第十三章__步进电动机传动控制系统.ppt

* 什么是步进电动机 一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。 第十三章 步进电动机传动控制系统 1.步距角 （步距） ——当输入一个电脉冲时所转过的一个固定角度。 2.位移量与输入脉冲数严格成比例（无误差积累）。 与 有关 3.各种运行特性由下列条件决定： l 输入脉冲数； ?????? l 脉冲频率； l 电动机各相绕组的接通次序。 4.步进电动机的缺点是不能达到很高的转速。 存在低频振荡、失步和高频失步等缺陷。 另外，步进电机自身的噪声和振动较大。 13.1.1 结构与工作原理 1. 结构特点 1)?定子——由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，由环形分配器送来电脉冲，对多相定子绕组轮流励磁。 2)?转子——用硅钢片叠成或软磁性材料做成的凸极结构。 ?反应式步进电动机（转子本身无励磁绕组） 永磁式步进电动机（用永久磁铁做转子） 混合式步进电动机 三相反应式步进电动机结构 反应式步进电动机结构原理图 转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。给定子绕组通电时，由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。 2. 工作原理 由此可见：错齿是促使步进电机旋转的根本原因。 a)?A相通电，B、C相不通电，转子齿1、3与A相定子齿对齐，转子齿2、4与B、C相在不同方向上错开30o（此时转矩为0，转子自锁）。 （a）A相通电 （b）B相通电 （c）C相通电 三相步进电动机按顺序A-B-C依次通电 b)?A相断电，B相通电，转子齿2、4与B相定子齿对齐，顺时针旋转30o。 c)?B相断电，C相通电，同理转子顺时针旋转30o。 d)?通电顺序为A—B—C—A时，转子顺时针旋转。如改为A—C—B—A时，转子反向（逆时针）转动。 e)?电流换接三次，磁场转一周，转子前进一个齿距角（90o＝ ）。 （a）A相通电 （b）B相通电 （c）C相通电 三相步进电动机按顺序A-B-C依次通电 按A-B-C依次通电称为单三拍 运行方式 单三拍 运行方式 （a）A相通电 （b）B相通电 （c）C相通电 双三拍运行 AB-BC-CA 单双六拍运行 A相通电 AB相通电 B相通电 BC相通电 A—AB—B— BC—C—CA—A 通电方式 按A—B—C—A方式通电，称为三相单三拍运行（ ）。 按AB—BC—CA—AB方式通电，称为三相双三拍运行（ ）。 按A—AB—B—BC—C—CA—A方式通电，称为三相六拍运行 （ ）。 转速取决于控制绕组通电频率，也取决于绕组通电方式。 “单”—每次只有一相绕组通电； “双”—每次有两相绕组通电； “拍”—通电次数。 由此可见，转子齿数Z↑（或定子相数m↑，或运行拍数Km↑），则 ，控制越精确。 齿距角 （Z—转子齿数） 步距角 K—状态系数，三拍，K=1；六拍，K＝2 m—定子相数，Km运行拍数 例如：Z＝40，三相单三拍运行，则 转速 各种运行特性由下列条件决定： 输入脉冲数；脉冲频率；各相绕组的接通次序及通电方式。 13.2 环形分配器 13.2.1 驱动系统 控制脉冲按规定的通电方式分配到每相绕组。 实现脉冲分配的硬件逻辑电路，称为环形分配。 可采用软件实现脉冲分配，这种方式称为软件环分（如：计算机数字控制系统）。 分配器输出的脉冲需进行功率放大，才能驱动步进电动机。 若步进电机按三相单三拍方式运行，则脉冲分配器输出的A、B、C如下图所示。 13.2.2 环形分配器 1. 硬件环形分配器 需根据步进电动机的相数和步进电机绕组的通电方式设计, 如图所示是一个三相 六拍的环形分配器。 2. 软件环分 软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。 现以MCS-51系列单片机8031为例加以说明。 若要实现三相六拍方式的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。如图所示。根据8031单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按下表规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。 表中P1.3~P1.7位在此例中不相干，可任意设为1或0。若设定为0，则向端口P1输送的内容依次为： 01H、03H、02H、06H、04H、05H。