设备控制编程与实现教学课件作者钟新平学习情境六：步进电机的单片机控制.ppt

学习情境六：步进电机的单片机控制 任务导入 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的特种电机。它有定子和转子，定子磁极上有励磁线圈绕组。在绕组通电时，步进电机的转子有定位和步进转动两种基本状态；当励磁脉冲电压加在相同的绕组上时，转子处于定位状态；当励磁脉冲电压按一定的次序轮换加到不同的绕组时，转子依照绕组通电次序作相应的步进转动，每改变一次通电状态，步进电机转子就转动一步。转子每转一步所对应的角位移称为步距角。 学习情境六：步进电机的单片机控制 一、步进电机的工作方式 步进电机的结构确定之后，其转子步距角，旋转方向以及运行性能与定子励磁绕组的通电方式有关。对于三相步进电机，其定子励磁绕组的通电方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍三种。 1．三相单三拍工作方式 “三相”是指定子共有三相绕组；“单”是指每次通电时只有一相控制绕组导通；“三拍”是指控制绕组的通电状态经过三次切换为一个循环，第四次通电就重复第一次的情况。三相单三拍工作方式是每次只对一相定子绕组通电。当A、B、C这三相定子绕组循环通电一周后，转子就产生一个齿距的角位移。 学习情境六：步进电机的单片机控制 2．三相双三拍工作方式 双三拍工作方式是指定子绕组每次都是两相同时通电，在通电状态转换过程中总有一相绕组仍是通电的。若定子绕组按AB—BC—CA—AB的顺序轮换通电一周，按类似单三拍工作方式的分析方法，可知转子将沿逆时针方向转过一个齿距的角度。若定子绕组按AB—AC—CB—AB的顺序轮换通电，则转子按顺时针方向旋转。同样，在双三拍工作方式下，定子绕组的通电状态每改变一次，转子就产生1/3齿距的角位移。 学习情境六：步进电机的单片机控制 对于单三拍和双三拍工作方式下的三相步进电机，其步距角口可由下式计算： β= 360°／(mz) 3．三相六拍工作方式 三相六拍工作方式是指定子三相励磁绕组一个循环中通电六次。当定子绕组按A—AB—B—BC—C—CA—A的顺序通电一周时，转子逆时针转过一个齿距的角度；而按A—AC—C—CB—B—BA—A的顺序通电时，转子将延顺时针方向转动。定子绕组的通电状态每改变一次，转子产生的角位移为1/6齿距，仅是单三拍和双三拍工作方式下的一半。 学习情境六：步进电机的单片机控制 三相六拍工作方式下，三相步进电机的步距角β可按下式计算 β= 360°／(mz) 三相步进电机采用三相六拍工作方式时，其稳定性比单三拍方式好，步距角也只有单三拍和双三拍工作方式的一半，因此三相步进电机常采用三相六拍工作方式。 至于四、五、六相步进电机，它们也有类似于上述的三种工作方式。步距角β也可由下式求出： β = 360°/（nmz） 学习情境六：步进电机的单片机控制 二、步进电机的运行性能 反应式步进电机的运行性能指标主要有四个： 1．最大静转矩 当步进电机某定子绕组处于通电状态、转子处于静止状态时，在转子轴上加一负载转矩后，转子将转过一个角度在新的位置上静止下来，这时转子上受到的电磁转矩与负载转矩相平衡。能与最大负载转矩相平衡的电磁转矩，称为步进电机的最大静转矩。它是衡量步进电机带负载能力的重要指标。 2．启动频率 使步进电机能够由静止定位状态不失步地启动并进入正常运行的控制脉冲最高频率，称为启动频率。步进电机的启动频率随着负载的增大而下降。 学习情境六：步进电机的单片机控制 3．连续运行频率 步进电机启动后，其转速能跟随控制脉冲频率连续上升而不失步地控制脉冲的最高频率，称为连续运行频率的最高工作频率。步进电机的连续运行频率随负载的增大而下降，但步进电机连续运行频率远高于其启动频率。 4．静态步距角误差 步进电机在空载情况下单步运行，其实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差，它是步进电机的精度指标。 三、步进电机的驱动 步进电机的驱动主要包括控制脉冲分配和脉冲信号的功率放大两方面的工作。 学习情境六：步进电机的单片机控制 1.控制脉冲的分配 就是根据步进电机的工作方式，使控制脉冲信号正确地分配到步进电机定子各相励磁绕组，以实现通电状态的转换。 对于三相步进电机，当采用三相六拍方式工作时，其A、B、C三相定子绕组的通电状态如表6-1所示。由于MCS-51单片机处于复位状态时输出口全为1，所以这里规定“0”为定子绕组通电状态。 2．脉冲的功率放大 脉冲分配器输出脉冲电流很小（只有几毫安）因此步进电机每一