机电一体化技术(I)

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1、复习1.执行元件的种类、特点及基本要求；2.步进电机技术指标；3.机电一体化系统(或产品)对执行元件的基本要求；4.控制用电机的基本要求、种类、特点及选用；5.掌握步进电机的工作原理-步进电机环形脉冲分配方式-步距角的计算6.步进电机的运行特性及性能指标7.步进电机的驱动与控制驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成——(1)环形脉冲分配器(2)功率放大器单电压功率放大电路。高低压功率放大电路。8.步进电机的选用方法本次课的内容(2)功率放大器单电压功率放大电路。高低压功率放大电路。恒流源功率放大电路。

2、细分驱动电路步进电机的微机控制步进电机的选用方法(2)功率放大器步进电机所使用的功率放大电路有电压型和电流型。电压型又有单电压型、双电压型(高低压型)。电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。①单电压功率放大电路：主要用于对速度要求不高的小型步进电机。环形脉冲分配器②高低压功率放大电路5.7图为采用脉冲变压器TI组成的高低压控制电路原理图。A相单稳触发器组成的高低压控制电路原理图0100触发1101定时结束10单稳触发器组成的高低压控制电路特点高压导通的时间由单稳态电路决定，通过调节Rc参数使高压开通的时间

3、恰好使绕组的电流上升到额定值左右再关闭。时间的调节要非常小心，时间稍长即可能烧毁晶体管。高低压功率放大电路由于仅在脉冲开始的一瞬间接通高压电源，其余的时间均由低压供电，故效率很高，由于电流上升率高，故高速运行性能好，但由于电流波形陡，有时还会产生过冲，故谐波成分丰富，电机运行时振动较大(尤其在低速运行时)。③恒流源功率放大电路当A处输入为低电平时，T1(3DK2)截止，这时由T2(3DK4)及T3(3DDl5)组成的达林顿管导通，电流由电源正端流经电机绕组及达林顿复合管经由PNP型大功率管T4(29

4、55)组成的恒流源流向电源负端。恒流源功率放大电路特点电流的大小取决于恒流源的恒流值，当发射极电阻减小时，恒流值增大；当电阻增大时，恒流值减小。由于恒流源的动态电阻很大，故绕组可在较低的电压下取得较高的电流上升率。由于此时电路为反相驱动，故脉冲在进入恒流源驱动电源前应反相后再送入输入端。在较低的电压上，有一定的上升率，可用在较高频率的驱动上。由于电源电压较低，功耗将减小，效率有所提高。由于工作在放大区，管压降较大，功耗很大，故必须采用较大的散热片散热。④斩波恒流功率放大电路输入的一个脉冲绕组的电压波

5、形绕组的电流波形00=0U1=0010U10U1>001U1>UR比较器输出为001⑤调频调压功放电路。电源电压一定,绕组电流的上冲值随频率的升高降低，输出转矩随转速的提高降低；要提高转矩，需提高供电电压；调频调压：低频时，供电电压低，高频时，供电电压高；脉冲信号调压信号0Uct输出负脉冲，V1和v2导通，电源电压Ul作用在电感Ls和电机绕组W上，Ls感应出负电动势，电流逐渐增大，并对电容C充电，充电时间由负脉冲宽度决定。在UcT负脉冲过后，V1和V2截止，Ls又产生感

6、应电动势，其方向是U2处为正。此时，若v3导通，该感应电动势便经电机绕组W、Rs、V3、VD1、Ls回路泄放，同时电容c也向绕组W放电。由此可见，向电机供电的电压U2取决于V1和v2的开通时间，即取决于负脉冲UcT的宽度。负脉冲宽度越大,U2越高。因此，根据UcP的频率，调整UcT的负脉冲宽度，便可实现调频调压11(3)细分驱动在每次输人脉冲切换时，不是将绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一部分，则电机转子的每步运动也只有步距角的一部分。这里绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，额定电流

7、是台阶式的投入或切除，电流分成多少个台阶，则转子就以同样的个数转过一个步距角。这样将一个步距角细分成若干步的驱动方法称为细分驱动。细分驱动的特点是：a在不改动电机结构参数的情况下，能使步距角减小。但细分后的步距角精度不高，功率放大驱动电路也相应复杂；b能使步进电机运行平稳，提高匀速性，并能减弱或消除振荡。例:采用多路功率开关用叠加的信号控制阶梯波供电的方法先放大、后叠加的供电方法先叠加、后放大的供电方法恒频脉宽调制细分驱动电路(4)步进电机的微机控制有串行和并行两种控制方式:串行控制：具有串行控制功

8、能的单片机系统与步进电机驱动电源之间具有较少的连线就可以将信号送入步进电机驱动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。见图。并行控制：用微型计算机系统的数个端口直接去控制步进电机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电机驱动电源内，不包括环形分配器，而其功能必须由微型计算机系统完成。系统实现脉冲分配器的功能又有两种方法：第一种是纯软件方法.第二种是软、硬件相结合的方法。并行控制方案的示意图见图。(5)步进电机的速度控制步进电动机速度控制：控制系统