电机及机床电气控制（第2版）教学课件作者王建明学习情境7进电机控制.ppt

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1、项目七步进电机的控制电路教学目标：学习目标：1、步进电机开环控制方式；2、步进电机控制实例分析。能力目标：步进电机控制方式及控制线路的连接教学重点和难点：重点：从应用的角度在介绍步进电动机的基本结构、工作原理、主要技术指标、运行特性和影响因素基础上，进行环形分配器方式和功率驱动电路线路连接，进行开环和闭环控制方案以及驱动系统设计举例与传动控制应用实例训练。难点：步进电机控制方式及控制线路的连接电机及机床电气控制教学方法：项目教学法：1、引出问题；2项目分析；3、行为引导法；4、学练结合学时、教具、课前准备学时：4学时教具：步进电机、步进电机控制

2、装备、万用表课前准备：学生预习相关课程知识；设备调试；规范标准准备；电机及机床电气控制教学过程：一、项目提出环形分配器、功率放大器以及其它控制线路组合称为步进电动机的驱动电源，它对步进电动机来说是不可分割的一部分。步进电动机、驱动电源和控制器构成步进电动机传动控制系统。二、项目分析脉冲供电方式是步进电机的能源特征。掌握磁路的两个重要特征，即走磁阻最小路径和走磁路最短的特征，对步进电机工作原理掌握大有帮助。步距角、转速公式和特性的理解对步进电机控制是必要的。电机及机床电气控制三、项目计划决策(1)控制特性；(2)使用特点；(3)准备工具、资料。电

3、机及机床电气控制四、项目实施一）、步进电动机的开环控制方式使用微机对步进电动机进行控制有串行和并行两种方式。1．串行控制具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间具有较少的连线。这种系统中，驱动电源中必须含有环行分配器。电机及机床电气控制2．并行控制用微机系统的数条端口线直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。有两种方法：一种是纯软件方法，即完全用编程来实现相序的分配，直接输出各相导通或截止的控制信号，主要有寄存器移位法和查表法第二种是软、硬件相结合的方法，有专门设计的编程器接口，计算机向接口输出简单形式的代码数据，而接口

4、输出的是步进电动机各相导通或截止的控制信号。电机及机床电气控制3．步进电动机速度控制控制步进电动机的运行速度，实际上就是控制系统发出脉冲的频率或者换相的周期。系统可用两种方法来确定脉冲的周期：一种是软件延时，另一种是用定时器。电机及机床电气控制4．步进电动机的加减速控制对于步进电动机的点—位控制系统，从起点至终点的运行速度都有一定要求。各种系统在工作过程中，都要求加减速过程时间尽量短，而恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中，从起点至终点运行的时间要求最短，这就必须要求加速、减速的过程最短，而恒速时的速度最高。电机及机床电气控制升速规律一

5、般可有两种选择：一是按照直线规律升速；二是按指数规律升速。按直线规律升速时加速度为恒定，因此要求步进电动机产生的转矩为恒值。从电动机本身的矩频特性来看，在转速不是很高的范围内，输出的转矩将有所下降，如按指数规律升速，加速度是逐渐下降的，接近电动机输出转矩随转速变化的规律。用微机对步进电动机进行加减速控制，实际上就是改变输出脉冲的时间间隔。升速时使脉冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐疏稀。微机用定时器中断方式来控制电动机变速时，实际上就是不断改变定时器装载值的大小。一般用离散方法来逼近理想的升降速曲线。为了减少每步计算装载值的时间，系统设计时就把各

6、离散点的速度所需的装载值固化在系统的ROM中，系统运行中用查表方法查出所需的装载值，从而大大减少占用CPU时间，提高系统响应速度。系统在执行升降速的控制过程中，对加减速的控制还需准备下列数据：①加减速的斜率②升速过程的总步数；③恒速运行总步数；④减速运行的总步数。对升降速过程的控制有很多种方法，软件编程也十分灵活，技巧很多。此外，利用模拟／数字集成电路也可实现升降速控制，但缺点是实现起来较复杂且不灵活。电机及机床电气控制二）、步进电动机的闭环控制开环控制的步进电动机驱动系统，其输入的脉冲不依赖于转子的位置，而是事先按一定的规律给定的。缺点是电动

7、机的输出转矩加速度在很大的程度上取决于驱动电源和控制方式。对于不同的电动机或者同——种电动机而不同的负载，很难找到通用的加减速规律，因此使提高步进电动机的性能指标受到限制。闭环控制是直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出驱动的脉冲串。采用闭环控制，不仅可以获得更加精确的位置控制和高的多、平稳得多的转速，而且可以在步进电动机的许多其它领域内获得更大的通用性。步进电动机的输出转矩是励磁电流和失调角的函数。为了获得较高的输出转矩，必须考虑到电流的变化和失调角的大小，这对于开环控制来说是很难实现的。电机及机床电气控制根据不

8、同的使用要求，步进电动机的闭环控制也有不同的方案。主要有核步法、延迟时间法、带位置传感器的闭环控制系统等。采用光电脉冲编码器作为位置检测元件的闭环控制