第五章步进电动机运动控制系统解读.ppt

第五章 步进电动机运动控制系统 第二节 步进电动机的工作原理与特性 上页步进电机的步距角太大，仅两个齿产生力矩，太小，无实用意义 减小步距角：转子多齿 提高力矩：定子多齿 步进电动机分类 按工作原理分： 反应式步进电动机 永磁式步进电动机 混合式步进电动机 3. 步进电动机的主要特性 1 步距角及步距精度 步进电动机定子绕组通电状态每变一次，转子转过的角度，常用数控机床为0.5~3°，步距角小，加工精度高 步距精度指理论步距角与实际步距角之差，以分表示。主要是由步进电机齿距制造误差、定子和转子间气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀造成的。 3 转速公式 3 单脉冲运行特性 当步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称为动稳定区。如图所示： 第三节 步进电动机驱动电路 单极性驱动及其改进 细分电路 细分电路又称微步电路； 细分电路通过控制电动机各相绕阻中电流的大小和比例，使步距角减小到原来的几分之一至几十分之。 细分电路是建立在步进电动机的各相绕阻理想对称和矩角特性严格正弦的甚而上的。 第四节 脉冲分配器 脉冲分配器是步进电动机数控系统的重要组成部分，它的作用是把输入脉冲按一定的逻辑关系转换为合适的脉冲序列，然后通过驱动器加到步进电动机的相绕阻上，使步进电动机按一定的方式工作。 硬件脉冲分配器 软件脉冲分配器 实用步进电动机驱动器 第五节 DDA法运动控制 DDA法运动控制原理： 所谓DDA法就是采用数字量表达加速度、速度及位置坐标，将加速度到速度和速度到位置的积分表达式，采用求和的方法进行近似数值积分，从而产生增量式运动控制指令。 * * 1. 步进电动机的特点： 步进电动机是将电脉冲信号转换成角位移（或线位移）的一种机电式数模转换器。 转角与脉冲，速度与频率成正比，运动方向与通电顺序相关。 定位精度高，且无累积误差。 转换速度慢，毫秒级 反应式步进电机最为常见：转子无绕组，定子有绕组，转子被励磁产生反应力矩实现步进运行。 第一节 步进电动机运动控制系统 A相 B相 C相 五相步进电机 2 矩角特性 空载时，若步进电机某相通以直流电流，则该相对应的定、转子齿槽对齐。此时转子上无力矩输出。如果此时在电机轴上加一负载力矩M，则转子要相应力矩的方向转一个角θ才能重新稳定下来，此时转子上的电磁力矩Mj与负载力矩M相等。 Mj称为静态力矩， θ称为失调角。 Mj =f(θ)称为矩角特性。近似正弦。 Mjmax为最大静态力矩，曲线A和B的交点Mq是电机运行状态的最大启动力矩。 式中： Z为转子齿数； m为控制绕组的相数； c通电方式和和系数。 图（a）中，Ra为电动机一相绕组内阻，L为其电感，VT是大功率管，Rc是外接电阻，VD是续流管。由于 Ra很小，如不接Rc，则时间常数大，VT由截止变为导通时，电流上升慢，影响启动频率。串接Rc可减小时间常数，使脉冲电流的前沿变陡，从而改善频率响应。但Rc使整个系统效能降低。 图（b）在外接电阻Rc上并接一个电容（与加速电容作用相同），改善注入电流脉冲前沿状况。增加注入绕组的平均电流值。（开始电阻相当于被短接）。 图（c）在VD支路加接泄放电阻R，减少时间常数，使脉冲电流的后沿变陡，有利于提高电机的高频性能，但使低频变坏，对转子阻尼变弱，易引起低频共振区运行不平稳。 单电压驱动实用电路(稳压与隔离) *