步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)對運(yùn)動平臺性能影響研究分析

1、個人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)對運(yùn)動平臺性能影響地研究newmaker摘要：步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動電路不 反國囹囹 但可以提高工作平臺地運(yùn)動平穩(wěn)性，而且可以有效地提高工作平臺地定位精度.試驗(yàn)表明：步進(jìn)電機(jī) 4細(xì)分時，電機(jī)每步都可以準(zhǔn)確定位.目前自動化設(shè)備上地運(yùn)動平臺大量采用同步帶傳動機(jī)構(gòu)，并由步進(jìn)電機(jī)控制其運(yùn)動地速度和位置.為了使廣大用戶能正確地使用步進(jìn)電機(jī)，我們對步進(jìn)電機(jī)細(xì)分倍數(shù)與平臺運(yùn)動地平穩(wěn) 性、定位精度地關(guān)系進(jìn)行了分析和試驗(yàn)，得出了一些有價值地結(jié)論1、步進(jìn)電機(jī)細(xì)分原理圖1為兩相步進(jìn)電機(jī)地工作原理示意圖，它有 2個繞組A和B.當(dāng)一個繞組通電后，其定子 磁極產(chǎn)生磁場，將轉(zhuǎn)子吸合到此磁極

2、處.1 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)圖1步進(jìn)電機(jī)細(xì)分原理圖這四個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化,若繞組在控制脈沖地作用下，通電方向順序按照:這四個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化,電機(jī)可順時針轉(zhuǎn)動；控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動一步，即90度.4個脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈細(xì)分驅(qū)動器地原理是通過改變 A, B相電流地大小，以改變合成磁場地夾角，從而可將一個步距角細(xì)分為多步.當(dāng)A、B相繞組同時通電時， 轉(zhuǎn)子將停在A、B相磁極中間，如圖1 (b),2 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)(d)所示.若通電方向順序按照：AA t AA + BB T BB t BB + AA T A A AA, BBB B T

3、 B B + AA這8個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動；電機(jī)每轉(zhuǎn)動一步，為 45度，8個脈沖電 機(jī)轉(zhuǎn)一周.與通電順序(1)相比，它地步距角小了一半 .為了保證電機(jī)輸出地力矩均勻， A、B相線圈電流地大小也要調(diào)整，使 A、B相產(chǎn)生地合力 在每個位置相同.圖2所示為電機(jī)四細(xì)分時，A、B相線圈電流地比例.A、B相線圈電流大小 與轉(zhuǎn)角關(guān)系如圖3所示.圖2 4細(xì)分時由機(jī)Ay B線圈電流在不同角度的分配比例3 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)圖2 4細(xì)分時電機(jī)A、B線圈電流在不同角度地分配比例地奉圖3 電機(jī)4細(xì)分時，電機(jī)電流波形從圖3中可以看出，步進(jìn)電機(jī)地相電流是按正弦函數(shù)（如虛線所示）分布地；細(xì)分

4、數(shù)越大, 相電流越接近正弦曲線.步進(jìn)電機(jī)細(xì)分與電機(jī)運(yùn)動平穩(wěn)性地關(guān)系圖4、5和6分別為兩相步進(jìn)電機(jī) 2細(xì)分、8細(xì)分和64細(xì)分地實(shí)測相電流波形.被測步進(jìn)電 機(jī)步距角為1.8度，即無細(xì)分時每轉(zhuǎn) 200步.試驗(yàn)時，將步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速都設(shè)為 2 r/s；電機(jī)2 細(xì)分時，電機(jī)每轉(zhuǎn) 400步，每步周期為1.25ms ;電機(jī)8細(xì)分時，電機(jī)每轉(zhuǎn) 1600步，每步 周期為0.3125ms ;電機(jī)64細(xì)分時，電機(jī)每轉(zhuǎn) 12800步，每步周期為 0.0391ms.4 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)R-*aai*,R-*aai*,l4-J*-M09dJ8 I6W*l4-J*-M09dJ8 I6W*圖42細(xì)分時，步進(jìn)電機(jī)相

5、電流波形（圖中橫座標(biāo)每格2.5ms )平均次數(shù)平揄工采樣圖42細(xì)分時，步進(jìn)電機(jī)相電流波形（圖中橫座標(biāo)每格2.5ms )平均次數(shù)平揄工采樣:，軸檢測jL1l tWl ZO.(XW 1中映HzM jOOrii?U-Jan- 0127lekJL/ T lekJL/ T / Gl t qM Poe OOOQs汗均次數(shù)1 4.i.ad k I I I Jj . . I.M tOOnCHI Z -W2mV冊峽8電塔晶測JL平均值圖58細(xì)分時，步進(jìn)電機(jī)相電流波形圖中橫座標(biāo)每格1.0ms 5，門IM JU采樣圖6 E4細(xì)分時，步進(jìn)電機(jī)相電流波形（圖中橫座標(biāo)每格LOjum）5 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)從

6、圖4、5、6中可看出，步進(jìn)電機(jī) 2細(xì)分時，電流波形臺階均勻，且電流脈動值很大，其 最大值是最大電流地 70.7%;步進(jìn)電機(jī)8細(xì)分時，電流波形臺階明顯，但電流脈動值較小， 其最大值是最大電流地 19.5%;步進(jìn)電機(jī)64細(xì)分時，電流波形較平滑，電流波形已很難分 辨分別出臺階地個數(shù)，最大電流脈動值僅為最大電流地2.45%.由電磁感應(yīng)定理知，步進(jìn)電機(jī)輸出力矩和電機(jī)線圈地電流成正比，及：T = KT Xi式中KT為電機(jī)力矩常數(shù)，它與電機(jī)結(jié)構(gòu)、材料、線圈長度等因素有關(guān)由此公式就很容易理解：步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)越高，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)；步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)越小，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時振動越大.因?yàn)榧?xì)分?jǐn)?shù)高時，電流曲線光滑，所以電機(jī)輸出

7、力矩也就波動小連續(xù)、 電機(jī)運(yùn)行就平穩(wěn)；電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)小，電機(jī)電流脈動就大，其輸出力矩脈動就大，因而造成電機(jī) 較大地振動，該振動并產(chǎn)生噪音乃至其它部件地諧振噪音.步進(jìn)電機(jī)細(xì)分倍數(shù)與定位精度地關(guān)系為了定量分析步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)與運(yùn)動平臺定位精度之間地關(guān)系，我們在一個同步帶傳動地運(yùn)動平臺上，進(jìn)行了多組試驗(yàn) .該運(yùn)動平臺由雷賽 57HS22步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，配雷賽MD556細(xì)分驅(qū)動器；同步帶輪主動輪周 長100mm ;工作臺配有分辨率為 0 . 001mm地光柵尺，作為位置檢測裝置 通過雷泰DMC1410運(yùn)動控制卡控制工作臺運(yùn)動，由雷泰ENC7480計數(shù)卡采集光柵尺位置信號，作為分析運(yùn)動平臺定位精度地數(shù)據(jù).圖6、

8、7、8、9分別是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 2細(xì)分、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分條件下，運(yùn)動平臺 單步運(yùn)動位移量地典型數(shù)據(jù).所謂單步運(yùn)動，即控制器每發(fā)一個脈沖后，都延時 0.05秒.6 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)圍日步進(jìn)電機(jī)2鯉分 速動平超單凈運(yùn)助酎每皆羽匚移堡ffi 7步進(jìn)電機(jī)4 SB分、運(yùn)動平白學(xué)t運(yùn)動時每步的位移量8撲演組機(jī)8細(xì)分、運(yùn)就平白口凈運(yùn)劭酎號步的位移堂圖9 小迸電機(jī)16細(xì)分、運(yùn)動平臺弟步運(yùn)動時當(dāng)步的位移里表1是對以上4個試驗(yàn)地數(shù)據(jù)分析表.從表中可看出：2、4細(xì)分時，單步位移地誤差較小， 隨著細(xì)分?jǐn)?shù)增加，單步位移地誤差增大.從圖6圖9中也可以清楚地看出：2、4細(xì)分時,數(shù)據(jù)分布較均勻；隨著細(xì)

9、分?jǐn)?shù)增加，數(shù)據(jù)分布離散度增大7 / 10個人收集整理僅供參考學(xué)習(xí)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析細(xì)分?jǐn)?shù)脈沖當(dāng)量 nun單步最小 值 iron單步最大 值urn最大正1天爰mm最大負(fù)、口 1天爰IftJTlna 1 丁 用 取大止L天差率先0 1 戶 FQ 甌大貨L天差率先2。,250. 1910. 3130.0590.06323.625. 240. 1250.0950. 1570.030.03224.0254080,06250,0460.0820,01650.019526.43L21604031250.0160.0450.01550.013549. 242.9運(yùn)動平臺地位移誤差雖然包含了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分不均勻、同

10、步帶傳動機(jī)構(gòu)誤差、導(dǎo)軌直線度誤差、光柵尺測量誤差等誤差在內(nèi)，但當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為16細(xì)分時，平臺地位移誤差明顯增大 .這說明：細(xì)分?jǐn)?shù)大于 8細(xì)分時，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分地不均勻性有顯著提高 .結(jié)論步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動電路不但可以提高工作平臺地運(yùn)動平穩(wěn)性，而且可以有效地提高工作平臺地定位精度.試驗(yàn)表明：在同步帶傳動地運(yùn)動平臺上，步進(jìn)電機(jī) 4細(xì)分時，電機(jī)每步都可以 準(zhǔn)確定位.建議在運(yùn)動控制器輸出地脈沖頻率允許地情況下，盡可能將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器地細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)大些，以提高運(yùn)動平臺地運(yùn)動平穩(wěn)性；但運(yùn)動平臺地定位精度只能按步進(jìn)電機(jī)4細(xì)分地脈沖當(dāng)量計算.參考文獻(xiàn)1劉寶廷.步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1

11、997.1(end)版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理.版權(quán)為個人所有This article includes someparts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership. b5E2RGbCAP8 / 10個人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)用戶可將本文地內(nèi)容或服務(wù)用于個人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律 地規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人地合法權(quán)利.除此以外，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人地書

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