数控喷泉装置概述
数控喷泉装置是一种专门用于对装置出水口的位置和运行速度作精确控制的特种喷泉装置。其最大特点是其"数字性"，即可通过控制脉冲频率，对装置转速、方向、角度、位置进行精确控制；也就是对于上位机发送的脉冲信号段或串，该喷泉装置都能在其驱动系统的驱动下，用不同的速度任意方向地连续或断续运转任意的圈数或一个固定角度，形成形态各异的各种水型组合。
数控喷泉装置具体结构主要由步进电机、控制驱动器、定位传感器、减速齿轮组、密封件、旋转喷射口、水室、水道、外壳、电控驱动、计算机控制系统等组成。在此我们以其基本工作原理和控制性能要求为例，作一详细描述。
一、数控喷泉装置的常用指标术语
1、驱动器供电电压：供电电压是判断驱动器升速能力的标志，标定电压为：50-60V/AC，过高或过低均将影响装置的正常工作和使用寿命。
2、驱动器的电流：电流是判断驱动器能力的大小，是选择驱动器的重要指标之一；通常驱动器的最大电流要略大于电机标称电流。
3、驱动器的细分：细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善控制精度。细分能增加装置动力电机的平稳性，通常步进电机都有低频振动的特点，然而通过加大细分可以得到改善，并使电机运行非常平稳。
4、失步：装置动力电机实际运转的步数与程序设定的步数不相符称之为失步。
5、工作频率点：表示装置动力电机在该点的转速值。
6、起动区域：数控喷泉装置可以直接起动或停止的区域。
7、运行区域：在这个区域里，数控喷泉装置的动力电机不易直接运行，必须在起动区域内起动，然后通过加速的方式，才能到达该工作区域内。同样，在该区域内，数控喷泉装置的动力电机也不能直接制动，否则也会造成失步----过冲，必须以减速的方式过渡到起动区域内，再进行制动。
8、起动力矩：数控喷泉装置在特定的工作频率点下，直接起动可带动的最大力矩负载值。
9、运行力矩：数控喷泉装置在特定的工作频率点下，运行中可带动的最大力矩负载值
二、驱动控制系统组成
数控喷泉装置所配驱动器的工作模式有三种：整步、半步、细分。
针对数控喷泉装置多为低速运行的工况，驱动器在实际使用中多以细分驱动为主，细分驱动模式具有定位精度高和低速振动极小两大优点。其基本原理是改变装置的动力电机相邻的两个线圈电流的大小，即改变合成磁场的夹角来控制动力电机运转的精度。
目前驱动控制方式一般有以下几种，分别为：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。我们在一维和三维数控喷泉装置上,对驱动器驱动控制方式进行了优化,采用了恒流+细分数的模式，其目的是为了最大限度的使驱动系统避免电机的反电势,从而达到动态平均电流尽可能的大的效果。因为步进电机在一定转速下，转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流。动态平均电流越大，则电机力矩越大，所以要达到动态平均电流尽可能的大，就必须避免电机的反电势对驱动系统的影响,以获取电机尽可能大的输出力矩。
三、上位控制单元概述
数控喷泉装置与传统设备的控制技术相比较,其最大的特点在于它的分时多任务操作性能和多样化应用软件的设计。传统的控制技术大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序本身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样的处理方式导致了"控制速度"依赖于控制系统的规模,这一结果无疑是与I/O通道中高实时性控制要求相违背的。我们的系统软件已经解决了这一问题,它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台,这样应用程序的运行周期则与程序长短无关,而是由操作系统的循环周期决定。由此,它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来,满足了实时控制的要求。当然,这种控制周期可以在上位机CPU运算能力允许的前提下
数控喷泉装置的控制特性可以概括为以下两点：第一、一维和三维数控喷泉装置动力电机区别于其他控制用途电机的最大特点是，它可接受数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，因而喷泉装置本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件，而且输入一个脉冲信号就可得到一个规定的位置增量。第二、一维和三维数控喷泉装置喷射口的位置取决于脉冲周期的数目。其旋转或摆动的速度、位移角度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因此只要控制脉冲频率和脉冲周期的数目即可获得装置喷射口所需旋转的速度和位移角度
为了充分发挥一维和三维数控喷泉装置的快速性能不发生失步，在使用时必须使装置在低频率下起动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度；在实际使用中，所选择的变化速率在保证装置不发生失步的前提下，应尽可能缩短起动加速时间。为了保证数控喷泉装置的定位精度，在停止以前必须使装置从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度（等于或稍大于起动速度）。因此，装置喷射口在高速旋转、摆动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“起动－加速－高速运行（匀速）－减速－停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果旋转、摆动的时间很短则为三角形速度特性
