步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制.ppt

1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī),1.工作原理 2.接線 3.控制方式 4.其他,一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)介,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（stepping motor)是將電脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步，所以又稱(chēng)脈沖電動(dòng)機(jī)。 Step into the motor is to encourage the signal for the electric pulses to the displacement or the displacement of discrete values control motors, motor when entering a electric

2、 pulses will move a step, also called a pulse the motor.,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi) 目前常用的有三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)： (1)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角?。坏珓?dòng)態(tài)性能差一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 (2)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM)。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角大;一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度 。 (3)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(HB)?；旌鲜讲竭M(jìn)

3、電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱(chēng)作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。,二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 1定子 2轉(zhuǎn)子 3定子繞組 圖1是最常見(jiàn)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的剖面示意圖。電機(jī)的定子上有六個(gè)均布的磁極，其夾角是60。各磁極上套有線圈，按圖1連成A、B、C三相繞組。轉(zhuǎn)子上均布40個(gè)小齒。所以每個(gè)齒的齒距為E=360/40=9，而定子每個(gè)磁極

4、的極弧上也有5個(gè)小齒，且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬均相同。,由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分?jǐn)?shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯(cuò)位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對(duì)齊，如圖1，那么B相和C相磁極的齒就會(huì)分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的齒距，即3。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。若給B相通電，B相繞組產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，其磁力線穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，直到B磁極上的齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)3；此時(shí)A、C磁極下的齒又分別與轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)三分之一齒距。接著停止對(duì)B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時(shí)

5、針?lè)较蛟俎D(zhuǎn)過(guò)3。依次類(lèi)推，當(dāng)三相繞組按ABCA順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)按順時(shí)針?lè)较颍悦總€(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3的規(guī)律步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。若改變通電順序，按ACBA順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時(shí)針?lè)较蛞悦總€(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槊恳凰查g只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱(chēng)為單三拍運(yùn)行方式。單三拍運(yùn)行時(shí)的步矩角b為30。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運(yùn)行，即按ABBCCAAB順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運(yùn)行，即按AABBBCCCAA順序循環(huán)通電的方式。六拍運(yùn)行時(shí)的步矩角將減小一半。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角可按下式計(jì)算： b=360/NEr (1) 式中 Er轉(zhuǎn)子齒數(shù)

6、； N運(yùn)行拍數(shù)，N=km，m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組相數(shù)，k=1或2。,三、步進(jìn)電機(jī)接線 步進(jìn)電機(jī)接線方法是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。 Step into the electrical wiring system is a number of input pulses can be converted to rotate or line of the incremental electromagnetic elements. each input pulse the motor turned into a step by s

7、tep from the angle of increment. 電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)接線方法是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。 The motor of the corner and input pulses proportional to the number case, the appropriate speed on the pulse rate. step into the electrical wiring is the key components of the electromechanical

8、integration of products, often used as a location for constant speed control. 步進(jìn)電機(jī)接線方法廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等 。 Step into the quantity and used to locate the precision and an error, control simple. step into the electrical characteristics of the way it is widely used in the integr

9、ation of machinery products, such as ： machine tools, packaging machines, computer peripherals, copiers, fax machine, etc.。,四、步進(jìn)電機(jī)程序控制 1、三相單三拍工作方式 在這種工作方式下,A、B、C三相輪流通電,電流切換三次,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。因此這種通電方式叫做三相單三拍工作方式。這時(shí)步距角b (度)為b = 360 /mz( ) (2-1)式中:m定子相數(shù); z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)2、三相六拍工作方式 在這種工作方式下,首先A相通電,轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對(duì)齊。

10、第二拍,A相繼續(xù)通電,同時(shí)接通B相,A、B各自建立的磁場(chǎng)形成一個(gè)合成磁場(chǎng),這時(shí)轉(zhuǎn)子齒既不對(duì)準(zhǔn)A相也不對(duì)準(zhǔn)B相,而是對(duì)準(zhǔn)A、B兩極軸線的角等分線,使轉(zhuǎn)子齒相對(duì)于A相定子齒轉(zhuǎn)過(guò)1 /6齒距,即1. 5。第三拍,A相切斷,僅B相保持接通。這時(shí),由B相建立的磁場(chǎng)與單三拍時(shí)B相通電的情況一樣。依次類(lèi)推,繞組以AABBBCCCAA時(shí)序(或反時(shí)序)轉(zhuǎn)換6次,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè)齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)1. 5,故這種通電方式稱(chēng)為三相六柏工作方式。其步距角b 為:b = 360 /2mz = 180 /mz 3、雙三拍工作方式 這種工作方式每次都是有兩相導(dǎo)通,兩相繞組處在相同電壓之下,以ABBCCAA

11、B (或反之)方式通電,故稱(chēng)為雙三拍工作方式。以這種方式通電,轉(zhuǎn)子齒所處的位置相當(dāng)于六拍控制方式中去掉單三拍后的三個(gè)位置。它的步距角計(jì)算公式與單三拍時(shí)的公式相同。,由上述分析可知,要使磁阻式步進(jìn)電機(jī)具有工作能力,最起碼的條件是定子極分度角不能被齒距角整除,且應(yīng)滿足下列方程:極分度角/齒距角= R + k1/m進(jìn)一步化簡(jiǎn)得齒數(shù)z:z = q (mR + k) (2-3)式中:m相數(shù); q每相的極數(shù); k (m - 1)的正整數(shù);R正整數(shù),為0、1、2、3。 按選定的相數(shù)和不同的極數(shù),由上式就可推算出轉(zhuǎn)子齒數(shù)。因?yàn)槿嚯p三拍步進(jìn)電機(jī)不易失步,控制精度比較高,所以本文對(duì)三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制,定

12、子有三對(duì)磁極,運(yùn)行時(shí)兩相同時(shí)通電,循環(huán)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 4、轉(zhuǎn)速控制 控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度,實(shí)際上是控制系統(tǒng)發(fā)出時(shí)鐘脈沖的頻率或換相的周期,即在升速過(guò)程中,使脈沖的輸出頻率逐漸增加;在減速過(guò)程中,使脈沖的輸出頻率逐漸減少。脈沖信號(hào)的頻率可以用軟件延時(shí)和硬件中斷兩種方法來(lái)確定。 采用軟件延時(shí),一般是根據(jù)所需的時(shí)間常數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)子程序,該程序包含一定的指令,設(shè)計(jì)者要對(duì)這些指令的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算或者精確的測(cè)試,以便確定延時(shí)時(shí)間是否符合要求。每當(dāng)延時(shí)子程序結(jié)束后,可以執(zhí)行下面的操作,也可用輸出指令輸出一個(gè)信號(hào)作為定時(shí)輸出。采用軟件定時(shí), CPU一直被占用,因此CPU利用率低。 可編程的硬件定時(shí)器

13、直接對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖或某一固定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值則由編程決定。當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)定的脈沖數(shù)時(shí),產(chǎn)生中斷信號(hào),得到所需的延時(shí)時(shí)間或定時(shí)間隔。由于計(jì)數(shù)的初始值由編程決定,因而在不改動(dòng)硬件的情況下,只通過(guò)程序變化即可滿足不同的定時(shí)和計(jì)數(shù)要求,因此使用很方便。,5、旋轉(zhuǎn)方向控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和內(nèi)部繞組的通電順序及通電方式有密切關(guān)系。對(duì)于三相雙三拍工作方式:正相旋轉(zhuǎn):ABBCCAAB反相旋轉(zhuǎn):ABCABCAB 三相雙三拍控制模型如下表所示,總結(jié)與展望 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵組件之一,是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的普及與深入

14、,步進(jìn)電機(jī)的需要量越來(lái)越大。有資料說(shuō)明,世界上步進(jìn)電機(jī)的年產(chǎn)量以10%以上的速度增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的需求同樣也與日俱增。實(shí)際工作中,很多工程技術(shù)人員和技術(shù)工人都希望比較全面地了解步進(jìn)電機(jī)及其控制技術(shù)。 Step into the electromechanical integration of products is the key components of a good performance of digital implementation details. as computer application technologies, electronics technique and technology is automatically control the domain of the popularization