机电一体化系统设计5.ppt

第二节 步进电机的原理 第三节 步进电机驱动电路 第四节 脉冲分配器 第五节 DDA法运动控制 * * 常用于开环运动控制系统的驱动 将电脉冲转换为模拟输出轴运动 结构简单、价格低廉、可靠易维修 第五章 步进电机运动控制 第一节 系统组成 输入脉冲对应输出步数（角位移） 输入脉冲频率与转速正比 通电方式对应正反转 一、分类及工作原理 反应式、永磁式、永磁反应式（混合式） 反应式-----变磁阻式（结构简单、频率高、步距小。断电时无定位转矩）,结构如图5-3. 定子12个极（齿），A,B,C三相，四个极上的绕组串联组成1相。 转子：16个齿，无绕组，每齿 360o/16=22.5o 1、工作原理：电磁铁工作原理，图5-4 来3个脉冲，转过一个齿，每个脉冲转过 22.5o/3=7.5o 2，通电方式：从一相绕组通电转换到另一组通电，为一拍（一个脉冲），每一拍转动一个步距角。 3、步距角：每步转动的角度 θs=360o/mZrC m --定子相数, Zr---转子齿数, C----通电方式系数 （单双拍C=2,单拍双拍C=1） 例：3相，40齿，单三相 Θs=360 o/（3*40）=3o 4、转速计算： 转角Θ=N.Θs（N 脉冲数） 转速n=f*Θs(/s)=60*f* Θs(o/mi n) =60*f*Θs/360o(r/min)=60*f/360*360o/ mZrC (r/min) =60*f/ mZrC (r/min) 5、三相六拍（单双拍） → A→AB→B→BC→C→CA 优点：换相时，总有一相不断电，不抖动，不会丢步，工作稳定。 6、双三拍 →AB→BC→CA 稳定，需要大步距角时用 7、反转控制 单三拍 A→C→B 三相六拍 →A→AC→C→BC→B→AB 二、步进电机特性（P169） 1.矩角特性曲线,图5-10 （1）3步一个周期，每相是120o （2）正弦曲线：转矩是θ的函数 Tem=Kdψ/dΘ 从一个相到另一个相，ψ从小到大，按正弦规律变化 2.单脉冲运行特性 （1）动稳定区，如图5-11, 从一拍切换到另拍，不丢步的区域. 裕量角：动稳定区的边界a点到初始平衡位是0.点的区域是Θr, 称为裕量角。Θr越大，运行越稳定。 Θr=180o-ΘsZr=180o-360o/mZrc*ZR=180o-360 o/mc m 大，c 大，则Θr大，运行稳定性好。 （3）启动转矩-----最大负载转矩Tst Tst应在“0”曲线和”1“曲线交点处。（在此点Tem最小） Tst=Tsm*sinΘr/2=Tsm*cos180o/mc m大，c大，则Tst 也大。 （4）连续脉冲运行特性 步进电机不失步启动的最高脉冲频率称为启动频率。 步距角越小、裕量角越大、最大静转矩越大、转动惯量越小、相绕组时间常数越小，启动频率越高 启动后，不失步运行的最高脉冲频率称为连续运行频率 低频共振，高频共振 一般要求： 电流能快速升降，电流波形尽量接近矩形 有续流回路，降低绕组的反电动势 功耗低，效率高 一.单极性驱动电路 图5-14 限流电阻的作用： 释放电阻、二极管的作用： 三. 高低压驱动电路 图5-16 二.双极性驱动电路 （略） 四. 斩波恒流驱动电路 五. 细分电路（微步驱动） 1. 细分原理： 对于步进电机有 （1）Tem是相电流ie和转角Θ的函数， Tem=-Kie*sin(ZrΘ),(Kie=Tsm) （2）各相矩角特性 Tem-Θ 曲线的相位差 Θs , 图5-10 （3）各平衡点的位置是合力矩为0的点 细分：改变相电流，在Θs内产生若干个各合力矩为零的点. 细分方法和电路很多。 细分的优点： （1）是步距角度减小N倍，提高了分辨率和定位精度 （2）平滑步进运动，减弱振荡。 五．各转动电路性能比较 把输入脉冲按一定的逻辑关系转换为合适的脉冲序列，可以硬件实现，也可以软件实现。 一. 三相六拍硬环分电路 图5-19 正转：JA=B,JB=C,JC=A 反转：JA=C,JB=A,JC=B 正转：JA=B,JB=C,JC=A 反转：JA=C,JB=A,JC=B → A→AB→B→BC→C→CA 二. 软件脉冲分配器 硬环分：计算机要输出脉冲和方向信号，经硬环分，得到