8.2步进电机及控制技术.ppt

步进电机外形结构 种类： 步进电机型号及参数（个厂家有所不同） 1）反应式步进电机 хххBFххх 励磁绕组相数或代号 反应式步进电机 电机外径（mm） 2）混合式步进电机 хххBYGххх 励磁绕组相数或代号 混合式（永磁感应式）步进电机 电机外径（mm） 3）永磁式步进电机 хххBYххх 励磁绕组相数或代号 永磁式步进电机 按A-B-C-A的顺序通电，电机转子在磁阻转矩作用下沿ABC方向转动，电机的转速直接取决于控制绕组的换接频率。 定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，此时电机转子所转过的空间角度称为步距角。 二）、步进电机闭环控制系统 开环控制步进电机驱动系统的输入脉冲不依赖于转子的位置，而事先按照一定规律给定。缺点是电机输出转矩加速度在很大程度上取决于驱动源和控制方式。对不同电机或同种电机而不同的负载，很难找到通用的加减速规律，因此，提高步进电机的性能指标受到限制。 闭环控制是直接或间接地检测转子的位置和速度，并通过反馈和适当的处理，自动给出驱动的脉冲串。用闭环控制可获得更加精确的位置控制和较高、较平稳的转速，且可在步进电机的其它领域内获得更大的通用性。 步进电机的输出转矩是励磁电流和失调角的函数。为获得高输出转矩，必考虑电流的变大和失调角的大小，这对开环控制很难实现。 五、步进电机的控制 五、步进电机的控制 步进电机闭环控制方案主要有核步法、延迟法时间、无位置传感器的闭环控制系统等。 用光电脉冲编码器作位置检测元件的闭环控制原理如下图。其中编码器的分辨率必须与步进电机步距角匹配。编码器直接反映参数切换角，但编码器相对于电机位置固定。因此，发出相切换的信号一定，只能是一种固定的切换角数值。用时间延迟法，可获不同的切换角，使电机产生不同的平均转矩，得到不同的转速。 步进电机 光电脉冲编码器 接口 步进电机闭环控制原理图 五、步进电机的控制 三）、步进电机的PLC控制 PLC作为控制器对机床电气控制系统的改造越来越突出，其主要部分是对数控机床的典型执行元件步进电机的控制。利用PLC控制步进电动机，其脉冲分配可以由软件进行设计，还可以由硬件来组成。 步进电动机的PLC控制系统I/O接线图 五、步进电机的控制 四）、步进电机的角度细分控制 1、角度细分的原理 将一个步距角细分成若干小步的驱动——细分驱动。 例：m=3、Zr=40、六拍，?S=1.5o，如4细分，?S=0.375o。 * * * * * * * * * * * * * * * * 四、反应式步进电机的特性 由此可知，步进电动机能带的最大负载转矩要比最大静转矩Tmax小。只有当负载转矩小于起动转矩(最大负载转矩)Tst，才能保证电动机进行正常的步进运动。 若矩角特性为幅值相等的正弦波时，可得： 当C=1时，m最小为3；m越大，起动转矩越大；C越大，起动转矩越大。 此外，矩角特性的波形对电动机带负载的能力也有较大影响。当矩角特性为平顶波时，Tst值接近于Tmax值，电机带负载能力较大。因此，步进电动机理想的矩角特性应是矩形波。 四、反应式步进电机的特性 为减小振荡幅度和时间，可增加阻尼： ?机械阻尼：增加电机转子的干摩擦阻力或增加粘性阻力。 缺点：增大了惯性，快速性能变坏，体积增大。 ?电气阻尼：多相激磁阻尼、延迟断开阻尼。优点：方法简单，效果好。 转子振荡过程： 以上分析时认为，切换控制绕组时，转子单调地趋向新的平衡位置，但实际上要经过一个衰减的振荡过程。 无阻尼时转子自由振荡 有阻尼时转子的衰减振荡 四、反应式步进电机的特性 连续脉冲运行 极低频-连续步进运行 具有步进特征的运行 当控制脉冲频率极低时，脉冲持续的时间很长，并且大于转子衰减振荡的时间。也就是说在下一个控制脉冲尚未到来时，转子已处于某平衡位置。故其每一步都和单步运行一样，电机具有明显的步进特征。 四、反应式步进电机的特性 频率很低时的低频共振 当控制脉冲的频率比前一种高，脉冲持续的时间比转子衰减振荡的时间短，这时转子还未稳定在平衡位置，下一个控制脉冲就到来。当控制脉冲的频率等于或接近步进电动机的振荡频率f0的1/K时(K=1、2、3…)，电机就会出现强烈振动，甚至失步和无法工作。 四、反应式步进电机的特性 频率很高时的连续运行 连续运行状态 当控制脉冲的频率很高时，脉冲间隔的时间很短，电机转