步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制與調(diào)速技術(shù)課件

項(xiàng)目６步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制與調(diào)速技術(shù)任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝６.１.１任務(wù)目標(biāo)(１)掌握步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分類和工作原理。(２)知道步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式。(３)能夠拆裝和維護(hù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。６.１.２任務(wù)內(nèi)容(１)明白步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分類和工作原理。(２)了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝工藝和拆裝要求。(３)學(xué)會(huì)拆裝和維護(hù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝６.１.３必備知識(shí)６.１.３.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分類１.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子由硅鋼片疊成,有一定數(shù)量的磁極和繞組,轉(zhuǎn)子用軟磁材料做成凸極結(jié)構(gòu)。圖６－２所示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu),圖６－３所示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖６－４所示為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意。２.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類方式很多,常見(jiàn)的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。如表６－１所示,根據(jù)不同的分類方式,列舉了常用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是我國(guó)目前使用最廣泛的一種,它具有慣性小、反應(yīng)快和速度高的特點(diǎn)。６.１.３.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理１.三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子、轉(zhuǎn)子用硅鋼片或其他軟磁材料制成,定子上有６個(gè)磁極,每個(gè)磁極上繞有勵(lì)磁繞組,相對(duì)的兩個(gè)磁極組成一相,分成Ｕ、Ｖ、Ｗ三相。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝轉(zhuǎn)子上有４個(gè)均勻分布的齒,無(wú)繞組,它是由帶齒的鐵芯做成的,如圖６－５所示。２.三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三種運(yùn)行方式:三相單三拍運(yùn)行;三相雙三拍運(yùn)行;三相單、雙六拍運(yùn)行?！叭唷笔侵覆竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù);“單”是指每次只給一相繞組通電;“雙”則是每次同時(shí)給二相繞組通電;定子繞組每改變一次通電方式,就稱為一拍;“三拍”是指經(jīng)過(guò)三次切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝１)三相單三拍工作方式三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖６－６所示。它的定子上有六個(gè)極(Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｘ、Ｙ、Ｚ),每個(gè)極上都裝有控制繞組,每相對(duì)的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子由四個(gè)均勻分布的齒組成,其上沒(méi)有繞組。當(dāng)Ａ相控制繞組通電時(shí),因磁通要沿著磁阻最小的路徑閉合,將使轉(zhuǎn)子齒１、３和定子磁極Ａ、Ｘ對(duì)齊,如圖６－６(ａ)所示。當(dāng)Ａ相斷電Ｂ相控制繞組通電時(shí),轉(zhuǎn)子將在空間順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)３０°,即步距角θｓ＝３０°,轉(zhuǎn)子齒２、４與定子磁極Ｂ、Ｙ對(duì)齊,如圖６－６(ｂ)所示。如再使Ｂ相斷電Ｃ相控制繞組通電,轉(zhuǎn)子將又在空間順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)θｓ＝３０°,使轉(zhuǎn)子齒３、１和定子磁極Ｃ、Ｚ對(duì)齊,如圖６－６(ｃ)所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝如此循環(huán)往復(fù),按Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ順序通電,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子便按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于控制繞組與電源接通或開(kāi)斷的變化頻率。若按Ａ→Ｃ→Ｂ→Ａ的順序通電,則電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。控制繞組與電源的接通或斷開(kāi),通常是由電子邏輯線路或微處理器來(lái)控制完成的。三相單三拍通電運(yùn)行方式中,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為θｓ＝３０°。２)三相雙三拍工作方式在實(shí)際使用中,單三拍通電運(yùn)行方式由于在切換時(shí)一相控制繞組斷電后而另一相控制繞組才開(kāi)始通電,這種情況容易造成失步。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝此外,由單一控制繞組通電吸引轉(zhuǎn)子,也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩,故運(yùn)行的穩(wěn)定性較差,所以很少采用。三相雙三拍運(yùn)行方式的每個(gè)通電狀態(tài)都有兩相控制繞組同時(shí)通電,通電狀態(tài)切換時(shí)總有一相繞組不斷電,不會(huì)產(chǎn)生振蕩,所以通常將它改為“雙三拍”通電運(yùn)行方式,按ＡＢ→ＢＣ→ＣＡ→ＡＢ的通電順序,即每拍都有兩個(gè)繞組同時(shí)通電。假設(shè)此時(shí)電動(dòng)機(jī)為正轉(zhuǎn),那么按ＡＣ→ＣＢ→ＢＡ→ＡＣ的通電順序運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)則反轉(zhuǎn)。在雙三拍通電方式下步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置如圖６－７所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝當(dāng)Ａ、Ｂ兩相同時(shí)通電時(shí),轉(zhuǎn)子齒的位置同時(shí)受到兩個(gè)定子磁極的作用,只有Ａ相磁極和Ｂ相磁極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相等時(shí)轉(zhuǎn)子才平衡,如圖６－７(ａ)所示。當(dāng)Ｂ、Ｃ兩相同時(shí)通電時(shí),轉(zhuǎn)子齒的位置同時(shí)受到兩個(gè)定子磁極的作用,只有Ｂ相磁極和Ｃ相磁極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相等時(shí)轉(zhuǎn)子才平衡,如圖６－７(ｂ)所示。當(dāng)Ｃ、Ａ兩相同時(shí)通電時(shí),原理相同,如圖６－７(ｃ)所示。由上述分析可以看出雙拍運(yùn)行時(shí),同樣三拍為一循環(huán),而按雙三拍通電方式運(yùn)行時(shí),它的步距角與單三拍通電方式相同,也是３０°。３)三相單、雙六拍通電運(yùn)行方式上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝若控制繞組的通電順序?yàn)椋痢粒隆隆拢谩谩茫痢?或是Ａ→ＡＣ→Ｃ→ＣＢ→Ｂ→ＢＡ→Ａ,則稱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在三相單、雙六拍通電方式。這種通電方式,定子三相控制繞組需經(jīng)過(guò)六次切換通電狀態(tài)才能完成一個(gè)循環(huán),故稱“六拍”。在通電時(shí),有時(shí)是單個(gè)控制繞組通電,有時(shí)又為兩個(gè)控制繞組同時(shí)通電,因此稱為“單、雙六拍”。在這種通電方式時(shí),步距角也有所不同。如圖６－８所示,當(dāng)Ａ相控制繞組通電時(shí)和單三拍運(yùn)行的情況相同,轉(zhuǎn)子齒１、３和定子磁極Ａ、Ｘ對(duì)齊,如圖６－８(ａ)所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝當(dāng)Ａ、Ｂ相控制繞組同時(shí)通電時(shí),轉(zhuǎn)子齒２、４在定子磁極Ｂ、Ｙ的吸引下使轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),直至轉(zhuǎn)子齒１、３和定子磁極Ａ、Ｘ之間的作用力與轉(zhuǎn)子齒２、４和定子磁極Ｂ、Ｙ之間的作用力相平衡為止,如圖６－８(ｂ)所示。Ａ、Ｂ兩相同時(shí)通電時(shí)和雙拍運(yùn)行方式相同。當(dāng)斷開(kāi)Ａ相控制繞組而由Ｂ相控制繞組通電時(shí),轉(zhuǎn)子將繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度使轉(zhuǎn)子齒２、４和定子磁極Ｂ、Ｙ對(duì)齊,如圖６－８(ｃ)所示。在這種通電方式下,θｓ＝３０°/２＝１５°。若繼續(xù)按ＢＣ→Ｃ→ＣＡ→Ａ的順序通電,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就按順時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。如通電順序變?yōu)椋痢粒谩谩茫隆隆拢痢?則電動(dòng)機(jī)將按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝因此,即使同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),若通電運(yùn)行方式不同,其步距角也不相同。所以一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)給出兩個(gè)步距角,例如３°/１.５°、１.５°/０.７５°等。三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半,因而精度更高,且轉(zhuǎn)換過(guò)程中始終保證有一個(gè)繞組通電,工作穩(wěn)定,因此這種工作方式被大量采用。３.小步距角三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單,但是步距角較大,往往滿足不了系統(tǒng)的精度要求,如使用在數(shù)控機(jī)床中就會(huì)影響到加工工件的精度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝所以,在實(shí)際中常采用圖６－９中所示的一種小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。圖６－９中所示的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),它的定子上有六個(gè)極,上面裝有控制繞組組成Ａ、Ｂ、Ｃ三相,轉(zhuǎn)子上均勻分布４０個(gè)齒,定子每個(gè)極面上也各有５個(gè)齒,定、轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同。當(dāng)Ａ相控制繞組通電時(shí),電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生沿Ａ極軸線方向的磁場(chǎng),因磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合,轉(zhuǎn)子受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動(dòng),直至轉(zhuǎn)子齒和定子Ａ極面上的齒對(duì)齊為止。因轉(zhuǎn)子上共有４０個(gè)齒,每個(gè)齒的齒距為３６０°/４０＝９°,而每個(gè)定子磁極的極距為３６０°/６＝６０°,所以每一個(gè)極距所占的齒距數(shù)不是整數(shù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝從圖６－１０給出的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖中可以看出,當(dāng)Ａ極面下的定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí),Ｙ極和Ｚ極極面下的齒就分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的轉(zhuǎn)子齒距,即３°。設(shè)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)Ｚｒ的大小由步距角的大小所決定,但是為了能實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)錯(cuò)位”,轉(zhuǎn)子的齒數(shù)必須滿足一定的條件,而不能是任意數(shù)值。當(dāng)定子的相鄰極為相鄰相時(shí),在某一極下若定、轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊,則要求在相鄰極下的定、轉(zhuǎn)子齒之間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)轉(zhuǎn)子齒距的１/ｍ,即它們之間在空間位置上錯(cuò)開(kāi)３６０°/ｍＺｒ。由此可得出這時(shí)轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)符合下式條件:上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝從圖６－１０中可以看到,若斷開(kāi)Ａ相控制繞組而由Ｂ相控制繞組通電,這時(shí)電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生沿Ｂ極軸線方向的磁場(chǎng)。同理,在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下,轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)３°使定子Ｂ極面下的定子齒和轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊,相應(yīng)定子Ａ極與Ｃ極面下的齒又分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的轉(zhuǎn)子齒距。依此,當(dāng)控制繞組按Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ順序循環(huán)通電,轉(zhuǎn)子就沿順時(shí)針?lè)较蛞悦恳慌霓D(zhuǎn)過(guò)３°的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。若改變通電順序,即按Ａ→Ｃ→Ｂ→Ａ順序循序通電,轉(zhuǎn)子便沿反方向同樣以每拍轉(zhuǎn)過(guò)３°的方式轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)為單三拍通電方式運(yùn)行。若采用三相單、雙六拍通電方式,與前述道理一樣,只是步距角將要減小一半,即１.５°。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝電動(dòng)機(jī)相數(shù)越多,相應(yīng)電源就越復(fù)雜,造價(jià)也越高。所以,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般最多做到六相,只有個(gè)別電動(dòng)機(jī)才做成更多相數(shù)。６.１.４任務(wù)實(shí)施６.１.４.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝１.拆裝準(zhǔn)備準(zhǔn)備好拆裝工具,裝配前應(yīng)清理好場(chǎng)地,并在接頭線、端蓋與外殼、軸承蓋與端蓋等上作好標(biāo)記,以免裝配時(shí)弄錯(cuò)。２.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一般拆卸方法上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝(１)卸下皮帶或脫開(kāi)聯(lián)油器的連接銷(xiāo);(２)拆下接線盒內(nèi)的電源接線和接地線;(３)卸下皮帶輪或聯(lián)軸器;(４)卸下底腳螺母和墊圈;(５)卸下前軸承外蓋;(６)卸下前端蓋;(７)拆下風(fēng)葉罩;(８)卸下風(fēng)葉;(９)卸下后軸承外蓋;上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝(１０)卸下后端蓋;(１１)抽出轉(zhuǎn)子;(１２)拆下前后軸承及前后軸承的內(nèi)蓋。３.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的裝配對(duì)于一般中、小型步進(jìn)電動(dòng)機(jī),其裝配方法與拆卸步驟相反。６.１.４.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要零部件的拆裝方法１.皮帶輪或聯(lián)軸器的拆裝擰下固定螺釘和銷(xiāo)子,然后用拉具慢慢地拉出。如果拉不出,可在內(nèi)孔澆點(diǎn)煤油再拉。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝若仍拉不出,可用急火圍繞皮帶輪或聯(lián)軸器迅速加熱,同時(shí)用濕布包好軸,并不斷澆冷水,以防熱量傳入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。裝配時(shí),先用細(xì)鐵砂布把轉(zhuǎn)軸、皮帶輪或聯(lián)軸器的軸孔磨光滑,將皮帶輪或聯(lián)軸器對(duì)準(zhǔn)鍵槽套在軸上,用熟鐵或硬木塊墊在鍵的一端,輕輕將鍵敲入槽內(nèi)。鍵在槽內(nèi)要松緊適度,太緊或太松都會(huì)傷鍵和傷槽,太松還會(huì)使皮帶打滑或振動(dòng)。２.軸承蓋的拆裝軸承外蓋的拆卸,只要擰下固定軸承蓋的螺釘,就可取下前后軸承外蓋。前后兩個(gè)軸承外蓋要分別標(biāo)上記號(hào),以免裝配時(shí)前后裝錯(cuò)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝軸承外蓋的裝配方法是將外蓋穿過(guò)轉(zhuǎn)軸套在端蓋外面,插上一顆螺釘,一手頂住這顆螺釘,一手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸,使軸承內(nèi)蓋也跟著轉(zhuǎn)到與外蓋的螺釘孔對(duì)齊時(shí),便可將螺釘頂入內(nèi)蓋的螺孔中并擰緊,最后把其余兩顆螺釘也裝上擰緊。３.端蓋的拆裝首先應(yīng)在端蓋與機(jī)座的接縫處作好標(biāo)記,然后擰下固定端蓋的螺釘,用螺絲刀慢慢地撬下端蓋(擰螺釘和撬端蓋都要對(duì)角線均勻?qū)ΨQ地進(jìn)行),前后端蓋要作上記號(hào),以免裝配時(shí)前后搞錯(cuò)。裝配時(shí),對(duì)準(zhǔn)機(jī)殼和端蓋的接縫標(biāo)記,裝上端蓋。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝插入螺釘擰緊(要按對(duì)角線對(duì)稱地旋進(jìn)螺釘,而且要分幾次旋緊,且不可有松有緊,以免損傷端蓋),同時(shí)要隨時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子,以檢查轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活。４.轉(zhuǎn)子的拆裝前后端蓋拆掉后,便可抽出轉(zhuǎn)子。但是應(yīng)注意切勿碰壞定子線圈。對(duì)于小型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子,抽出時(shí)要一手握住轉(zhuǎn)子,把轉(zhuǎn)子拉出一些,再用另一只手托住轉(zhuǎn)子,慢慢地外移。對(duì)于大型電動(dòng)機(jī),抽出轉(zhuǎn)子時(shí)要兩人各抬轉(zhuǎn)子的一端,慢慢外移。裝配時(shí),要按上述逆過(guò)程進(jìn)行,并且要對(duì)準(zhǔn)定子腔中心小心地送入。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝５.滾動(dòng)軸承的拆裝裝配滾動(dòng)軸承的方法與拆卸皮帶輪類似?？捎脙筛F扁擔(dān)夾住轉(zhuǎn)軸,使轉(zhuǎn)子懸空,然后在轉(zhuǎn)軸上端墊木塊或銅塊后,用錘敲打使軸承脫開(kāi)拆下(或用拉具),操作過(guò)程中要注意安全。裝配時(shí),可找一根內(nèi)徑略大于轉(zhuǎn)軸外徑的平口鐵管套入轉(zhuǎn)軸,使管壁正好頂在軸承的內(nèi)圈上,便可在管口墊木塊用手錘敲打,使軸承套入轉(zhuǎn)子定位處。注意軸承內(nèi)圓與轉(zhuǎn)軸間不能過(guò)緊。如果過(guò)緊,可用細(xì)砂布打磨轉(zhuǎn)軸表面四周,使軸承套入后能保持一般的緊密度即可。另外軸承外圈與端蓋之間也不能太緊。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的拆裝總裝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)要特別注意,如果沒(méi)有將端蓋、軸承蓋裝到正確位置,或沒(méi)有掌握好螺釘?shù)乃删o度和均勻度,都會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏心,造成掃膛等不良運(yùn)行故障。６.１.５任務(wù)考核任務(wù)考核,按表６－２來(lái)實(shí)施。上一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試６.２.１任務(wù)目標(biāo)(１)掌握步距角與轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法。(２)學(xué)會(huì)驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)。(３)學(xué)會(huì)控制電路的安裝與調(diào)試方法。６.２.２任務(wù)內(nèi)容(１)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)。(２)控制電路的安裝與調(diào)試。６.２.３必備知識(shí)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試６.２.３.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角與轉(zhuǎn)速的計(jì)算１.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角每輸入一個(gè)脈沖信號(hào),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。步距角不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響,也不受溫度、振動(dòng)等環(huán)境因素的干擾。步距角的大小由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Ｚｒ、運(yùn)行相數(shù)ｍ決定,它們之間的關(guān)系可表示如下:齒距角:上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試步距角:２.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角θｓ的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Ｚｒ、控制繞組的相數(shù)ｍ和通電方式所決定的,它們之間的關(guān)系為若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電脈沖的頻率為ｆ,由于轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)ＺｒＣ個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一周,則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試步進(jìn)電動(dòng)機(jī)除了做成三相外,也可以做成二相、四相、五相、六相或更多的相數(shù)。６.２.３.２驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)利用微處理器對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制已得到廣泛的應(yīng)用。用微處理器對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí),控制方法可分為串行控制和并行控制兩類,具體有ＭＳ－５１系列、ＭＳＰ４３０系列、ＤＳＰ系列和驅(qū)動(dòng)卡系列等多種方法,但其控制原理基本相同,本任務(wù)主要以８９Ｃ５１單片機(jī)為例介紹控制方法。１.并行控制上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試１)純軟件控制的方法在并行控制中,不需要專用的脈沖分配器,其功能可以由８９Ｃ５１單片機(jī)用純軟件的方法實(shí)現(xiàn)或用軟件和硬件結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖６－１１所示,單片機(jī)通過(guò)并行口,直接發(fā)出多相脈沖波信號(hào),再通過(guò)功率放大后,送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組。這樣就不再需要脈沖分配器了,但這種并行控制方式占用單片機(jī)硬件資源較多。在這種方法中,脈沖分配器的功能全部由軟件來(lái)完成。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試以圖６－１１為例,其中單片機(jī)８９Ｃ５１的Ｐ１.０~Ｐ１.３四個(gè)引腳作為并行口輸出,依次循環(huán)輸出驅(qū)動(dòng)四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需的八個(gè)狀態(tài)為:Ａ→ＡＢ→Ｂ→ＢＣ→Ｃ→ＣＤ→Ｄ→ＤＡ→Ａ…,即單、雙８拍通電運(yùn)行方式。采用這種純軟件方法,需要在單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器中開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)空間以存放這８種狀態(tài),形成一張狀態(tài)表?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用程序按照電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)的要求,順序?qū)顟B(tài)表的內(nèi)容取出來(lái)送至８９Ｃ５１的Ｐｌ口?，F(xiàn)設(shè)定從程序存儲(chǔ)器的地址０Ｆ００Ｈ處開(kāi)始,用８?jìng)€(gè)字節(jié)存儲(chǔ)四相八拍正轉(zhuǎn)工作狀態(tài)表;從程序存儲(chǔ)器的地址０ＦＦＡＨ處開(kāi)始,用８?jìng)€(gè)字節(jié)存儲(chǔ)四相八拍反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)表。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試再設(shè)定功率驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)成反相放大,Ｐ１口線為低電平時(shí)繞組通電,高電平時(shí)繞組斷電,則存放狀態(tài)表的ＲＯＭ區(qū)有關(guān)單元的內(nèi)容如表６－３所示。于是對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制可變成順序查表以及寫(xiě)Ｐ１口的軟件處理過(guò)程。若設(shè)定Ｒ０作為狀態(tài)計(jì)數(shù)器,按每拍加一進(jìn)行操作;對(duì)于八拍運(yùn)行,從０開(kāi)始,最大計(jì)數(shù)值為７。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)子程序如下:上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試ＣＷ:INC

R0

;正轉(zhuǎn)加1CJNE

R0,#08H,CW1;計(jì)數(shù)值不是8,正常計(jì)數(shù)MOV

R0,#00H;計(jì)數(shù)值超過(guò)7,則清零,回到表首ＣＷ１:MOV

A,R0;計(jì)數(shù)值送AMOV

DPTR,#0F00H;正轉(zhuǎn)狀態(tài)表首地址為0F00HMOVC

A,@A+DPTR;取出表中狀態(tài)MOV

Pl,A;送輸出口RET上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試反轉(zhuǎn)程序與正轉(zhuǎn)程序的差別,僅僅在于指針應(yīng)指向反轉(zhuǎn)狀態(tài)表的表首地址0FFAH。反轉(zhuǎn)子程序如下:CCW:INC

R0;反轉(zhuǎn)加1CJNE

R0,#08H,CCW1;計(jì)數(shù)值不是8,正常計(jì)數(shù)MOV

R0,#00H;計(jì)數(shù)值超過(guò)7,則清零,回到表首ＣＣＷ１:MOV

A,R0;計(jì)數(shù)值送AMOV

DPTR,#0FFAH;反轉(zhuǎn)狀態(tài)表首地址為0FFAHMOVC

A,@A+DPTR;取出表中狀態(tài)上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試MOV

Pl,A;送輸出口RET當(dāng)然,若對(duì)地址為０Ｆ０７Ｈ－０Ｆ００Ｈ的狀態(tài)表,每次逆向查表,同樣可以實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn),這只要把正轉(zhuǎn)程序中的ＣＷ部分修改成ＣＣＷＮ:ＣＣＷＮ:DEC

R0;反轉(zhuǎn)減1CJNE

R0,#FFH,CW1;在正常范圍,正常計(jì)數(shù)MOV

R0,#07H;計(jì)數(shù)值退出正常范圍,修改指針上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試采用上述程序?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn),可省去狀態(tài)表中地址為０ＦＦＡＨ~１００１Ｈ的部分,而且可以采用同一個(gè)計(jì)數(shù)器指針Ｒ０,在正轉(zhuǎn)任意步后接著反轉(zhuǎn)時(shí),不用為了避免亂步而調(diào)整指針的位置。用純軟件方法代替脈沖分配器是比較靈活的。例如要求用８９Ｃ５１的Ｐ１口輸出Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四相脈沖,以控制四相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),則可采用更簡(jiǎn)單的方法:設(shè)定Ｐ１口線為低電平時(shí)繞組通電,并用Ｐ１口的Ｐ１.１、Ｐ１.３、Ｐ１.５、Ｐ１.７分別驅(qū)動(dòng)Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四相功率接口,則四相單、雙八拍的工作狀態(tài)如表６－４所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試觀察表６－４后不難發(fā)現(xiàn),要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走步,只要對(duì)Ｐ１口的字節(jié)內(nèi)容進(jìn)行循環(huán)移位就可以了。設(shè)數(shù)據(jù)左移時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),則數(shù)據(jù)右移時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。只要在程序初始化時(shí),對(duì)Ｐ１口裝載表６－４中的任一數(shù)據(jù),再通過(guò)調(diào)用下列ＣＷ或ＣＣＷ子程序就可讓電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一步。程序如下:

(略)MOV

P1,#0F8H;初始化P1口,A相通電

(略)ＣＷ:MOV

A,Pl;狀態(tài)送A上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試RL

A;左循環(huán)位移MOV

P1,A;送輸出口,正轉(zhuǎn)一步RETＣＣＷ:MOV

A,Pl;狀態(tài)送ARR

A;右循環(huán)位移MOV

Pl,A;送輸出口,反轉(zhuǎn)一步RET２)軟、硬件相結(jié)合的控制方法上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試軟、硬件相結(jié)合的控制方法,可比純軟件控制方法減少計(jì)算機(jī)工作時(shí)間的占用。圖６－１２所示為一臺(tái)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軟、硬件相結(jié)合的控制系統(tǒng)示意圖。以８９Ｃ５１的Ｐ１口作為信號(hào)的輸出口,Ｐ１.３~Ｐ１.７空置不用,其值可為任意,僅以Ｐ１.０~Ｐ１.２三條線接到一個(gè)ＥＰＲＯＭ的低三位地址線上,可選通ＥＰＲＯＭ的８?jìng)€(gè)地址單元,相應(yīng)于８種狀態(tài)。ＥＰＲＯＭ的低四位數(shù)據(jù)輸出線作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ各相的控制線,硬件設(shè)計(jì)成低電平時(shí)繞組通電。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試本系統(tǒng)中ＥＰＲＯＭ作為一種解碼器使用,通過(guò)其輸入輸出關(guān)系可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)得更便于微機(jī)控制。因?yàn)橹挥校校?０~Ｐ１.２上的數(shù)據(jù)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電狀態(tài)有影響,于是ＥＰＲＯＭ的輸入地址和輸出數(shù)據(jù)可采用如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系(輸出線低電平時(shí),繞組通電):輸入:ＸＸＸＸＸ０００ＸＸＸＸＸ００１ＸＸＸＸＸ０１０……ＸＸＸＸＸ１１１輸出:ＸＸＸＸ１１１０ＸＸＸＸ１１００ＸＸＸＸ１１０１……ＸＸＸＸ０１１０通電繞組:ＡＡＢＢＤＡ上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試此處,Ｘ表示隨機(jī)數(shù),既可為０,也可為１。這樣,只要把８９Ｃ５１中的某一寄存器認(rèn)定為可逆計(jì)數(shù)器,每次對(duì)它進(jìn)行加１或減１操作,然后送Ｐ１口即可。脈沖分配器的功能由軟、硬件分擔(dān),以減少ＣＰＵ的負(fù)擔(dān)。初始化程序及正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)一步的子程序可編寫(xiě)如下:上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試……

;主程序中其他操作CW:INC

R0

;正轉(zhuǎn)子程序,計(jì)數(shù)器加1MOV

P1,R0

;計(jì)數(shù)值送輸出口,運(yùn)行一拍RETCCW:DEC

R0

;反轉(zhuǎn)子程序,計(jì)數(shù)器減1MOV

Pl,R0

;計(jì)數(shù)值送輸出口,運(yùn)行一拍RET２.串行控制上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試?yán)茫福梗茫担眴纹瑱C(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行串行控制的系統(tǒng)組成如圖６－１３所示。８９Ｃ５１單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率接口之間只要兩條控制線:一條用以發(fā)送走步脈沖信號(hào)(ＣＰ);另一條用以發(fā)送控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號(hào)。此時(shí)的單片機(jī)相當(dāng)于前面所講的變頻信號(hào)源。同并行控制方式相比,串行控制方式占用單片機(jī)硬件資源較少,編程也更為簡(jiǎn)單,但需要外加脈沖分配器,增加了系統(tǒng)成本。１)單片機(jī)串行控制方式的硬件８９Ｃ５１單片機(jī)通過(guò)串行控制來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),中間需要脈沖分配器。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試脈沖分配器除可采用由門(mén)電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路外,還可以使用專用芯片。在單片機(jī)或其他微處理器的控制中,還可以把ＥＰＲＯＭ和可逆計(jì)數(shù)器組合起來(lái),構(gòu)成通用型脈沖分配器,如圖６－１４所示。其工作原理是:設(shè)計(jì)一個(gè)二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器,使其計(jì)數(shù)長(zhǎng)度(即循環(huán)計(jì)數(shù)值)等于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行拍數(shù)(或拍數(shù)的整數(shù)倍)。計(jì)數(shù)器的輸出端接到ＥＰＲＯＭ的幾條低位地址線上,并使ＥＰＲＯＭ總處于讀出狀態(tài)。這樣,計(jì)數(shù)器每一個(gè)輸出狀態(tài)都對(duì)應(yīng)ＥＰＲＯＭ的一個(gè)地址,該ＥＰＲＯＭ地址單元中的內(nèi)容即可確定ＥＰＲＯＭ數(shù)據(jù)輸出端各條線上的電平狀態(tài)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試只要根據(jù)要求設(shè)計(jì)好計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度,并按要求固化在ＥＰＲＯＭ中,就能完成所要求的脈沖分配器的輸入輸出邏輯關(guān)系。還可考慮改變ＥＰＲＯＭ高位地址線的電平以區(qū)分出幾個(gè)不同的地址區(qū)域(頁(yè)面),并在不同的頁(yè)面中設(shè)定不同的邏輯關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)諸如單拍、雙拍和單、雙拍等各種運(yùn)行方式的脈沖分配功能。２)單片機(jī)串行控制的軟件在圖６－１３所示的串行控制電路中,利用８９Ｃ５１單片機(jī)的Ｐ１.１輸出方向信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn),Ｐ１.０輸出走步脈沖。走步脈沖的產(chǎn)生方法很簡(jiǎn)單,使單片機(jī)從Ｐ１.０產(chǎn)生一個(gè)脈寬合適的方波信號(hào)即可。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試設(shè)Ｐ１.１低電平時(shí)為正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng),脈沖分配器在走步觸發(fā)脈沖發(fā)生正跳變時(shí)改變輸出狀態(tài),則正轉(zhuǎn)一步的驅(qū)動(dòng)子程序如下:ＣＷ:CLR

P1.1

;發(fā)出正轉(zhuǎn)電平信號(hào)CLR

P1.0;輸出低電平,為脈沖的正跳變準(zhǔn)備條件LCALL

DELAY;調(diào)用延時(shí)子程序SETB

P1.0;輸出高電平,產(chǎn)生脈沖正跳變RET;返回調(diào)用該子程序一次,產(chǎn)生一個(gè)脈沖,電動(dòng)機(jī)將正轉(zhuǎn)一步。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試只要按一定的時(shí)間間隔Ｔ調(diào)用這個(gè)子程序,就可以使電動(dòng)機(jī)按一定的轉(zhuǎn)速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。若要電動(dòng)機(jī)反方向旋轉(zhuǎn),只需將Ｐ１.１置為１即可,其余程序與正轉(zhuǎn)程序相同,具體子程序如下:ＣＣＷ:SETBP

1.1

;發(fā)出反轉(zhuǎn)電平信號(hào)CLR

P1

.0;輸出低電平,為脈沖的正跳變準(zhǔn)備條件LCALL

DELAY;調(diào)用延時(shí)子程序SETBP

1.0;輸出高電平,產(chǎn)生脈沖正跳變RET;返回上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試DELAY:NOP

;延時(shí)子程序……RET６.２.３.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)際上就是控制各通電狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。這可以采取兩種方法:一種是軟件延時(shí)法,另一種是定時(shí)器中斷法.１.軟件延時(shí)法軟件延時(shí)法是在每次轉(zhuǎn)換通電狀態(tài)后,調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序,待延時(shí)結(jié)束后,再次執(zhí)行該換相子程序。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試如此反復(fù),就可使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按某一確定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。軟件延時(shí)法的優(yōu)點(diǎn)是:改變ｄａｔａ１、ｄａｔａ２的值或調(diào)用不同的延時(shí)子程序就可實(shí)現(xiàn)不同的速度控制,編程簡(jiǎn)單,且占用硬件資源較少。其缺點(diǎn)是占用ＣＰＵ時(shí)間太多,因此通常只在簡(jiǎn)單的控制過(guò)程中采用。２.定時(shí)器中斷法由于軟件延時(shí)法占用ＣＰＵ的時(shí)間太多,所以在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中一般采用定時(shí)器延時(shí)法,即給定時(shí)器加載適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)初值。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,定時(shí)器溢出,產(chǎn)生中斷信號(hào),暫停主程序的執(zhí)行,轉(zhuǎn)而執(zhí)行定時(shí)器中斷服務(wù)程序,產(chǎn)生硬件延時(shí)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試若將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)換相子程序放在定時(shí)器中斷服務(wù)程序之中,則定時(shí)器每中斷一次,電動(dòng)機(jī)就換相一次,通過(guò)改變定時(shí)器的初值可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度控制。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的換相是在中斷服務(wù)程序中完成的,所以對(duì)ＣＰＵ時(shí)間的占用較少,可使ＣＰＵ有時(shí)間從事其他工作。６.２.４任務(wù)實(shí)施６.２.４.１所需的儀器、設(shè)備、元器件(見(jiàn)表６－５)６.２.４.２電路的安裝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路可以分成脈沖發(fā)生電路、環(huán)形分配電路和驅(qū)動(dòng)電路三部分。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試如圖６－１５所示,集成電路從上到下、從左到右分別是７４ＬＳ１６１計(jì)數(shù)器、ＮＥ５５５組成的多諧振蕩器、７４ＬＳ１３８譯碼器和７４ＬＳ０８與門(mén)。６.２.４.３電路的調(diào)試(１)完成脈沖發(fā)生電路的安裝后,可以在示波器上看到方波。(２)環(huán)形分配電路安裝完畢后,可以進(jìn)行調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)部分的ＬＥＤ燈并沒(méi)有滅只是暗了,檢查７４ＬＳ１３８輸出端的電壓在沒(méi)給輸入時(shí)是否為０。(３)在接入電動(dòng)機(jī)前,對(duì)電動(dòng)機(jī)的四個(gè)相進(jìn)行測(cè)量,找出電動(dòng)機(jī)四個(gè)相的順序,連接電路。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制電路的安裝與調(diào)試(４)上電運(yùn)行,經(jīng)過(guò)調(diào)試,電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,正反轉(zhuǎn)單拍、四相八拍均能實(shí)現(xiàn),轉(zhuǎn)速也可以發(fā)生明顯變化。調(diào)試完成。６.２.４.４安裝調(diào)試評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表６－６)６.２.５任務(wù)考核本任務(wù)考核,按表６－７所示進(jìn)行。上一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例６.３.１任務(wù)目標(biāo)(１)了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的常用應(yīng)用。(２)掌握ＹＬ－３３５Ａ實(shí)訓(xùn)設(shè)備的組成與工作過(guò)程。(３)能夠操作、維護(hù)ＹＬ－３３５Ａ實(shí)訓(xùn)設(shè)備。６.３.２任務(wù)內(nèi)容(１)了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本應(yīng)用。(２)了解ＹＬ－３３５Ａ實(shí)訓(xùn)設(shè)備結(jié)構(gòu)組成與工作過(guò)程。(３)學(xué)會(huì)操作和維護(hù)ＹＬ－３３５Ａ實(shí)訓(xùn)設(shè)備。下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例６.３.３必備知識(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛用于機(jī)械加工設(shè)備中作執(zhí)行元件,以驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。采用開(kāi)環(huán)控制時(shí),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,具有一定的運(yùn)動(dòng)控制精度。在數(shù)控機(jī)床中,要使工作臺(tái)或刀架的驅(qū)動(dòng)達(dá)到更高的運(yùn)動(dòng)或定位精度,可采用能精確測(cè)量工作臺(tái)或刀架位置、位移的傳感器(如碼盤(pán)編碼器、光柵或磁柵傳感器、感應(yīng)同步器等)進(jìn)行位置反饋,也可用速度傳感器的反饋來(lái)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,如圖６－１６所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例圖６－１６(ａ)反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,實(shí)際上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)因控制靈活、性能好、運(yùn)行可靠、誤差不會(huì)長(zhǎng)期累積、適于數(shù)字控制等多種優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的數(shù)控加工設(shè)備、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)控制儀表、計(jì)算機(jī)及辦公自動(dòng)化設(shè)備甚至家用電器中。６.３.３.１步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用１.軟磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器是一種十分簡(jiǎn)便的計(jì)算機(jī)外部信息存儲(chǔ)裝置。當(dāng)軟磁盤(pán)插入驅(qū)動(dòng)器后,伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),使盤(pán)片在盤(pán)套內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例磁頭安裝在磁頭小車(chē)上,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)磁頭小車(chē),將步距角變換成磁頭的位移,從而讀寫(xiě)磁盤(pán)數(shù)據(jù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每行進(jìn)一步,磁頭移動(dòng)一個(gè)磁道。２.針式打印機(jī)驅(qū)動(dòng)針式打印機(jī)是利用機(jī)械和電路驅(qū)動(dòng)原理,使打印針撞擊色帶和打印介質(zhì),進(jìn)而打印出點(diǎn)陣,再由點(diǎn)陣組成字符或圖形來(lái)完成打印任務(wù)的。從結(jié)構(gòu)上看,針式打印機(jī)由打印機(jī)械裝置和驅(qū)動(dòng)控制電路兩大部分組成。在打印過(guò)程中共有三種機(jī)械運(yùn)動(dòng):打印頭橫向運(yùn)動(dòng)、打印紙縱向運(yùn)動(dòng)和打印針的擊針運(yùn)動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例這些運(yùn)動(dòng)都是由軟件控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)一些精密機(jī)械來(lái)執(zhí)行的,其中打印頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(又稱為字車(chē)機(jī)構(gòu))就是利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及齒輪減速裝置,由同步齒形帶驅(qū)動(dòng)字車(chē)橫向運(yùn)動(dòng),其步進(jìn)速度由一個(gè)單元時(shí)間內(nèi)的驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)來(lái)決定,改變步進(jìn)速度即可改變打印字距。３.電腦繡花機(jī)驅(qū)動(dòng)電腦繡花機(jī)是在電腦縫紉機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。多年來(lái)一直由機(jī)械技術(shù)占統(tǒng)治地位的縫紉機(jī)領(lǐng)域,自２０世紀(jì)７０年代引入電子技術(shù)后,開(kāi)始進(jìn)入微機(jī)控制的機(jī)電一體化時(shí)代。電腦縫紉機(jī)是以微處理器進(jìn)行四軸數(shù)控。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例數(shù)控系統(tǒng)控制ｘ－ｙ方向的兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)做平面運(yùn)動(dòng),同時(shí)監(jiān)視帶動(dòng)繡花針進(jìn)行上、下運(yùn)動(dòng)的主軸電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn),從而對(duì)ｘ－ｙ工作臺(tái)及繡花針的間斷性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。在此基礎(chǔ)上,電腦縫紉機(jī)還加入了斷線檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能模塊,使其工作穩(wěn)定、便捷。４.電腦繪圖儀步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠?qū)⒚}沖量精確地轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角位移或直線位移,是典型的離散型執(zhí)行元件,可方便地構(gòu)成開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng),能夠與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行數(shù)字化控制,廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備或裝置中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角或位置及運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī),其優(yōu)勢(shì)是控制精度高,相對(duì)于普通電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),它可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制,即通過(guò)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入端輸入的脈沖數(shù)量與頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角度和速度控制,無(wú)須反饋信號(hào)。但是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不適合使用在長(zhǎng)時(shí)間同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的情況,容易燒壞產(chǎn)品,所以使用時(shí)通常都是短距離頻繁動(dòng)作較佳。而對(duì)于伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),其內(nèi)部通過(guò)安裝旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)了反饋控制,伺服電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到的轉(zhuǎn)矩要高于步進(jìn)電動(dòng)機(jī),但是價(jià)格相對(duì)也高,所以在轉(zhuǎn)矩能滿足的情況下,采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配合驅(qū)動(dòng)器使用,很多驅(qū)動(dòng)器都支持細(xì)分功能,即實(shí)現(xiàn)很小的步距角,以使得控制更精確。６.３.３.２步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例(１)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合,每分鐘不超過(guò)１０００ｒ(０.９°時(shí)６６６６ｐｐｓ),最好在１０００~３０００ｐｐｓ(０.９°)間使用,可通過(guò)減速裝置使其在此間工作,此時(shí)電動(dòng)機(jī)工作效率高、噪聲低。(２)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。(３)由于歷史原因,只有標(biāo)稱為１２Ｖ電壓的電動(dòng)機(jī)使用１２Ｖ,其他電動(dòng)機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值,可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓(建議:５７ｂｙｇ采用直流２４~３６Ｖ,８６ｂｙｇ采用直流５０Ｖ,１１０ｂｙｇ采用高于直流８０Ｖ),當(dāng)然１２Ｖ的電壓除１２Ｖ恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源,不過(guò)要考慮溫升。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例(４)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電動(dòng)機(jī)。(５)電動(dòng)機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí),一般不在工作速度啟動(dòng),而采用逐漸升頻提速:一方面電動(dòng)機(jī)不失步;另一方面可以減少噪聲,同時(shí)可以提高停止的定位精度。(６)高精度時(shí),應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電動(dòng)機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決,也可以采用５相電動(dòng)機(jī),不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴,生產(chǎn)廠家少。(７)電動(dòng)機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作,若難以避免,可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼以解決。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例(８)電動(dòng)機(jī)在６００ｐｐｓ(０.９°)以下工作,應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。(９)應(yīng)遵循先選電動(dòng)機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。６.３.４任務(wù)實(shí)施６.３.４.１實(shí)訓(xùn)設(shè)備圖６－１７所示為亞龍ＹＬ－３３５Ａ型自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)考核裝備。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例ＹＬ－３３５Ａ在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上安裝下料、加工、裝配、搬運(yùn)、分揀等工作站,構(gòu)成一個(gè)典型的機(jī)電一體化設(shè)備的機(jī)械平臺(tái);采用ＲＳ４８５串行通信方式實(shí)現(xiàn)分布式的控制或ＰＬＣ主站及遠(yuǎn)程Ｉ/Ｏ實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制,其搬運(yùn)站主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、線性導(dǎo)軌等構(gòu)成,從而組成自動(dòng)加工、裝配生產(chǎn)線,真實(shí)呈現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線的加工過(guò)程。６.３.４.２各工作站的結(jié)構(gòu)和功能１.供料站供料站主要由料倉(cāng)及料槽、頂料氣缸、推料氣缸和物料臺(tái)以及相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成,如圖６－１８所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例本站工作過(guò)程如下:系統(tǒng)啟動(dòng)后,頂料氣缸伸出,頂住倒數(shù)第二個(gè)工件;推料氣缸推出,把料槽中最底層的工件推到物料臺(tái)上的工件抓取位;傳感器檢測(cè)到工件到位后,推出氣缸和頂料氣缸逐個(gè)縮回,倒數(shù)第二層工件落到最底層,等待推出;搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并抓取該工件,并將其送往加工站。２.加工站加工站主要由物料臺(tái)、夾緊機(jī)械手、物料臺(tái)伸出/縮回氣缸、加工(沖壓)氣缸以及相應(yīng)的傳感器和電磁閥構(gòu)成,如圖６－１９所示。本站的功能是完成一次對(duì)工件的沖壓加工過(guò)程,流程如下:上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例搬運(yùn)站機(jī)械手把工件運(yùn)送到物料臺(tái)上→物料檢測(cè)傳感器檢測(cè)到工件→機(jī)械手指夾緊工件→物料臺(tái)回到加工區(qū)域沖壓氣缸的下方→沖壓氣缸向下伸出沖壓工件→完成沖壓動(dòng)作后向上縮回→沖壓氣缸縮回到位→物料臺(tái)重新伸出→到位后機(jī)械手指松開(kāi)→搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并夾緊工件,將其送往裝配站。３.裝配站裝配站主要由供料單元、旋轉(zhuǎn)送料單元、機(jī)械手裝配單元、放料臺(tái)以及相應(yīng)的傳感器、電磁閥構(gòu)成,如圖６－２０所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例本站功能是完成上蓋工序,即把黑色或白色兩種小圓柱工件嵌入到大工件中的裝配過(guò)程。當(dāng)搬運(yùn)站的機(jī)械手把工件運(yùn)送到裝配站物料臺(tái)上時(shí),頂料氣缸伸出,頂住供料單元倒數(shù)第二個(gè)工件;擋料氣缸縮回,使料槽中最底層的小圓柱工件落到旋轉(zhuǎn)供料臺(tái)上,然后旋轉(zhuǎn)供料單元順時(shí)針旋轉(zhuǎn)１８０°(右旋),到位后裝配機(jī)械手按下降氣動(dòng)手爪→抓取小圓柱→手爪提升→手臂伸出→手爪下降→手爪松開(kāi)的動(dòng)作順序,把小圓柱工件順利裝入大工件中,機(jī)械手裝配單元復(fù)位的同時(shí),旋轉(zhuǎn)送料單元逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)１８０°(左旋)回到原位,搬運(yùn)站機(jī)械手伸出并抓取該工件,將其送往物料分揀站。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例４.分揀站分揀站主要由傳送帶、變頻器、三相電動(dòng)機(jī)、推料氣缸、電磁閥和定位光電傳感器及區(qū)分黑白兩種顏色的光纖傳感器構(gòu)成,如圖６－２１所示。本站的功能是對(duì)從裝配站送來(lái)的裝配好的工件進(jìn)行分揀。當(dāng)搬運(yùn)站送來(lái)工件放到傳送帶上并被入料口光電傳感器檢測(cè)到時(shí),即啟動(dòng)變頻器,工件開(kāi)始送入分揀區(qū),如果進(jìn)入分揀區(qū)的工件為白色,則由檢測(cè)白色物料的光纖傳感器動(dòng)作,作為１號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào),將白色料推到１號(hào)槽里;如果進(jìn)入分揀區(qū)的工件為黑色,則由檢測(cè)黑色的光纖傳感器作為2號(hào)槽推料氣缸啟動(dòng)信號(hào),將黑色料推到２號(hào)槽里。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例自動(dòng)生產(chǎn)線的加工結(jié)束。５.搬運(yùn)站搬運(yùn)站主要由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)軌、四自由度搬運(yùn)機(jī)械手、電磁閥和原點(diǎn)定位開(kāi)關(guān)構(gòu)成,如圖６－２２所示。本站的功能是完成向各個(gè)工作單元輸送工件,系統(tǒng)分為四自由度抓取機(jī)械手單元和直線位移位置精確控制單元兩部分,系統(tǒng)上電后,先執(zhí)行回原點(diǎn)操作,當(dāng)?shù)竭_(dá)原點(diǎn)位置后,若系統(tǒng)啟動(dòng),供料站物料臺(tái)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有工件時(shí),機(jī)械手整體先提升到位,手爪伸出到位后夾緊,夾緊到位后手爪開(kāi)始縮回,機(jī)械手整體下降到位后步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作,按設(shè)定好的脈沖量送到加工站。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)６.３步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)例加工站到位后機(jī)械手整體提升,提升到位后手爪伸出,伸出到位后機(jī)械手整體下降,下降到位后工件已放入加工站物料臺(tái)上,然后手爪松開(kāi),松開(kāi)到位后機(jī)械手回縮,等加工站加工完成后再將工件送到裝配站和分揀站完成整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線加工過(guò)程。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)裝置(驅(qū)動(dòng)器)供電,驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)有機(jī)的整體,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器二者配合所反映的綜合效果。一般來(lái)說(shuō),每一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)大多有其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器,例如,Ｋｉｎｃｏ三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)３Ｓ５７Ｑ－０４０５６與