)鍵詞:激光;數(shù)控加工;步進(jìn)電機(jī);細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制;研究

0引言

激光數(shù)控加工是一種使用高功率激光對(duì)生產(chǎn)加工工作進(jìn)行數(shù)字化控制的技術(shù)，因?yàn)榧す饩哂休^強(qiáng)的方向特性，因此這種技術(shù)具有很高的使用價(jià)值［1－2］。近年來(lái)，隨著電子科技的不斷發(fā)展，以及人們對(duì)產(chǎn)品加工與制造需求的逐年增長(zhǎng)，激光數(shù)控加工已在工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域被廣泛使用，發(fā)展態(tài)勢(shì)良好［3－4］。步進(jìn)電機(jī)則是激光數(shù)控加工中必不可少的核心控制設(shè)備，對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制方法的正確選取，關(guān)系著激光數(shù)控加工工作的整體水平，人們需要一種控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能較為優(yōu)異的步進(jìn)控制方法為激光數(shù)控加工工作服務(wù)［5－6］。有關(guān)部門(mén)曾提出過(guò)一些激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法，但由于步進(jìn)電機(jī)中接線程序以及計(jì)算步驟較為復(fù)雜，這些方法的控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能往往無(wú)法達(dá)到工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的使用需求，如文獻(xiàn)［7］提出的一種基于總線規(guī)范的激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法，其通過(guò)總線規(guī)范對(duì)步進(jìn)電機(jī)中各元件的參數(shù)以及運(yùn)行流程進(jìn)行限制，并在限制范圍內(nèi)給予各元件較高的應(yīng)用靈活性，達(dá)到降低步進(jìn)電機(jī)中計(jì)算步驟復(fù)雜程度的目的。這種方法的控制性能較為優(yōu)異，但步進(jìn)電機(jī)中接線程序仍較為復(fù)雜，因此定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能不強(qiáng);文獻(xiàn)［8］提出基于集成電路的激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法，其通過(guò)調(diào)節(jié)激光數(shù)控加工工作的輸入與輸出脈沖對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，具有優(yōu)異的控制性能，但定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能不強(qiáng);文獻(xiàn)［9］提出基于微控制器的激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法，其應(yīng)用較為靈活，能夠針對(duì)不同的生產(chǎn)加工工作隨時(shí)更換微控制器型號(hào)，控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能均較為優(yōu)異。但這種方法的控制流程無(wú)法變更，導(dǎo)致后期維護(hù)工作難以進(jìn)行，用戶口碑不高;文獻(xiàn)［10］提出一種基于功能電路插入的激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法，這種方法將多種外設(shè)功能電路以隨用隨取的方式插入到步進(jìn)電機(jī)中，有效減少了步進(jìn)電機(jī)中接線程序以及計(jì)算步驟的復(fù)雜程度，因此定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能較為優(yōu)異，但控制性能較為欠缺?；谏鲜銮闆r，提出一種新型激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，所提方法的控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能均較為優(yōu)異，能夠達(dá)到預(yù)期效果，滿足工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的使用需求。

1激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制技術(shù)研究

1.1控制電路設(shè)計(jì)

在激光數(shù)控加工中，步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)以特殊角度進(jìn)行按步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)增量的設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)增量的大小與自身轉(zhuǎn)動(dòng)工作的參數(shù)設(shè)置息息相關(guān)。因此，若想使所提激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法具有優(yōu)異的控制性能與定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能，需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸速度和轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行精確控制，達(dá)到合理縮減步進(jìn)電機(jī)中接線程序和計(jì)算步驟的目的［11］。嚴(yán)格來(lái)講，對(duì)激光數(shù)控加工中步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸速度控制的實(shí)質(zhì)便是對(duì)激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的控制，這是由于主軸是與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸直接的相連，并影響著轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律。所提激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法使用L293D驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)步進(jìn)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。L293D驅(qū)動(dòng)芯片具有高電壓、高電流集成性能，可連接多種類型的邏輯電平與負(fù)載。其采用獨(dú)立供電方式，對(duì)步控電機(jī)電壓范圍沒(méi)有限制［12］。同時(shí)，L293D驅(qū)動(dòng)芯片的內(nèi)部擁有一個(gè)使能輸入接口，可有效簡(jiǎn)化步進(jìn)控制電路的接線程序。

1.2步進(jìn)電機(jī)的加減速控制

模型所提激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法使用計(jì)數(shù)法構(gòu)建步進(jìn)電機(jī)的加減速控制模型。計(jì)數(shù)法的原理是使用相同的自變量對(duì)激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率實(shí)施離散化變形，用f(t)表示激光數(shù)控加工主軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，f(s)表示步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸頻率，θ和s分別表示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及步數(shù)。

1.3步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制

以上兩節(jié)給出的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸速度的控制方法，所提激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制，需要使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制方法。

2實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

2.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本文所提的激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法進(jìn)行分析，驗(yàn)證內(nèi)容包括方法的控制性能以及其定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能。

2.2控制性能分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)三種方法控制性能的分析包括控制速度和控制誤差。

2.3定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能分析

激光數(shù)控加工中的步進(jìn)電機(jī)控制方法的定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能是指步進(jìn)電機(jī)在固定時(shí)間段內(nèi)能夠進(jìn)行持續(xù)運(yùn)動(dòng)的能力。定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能是評(píng)估控制方法有效與否的重要指標(biāo)，也是保證激光數(shù)控加工中步進(jìn)電機(jī)能夠正常接受控制指令的基礎(chǔ)。

3結(jié)論

在激光數(shù)控加工中，步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)以特殊角度進(jìn)行按步轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)增量的設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)增量的大小與自身轉(zhuǎn)動(dòng)工作的參數(shù)設(shè)置息息相關(guān)。因此，本文提出一種新型的激光數(shù)控加工中的步進(jìn)控制方法，使用L293D驅(qū)動(dòng)芯片、加減速控制模型、單片控制器以及細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，證明本文方法具有較為優(yōu)異的控制性能和定長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)性能，能夠合理滿足工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的使用需求。

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作者：趙曉寒 單位：綏化學(xué)院