第3章步进电动机的控制-1..ppt

步进电动机的控制 内容提要 第1节 步进电动机的工作原理及驱动方法 第2节 步进电动机的开、闭环控制 第3节 步进电动机的最佳点-位控制 第4节 步进电动机控制的程序设计 引 言 步进电动机主要用于开环控制系统，也可以用于闭环控制系统。 由于它可以直接接收计算机输出的数字信号，而不需要进行数/模转换，所以广泛应用于数字控制系统。 步进电机角位移与控制脉冲间精确同步，若将角位移的改变转变为线性位移、位置、体积、流量等物理量的变化，便可实现对它们的控制。（例如，在机械结构中，可以用丝杠把角度变成直线位移，也可以用它带动螺旋定位器，调节电压和电流，实现对执行机构的控制。） 步进电动机具有快速启停、精确步进的特点，使其在定位场合中得到了广泛的应用。(如绘图机、打印机及光学仪器中，采用步进电动机来定位绘图笔、印字头或光学镜头。在工业过程控制的位置控制系统中应用也越来越广泛。) 第1节 步进电动机的工作原理及驱动方法 1. 电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比；转向与通电相序有关。没有累积误差，具有良好的跟随性。 2. 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 3. 步进电机的动态响应快，易于起停、正反转、变速。 4. 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 5. 步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。 1.按运动方式来分：分为旋转运动、直线运动、平面运动（印刷绕组式）和滚切运动式步进电机。 2.按工作原理来分：分为反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁感应式（混合式）步进电机。 3.按其工作方式来分：分为功率式和伺服式。前者输出转矩较大，能直接带动较大的负载；后者输出转矩较小，只能带动较小的负载，对于大负载需通过液压放大元件来传动。 4.按结构来分：分为单段式（径向式）、多段式（轴向式）、印刷绕组式。 5.按相数来分：分为三相、四相、五相、六相等。 6.按使用频率来分：分为高频步进电机和低频步进电机。 不同类型步进电机其工作原理、驱动装置也不完全一样，但其工作过程基本是相同的。 步进电动机的工作原理是基于电磁感应原理。 步进电动机和一般旋转电动机一样，分为定子和转子两大部分。 定子由硅钢片叠成，配以一定相数的控制绕组，输入电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁； 转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构，转子本身没有励磁绕组的称为“反应式”步进电动机；用永久磁铁做转子的称为“永磁式”步进电动机；兼有永磁式和反应式两种步进电机的特点，称为混合式步进电机。目前以反应式步进电动机用得较多。 定子铁芯由硅钢片叠压而成，定子上有六个均匀分布的极，每两个为一对。定子绕组是绕置在定子上的六个均匀分布铁芯齿上的线圈，它把沿直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图中所示的步进电机为A、B、C三相控制绕组，故称为三相步进电机。当任一相绕组通电时，便形成一对定子磁极，即形成N、S极。 在定子的每个磁极上，即定子铁芯的每个齿上又开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9°，在空间位置上依次错开1/3齿距其展开图如图所示。 转子是一个带齿的铁芯，转子上没有绕组，转子上均匀分布了40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角也是9°，与定子磁极上的小齿一致。当定子A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，定子B相磁极上的小齿刚好超前(或滞后)转子小齿1/3齿距角，定子C相磁极上的小齿超前(或滞后)转子小齿2/3齿距角。 通电方式: 从一相通电改换成另一相通电，即通电方式改变一次叫“一拍”。步进电动机有单相轮流通电、双相轮流通电和单双相轮流通电的方式。 前面介绍的单段反应式步进电机是按径向分相的，此外，还有一种反应式步进电机是按轴向分相，这种步进电机又称为多段反应式步进电机。 多段反应式步进电机是沿轴向分成磁性相对独立的几段，每一段都有一组励磁绕组，形成一相，因此，三相电动机有三段，其结构如图3-2所示。 4.小步距角步进电动机 图3-1所示为三相反应式步进电动机。设m为相数，z为转子的齿数则齿距： 因为每通电一次（即运行一拍），转子就走一步，各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。故步距角： 若步进电动机的转子齿数z=40，按三相单三拍运行时，K=1，m=3： 若按五相十拍运行时，则K=2，m=5，z=40： 可见，步进电动机的相数和转子齿数越多，步距角就越小，控制越精确。故步进电动机可以做成三相，