步进电机升降速曲线的研究.pdf

开 发 与 创 新 步进电机升降速曲线的研究 陈爱国’。 黄文玲 ’， 杨红红 (1．内蒙古工业大学，呼和浩特 010062；2．上海交通大学，上海 200030) 摘 要 ：本文从步进电机的动力学模型和矩频特性 出发 ，推导了步进 电机的理想升降速变化规律曲线及其 实现方式。经实验证 实，按这种升降速曲线 ，可以提高步进 电机升降速速度 ，在高变速运行 时 不产生失步。 关键词 ：步进电机；升降速 曲线 0 引言 2升速 曲线的选择 本文讨论步进电机 的升降速运行曲线 的选择问题 。 2．1常见的升降速曲线 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或直 图 1所示为常见的步进 电机升降速运行 曲线。图中 线位移的变换器。它可以用脉冲信号直接进行开环定位 横坐标为时间，纵坐标为运行频率。 控制 ，具有一定的精度 ；而且控制线路简单 ，使用方 便、可靠。因此广泛应用于工业 自动控制、数控机床、 机器人等领域。随着技术的进步和电子技术的发展 ，步 进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行 性能提出了更高的要求。而合理选择步进电机的升降速 运行 曲线 ，在不失步和不发生过冲的前提下，尽量提高 其运行速度 ，对于充分发挥步进电机的工作性能，有着 十分重要的意义。 b 1 速度控制的必要性 步进电机在变速运行时，既要克服负载转矩，同时 也要克服变速所引起的系统惯性转矩。由步进电机的矩 0 频特性可知，脉冲频率越高，电磁转矩就越小；同时， 角加速度越大 ，引起 的系统惯性转矩越大 ，故其直接启 图l 常见的步进电机升降速运行曲线 动频率限制在一有限值上。如果启动频率大于这一有限 a．直线型 b．阶梯型 c．指数型 值，步进电机就会出现失步现象。因此，步进电机在高 速下运行时，必须在低于或等于启动速度下启动 ，然 一 种常见的实现方法是采用 阶梯升降速方式 (图 1一 后，逐步增大脉冲频率直到期望的速度 。同样 ，步进电 a)，即步进电机 的转速每跃升一个台阶后将恒速运转一 机不能在高速运行状态下突然停止 ，否则 ，由于惯性作 段时间。这种方法的缺点是在恒速阶段没有加速，未充 用会出现过冲。故需逐步降低脉冲频率直到能够停止的 分利用步进 电机的加速性能 ；而且在高频段加速 台阶 速度 ，以实现准确定位 。另外 ，应尽量缩短启动加速和 高，步进电机在速度 阶越时会发生失步。 另一种升降速方式如图1-b所示。由于这种升速方法 停止减速时间，提高其快速性。 我们知道 ，步进电机的输出力矩随着它的旋转角速 的加速度是恒定的，其缺点是未充分考虑步进电机输出力 度变化。因此在整个加速 (减速)过程中，步进电机的 矩随速度变化的特性。步进电机在高速时会发生失步。 角加速度应该随着转子角速度 的变化而变化 ，使步进电 在以微处理器为核心的驱动器中，常常用定时常数 机在不失步条件下，以最短的时间加速 (减速)到给定 递减 (递加)的方法实现升 (降)速。当每次递减一个 常数时 ，升速 曲线如图 1-e所示呈上凹型 ，低频时升速 速度。因此 ，选择合理 的运行规律曲线 ，成为步进电机 速度控制的关键 。