機(jī)電傳動(dòng)第十一章步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)匯編

1、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)(chundng)控制系統(tǒng)第十一章共二十五頁本章要求：1、掌握步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理；2、了解步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式(fngsh)與驅(qū)動(dòng)電路；3、了解環(huán)形分配器的實(shí)現(xiàn)方式。共二十五頁本章知識(shí)點(diǎn)：1、步距角、分辨率與控制精度的關(guān)系；2、相與拍的關(guān)系；3、失步與產(chǎn)生失步的原因(yunyn)；4、步距角的細(xì)分技術(shù)。共二十五頁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，這個(gè)角度稱為步距角，簡稱(jinchng)為步距。每輸入一個(gè)脈沖電動(dòng)機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)一步，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)便因之而命名。當(dāng)電動(dòng)機(jī)不失步時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位移量與輸入

2、脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，不會(huì)引起積累誤差，其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率和步距角有關(guān)。控制輸入脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的接通次序，就可以得到所需的位移、速度和轉(zhuǎn)向。通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)工作設(shè)備完成符合要求的動(dòng)作。共二十五頁步進(jìn)電機(jī)的分類1、定位(dngwi)電磁鐵原理的步進(jìn)電機(jī)；2、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（變磁阻式）；3、永磁式步進(jìn)電機(jī)；4、混合式步進(jìn)電機(jī)。共二十五頁一、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作(gngzu)原理當(dāng)A相通電時(shí)，定子A相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒對(duì)齊(磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過的特點(diǎn))，B相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒錯(cuò)開1/3齒，C相的齒與轉(zhuǎn)子上的齒錯(cuò)開2/3齒。若按A、B、C相輪流導(dǎo)通，每通電(tng din)一次轉(zhuǎn)過1

3、/3齒；若按A、AB、B、BC、C、CA的方式，則每通電一次，轉(zhuǎn)過1/6齒。轉(zhuǎn)子與相之間錯(cuò)開的角度增量為t/m共二十五頁 定子繞組按一定的規(guī)律(gul)通電；轉(zhuǎn)子鐵心在磁場作用下每次轉(zhuǎn)過一定的角度。實(shí)際步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角通常較小，這就要求(yoqi)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)多。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理接線與結(jié)構(gòu)A相繞組通電B相繞組通電C相繞組通電共二十五頁二、步進(jìn)電機(jī)的步距角、和拍的定義1、拍定子由一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)（即磁場狀態(tài)每一次變化）稱為一拍；2、步距角步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步（一拍）所轉(zhuǎn)過的角度。其大小取決于轉(zhuǎn)子(zhun z)的齒數(shù)，和通電的方式。步距角 =360o/(ZKm) Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)

4、；m定子繞組相數(shù)；K狀態(tài)系數(shù)（單m拍、雙m拍時(shí)K=1，單、雙m拍時(shí)K=2）。3、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60f /2顯然，齒數(shù)越多、相數(shù)越多，步距角越小，精度越高，但轉(zhuǎn)速越慢。共二十五頁三、提高(t go)步進(jìn)電機(jī)分辨率的方法：1、增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z（設(shè)計(jì)成小步距角的步進(jìn)電機(jī)）但齒太小，容易磁飽和，力矩變小；2、增加定子繞組相數(shù)m（做成多相）；3、做成多段式結(jié)構(gòu)；4、采用電流細(xì)分技術(shù)（通過單片機(jī)的D/A控制步進(jìn)電機(jī)定子相鄰兩相電流的比例實(shí)現(xiàn)）。但要注意，細(xì)分主要是改善運(yùn)動(dòng)性能。共二十五頁共二十五頁共二十五頁共二十五頁四、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類1按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理分1）勵(lì)磁式電機(jī)(dinj)的定子轉(zhuǎn)子均有

5、繞組，靠電磁力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。2）反應(yīng)式(變磁阻式）轉(zhuǎn)子無繞組，定子繞組勵(lì)磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)展的主要類型，有較好的技術(shù)性能指標(biāo)。3）混合式（即永磁感應(yīng)子式）它與反應(yīng)式的主要區(qū)別是轉(zhuǎn)子上置有磁鋼。反應(yīng)式電機(jī)轉(zhuǎn)子無磁鋼，輸入能量全靠定子勵(lì)磁電流供給，靜態(tài)電流比永磁式大許多。永磁感應(yīng)子式電機(jī)具有驅(qū)動(dòng)電流小、效率高、過載能力強(qiáng)和具有零電流力矩等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。還有其它的分類方法（自學(xué)）共二十五頁混合式步進(jìn)電機(jī)(dinj)有零電流力矩共二十五頁五、環(huán)形(hun xn)分配器的實(shí)現(xiàn)1、硬件環(huán)形分配器（隨著單片機(jī)的出現(xiàn)已很少使用）；2、軟件環(huán)形分配器（通過查表

6、實(shí)現(xiàn)）共二十五頁共二十五頁六、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)(q dn)電路1、單電壓限流型驅(qū)動(dòng)電路 為了克服靜摩擦力和慣性，加大步進(jìn)電機(jī)的加速度，加快啟動(dòng)過程(guchng)，采用高低壓切換電路。利用高電壓產(chǎn)生大力矩，利用低電壓維持靜止，從而減少發(fā)熱。 當(dāng)晶體管VT導(dǎo)通瞬間，由于電容C兩端電壓不能突變，電容相當(dāng)于短路，加在電阻R的電壓很小，電流很小，電壓全部加在繞組L上，電流快速上升。隨著電容充電，加在繞組L的電壓降低電流減少。V為續(xù)流二極管，RD為限流電阻防止關(guān)斷瞬間反電勢過高，擊穿晶體管VT。電容C僅在啟動(dòng)時(shí)起作用，稱為加速電容。時(shí)間常數(shù)=L/（r+R)為了提高速度，要加大R，但要保證維持電流，必須同時(shí)

7、提高U。造成功耗大。I=U/（r+R)共二十五頁2、雙電源高低壓切換型驅(qū)動(dòng)(q dn)電路開始時(shí)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通，80V直接加在繞組L上，當(dāng)經(jīng)過t2時(shí)間，關(guān)斷VT2，用低壓12V維持。在下一步開始前，把VT1關(guān)斷。共二十五頁引起(ynq)步進(jìn)電機(jī)失步的原因：1、步進(jìn)電機(jī)的力矩不夠（負(fù)載力矩大于步進(jìn)電機(jī)的最大靜力矩）；2、加減速過快（動(dòng)態(tài)力矩不夠）；即給定角加速度=（TM-TL）/J共二十五頁步進(jìn)電機(jī)控制的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、步進(jìn)電機(jī)不失步時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，可以用于高精度的開環(huán)控制；2、控制方法及設(shè)備簡單，價(jià)錢便宜；3、零速（堵轉(zhuǎn)）力矩大；4、永磁式和混合式有零電流

8、力矩；5、體積小。缺點(diǎn)：1、高速力矩小（每一步只有一個(gè)齒出力）響應(yīng)慢；2、允許最高轉(zhuǎn)速(zhun s)低（每一步都作啟、停運(yùn)動(dòng)）；3、精度低（受步距角限制）4、共振點(diǎn)多，噪聲大；5、功率小。在高性能的控制中步進(jìn)電機(jī)正被交流伺服控制取代。共二十五頁T步共二十五頁共二十五頁只有(zhyu)A相通電A相電流大于B相B相電流大于A 相AABBCC4321AABBCC43214321AABBCC步距角的細(xì)分技術(shù)(jsh) 步距角的細(xì)分技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)的D/A控制兩相電流的比例來實(shí)現(xiàn)細(xì)分。例A相電流按1、7/8、6/8、5/8 、4/8、3/8、2/8、1/8、0遞減；B相電流則按0、1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8、1遞增。就可以把1拍細(xì)分成8拍。共二十五頁參考書交流(jioli)步進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng) 孫鶴旭著 機(jī)械工業(yè)出版社 共二十五頁內(nèi)容摘要步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)。2、了解步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式與驅(qū)動(dòng)電路。3、失步與產(chǎn)生失步的原因。每輸入一個(gè)脈沖電動(dòng)機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)一步，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)便因之而命名。若按A、B、C相輪流導(dǎo)通，每通電一次轉(zhuǎn)過1/3齒。實(shí)際步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角通常較小，這就要求轉(zhuǎn)子(zhun z)的齒數(shù)多。1、拍定子由一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)（即磁場狀態(tài)每一次變化）稱為一拍。2、步距角步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步（一拍