第五章步进电机的控制

12/21/2019112/21/2019第五章.步进电机的控制11010110曹博12/21/2019212/21/2019什么是步进电机？•步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。12/21/2019312/21/2019步进电机的工作原理•当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。12/21/2019412/21/2019齿距角，步距角和转速大小与什么有关•齿距角（t）：转子相邻两齿中心线之间的夹角•步距角：每输入一个脉冲信号步进电动机所转过的角度称为步距角，以表示。步距角不受电压波动和负载变化的影响，也不受温度、振动等环境因素的干扰。12/21/2019512/21/20193相步进电机的三种工作方式•共有3种方式：1.三相单三拍2.三相双三拍3.三项六拍•其中：“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电。12/21/2019612/21/2019不同方式下定子绕组的通电顺序1.三相单三拍：其通电顺序为A—B—C—A。这种方式每次只有一相通电，容易使转子在平衡位置上发生振荡，稳定性不好。而且在转换时，由于一相断电时，另一相刚开始通电，易失步，因而不常采用这种通电方式。•2、双相双三拍其通电顺序为AB—BC—CA—CB这种通电方式由于两相同时通电，转子受到的感应力矩大，静态误差小，定位精度高，而且转换时始终有一相通电，可以工作稳定，不易失步。•3、三相六拍其通电顺序为A—AB—B—BC—C—CA—A这是单、双相轮流通电的方式，它具有双一拍的特点，且由于通电状态数增加一倍，而使步距角减少一倍。12/21/2019712/21/2019步进电机的控制要点•步进电机的角位移或线位移与控制脉冲数成正比。通过改变脉冲频率就可以调节电机的转速，实现电机的加减速，转向等。在实际步进电机应用中，尤其在要求快速响应的控制系统中，其关键问题是如何保证步进电机在运行过程中不发生失步。•控制要求:•1、能够提供较快的电流上升和下降速度，使电流波形尽量接近矩形•2.具有较高韵功率及效率，步进电机驱动器，它是控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移。12/21/2019812/21/2019步进电机的升降速控制•1、按梯形规律升降即步进电机的转速每跃进一个台阶后，恒速行驶一段时间。这种方法的缺点是在恒速阶段没有加速，为充分利用步进电机的加速性能，而且高频阶段加速台阶高，步进电机在速度阶跃时会发生失步。•2、按直线规律升降速方式由于这种升速方法的及速度是恒定的，其缺点是未充分考虑步进电机输出力矩随速度变化的特性，步进电机高速时会发生失步。•3、第三种是按指数规律升降速•在以微处理器为核心的驱动器中，常用定时常数递减（递加）的方法实现升降速，升速曲线成上凹形，低频时升速太慢，高速时升速太快。