智能制造装备电气传动控制系统安装与调试 课件 项目6 步进伺服系统安装与调试.ppt

6.3.4步进电机存在的问题（1）失步包括丢步和越步丢步是指转子前进的步距数小于脉冲数越步是指转子前进的步距数多于脉冲数。失步的原因转子的转速慢于旋转磁场的速度。如起动频率过高转子的平均速度大于旋转磁场的速度：主要发生在制动或突然换相时，转子获得过得的能量，产生严重的过冲，引起越步。（2）振荡在低频区，共振区，停车时可能会出现振荡6.3.4步进电机存在的问题6.4步进驱动控制系统步进电机的运行需要有一套装置为步进电机提供脉冲电源，步进电机的运行特性，不仅与电机本身和负载有关，而且与配套的驱动电源关系密切。步进驱动控制系统组成如下：6.4.1步进驱动控制系统的组成（1）控制器步进驱动系统的控制器一般由单片机或PLC发出脉冲指令，数控机床由数控装置产生脉冲指令。6.4.1步进驱动控制系统的组成（2）脉冲分配器由环形分配器来完成由环形分配器来完成。将控制器送来的指令脉冲进行分配，确定步进电动机各相绕组的通电顺序，即控制步进电动机的通电运行方式。可以用软件来实现，称为软环分；也可以用硬件来实现，称为硬环分。6.4.1步进驱动控制系统的组成驱动放大电路的功能是将环形分配器发出的TTL电平信号经放大后给步进电动机的绕组供电。驱动放大电路的控制方式种类较多，常使用单电压驱动、高低压切换驱动、恒流斩波、调频调压等驱动电路。前置放大输入VRcRdVDRaUC单电压驱动电路原理图①单电压驱动电路L为步进电机励磁绕组的电感，Ra为绕组电阻，Rc为外接电阻，电阻Rc并联一电容C，可以提高负载瞬间电流的上升率，从而提高电动机快速响应能力和启动性能。环形分配器输出为高电平时，T饱和导通，绕组电流按指数曲线上升，电路时间常数τ=L/(Ra+Rc)，它表示功放电路在导通时允许步进电机绕组电流上升的速率。串联电阻Rc可以使电流上升时间减小，改善带负载能力。但电阻消耗了一部分功率，降低了效率。当环形分配器输出为低电平时，T截止，绕组断电，因步进电机的绕组是电感性负载，当T管从饱和到突然截止的瞬间，将产生一较大反电势，此反电势与电源电压叠加在一起加在T管的集电极上，可能会使T管击穿。（3）功率放大6.4.1步进驱动控制系统的组成②高低压切换驱动电路这种电路的特点是绕组每次通电时，首先接通高压，以保证电流以较快的速度上升，然后改由低压供电，维持绕组中的电流为定额值。6.4.1步进驱动控制系统的组成③恒流斩波电路恒流斩波驱动电路也称定电流驱动电路，或称波顶补偿控制驱动电路。它能克服高低压切换驱动电路的出现谷点的现象，并且提高电动机的效率和力矩。这种驱动电路也有高、低电压两个电源。它随时检测绕组的电流值，当绕组电流值下降到下限设定值时，便使高压功率管导通，采用高压供电，使绕组电流上升；当绕组电流值上升到上限值时，便关断高压管，采用低压供电，使绕组电流下降。这样，在一个步进周期内，高压管多次通断，使绕组电流在上、下限之间波动，接近恒定值，提高了绕组电流的平均值，有效的抑制了电动机输出转矩的降低。6.4.1步进驱动控制系统的组成④细分驱动电路前述的各种驱动电路，都是按电动机工作方式轮流给各相绕组供电，每来一个脉冲，就换一次相，但通电相的电流大小是一定的。如果一拍中，通电相的电流不是一次达到最大值。而是分成多次，每次绕组中的电流增加一些。每次增加，都使转子转过一小步。同样，绕组电流的下降也是分多次完成的。这样步进电机原来一个步距，便分成许多微步运动来完成，即实现了步距的细分。这样便提高了步进电机的分辨力，运动更加平稳，减小了振动，降低了噪声，且不易失步。要实现细分，需将绕组中的矩形脉冲电流变成梯形电流。6.4.1步进驱动控制系统的组成6.4.2步进驱动器实例M535S驱动器脉冲信号方向信号使能信号设定开关驱动器输入电源连接步进电机电流设定表步距细分设定表6.4.3步进伺服系统应用案例案例1：单片机+M535步进驱动器案例2：PLC+M535步进驱动器使用西门子S7-200PLC作控制器，用M535步进驱动器构成一个步进伺服系统。（1）设计控制系统的电气原理图（2）编写PLC程序6.4.3步进伺服系统应用案例西门子S7-200需要用到的硬件资源（高速脉冲输出口Q0.0或Q0.1）指令：PTO或PWM指令硬件接口连接：6.4.3步进伺服系统应用案例案例3：在数控机床上的应用，数控系统各轴输出的控制信号为脉冲指令。例如：西门子802S、801、808D华中数控系统HNC-21TD、HNC-21MD6.4.3步进伺服系统应用案例M535S驱动