计算机控制技术课件：第6章 数字程序控制技术2(步进电机).ppt

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1、4.4步进电机控制接口技术步进电机是过程控制及仪表中的主要控制元件。1．步进电机的特点：①快速启停；②步进速率为200~1000步／秒；③步进速率增加1~2倍，仍然不会失掉一步；④定位准确，例如，先正转24步，再反转24步，电机将精确地回到原始的位置。⑤精度高，可以由每步90°低到每步0．36°；⑥能直接接收数字量。微机控制技术4.4步进电机控制接口技术2．步进电机的应用：正因为步进电机具有快速启停，精确步进以及能直接接收数字量的特点，所以使其在定位场合中得到了广泛的应用。如在绘图机、打印机及光学仪器中，都

2、采用步进电机来定位绘图笔，印字头或光学镜头。在工业过程控制的位置控制系统中，做位移传感器。计算机的软驱、光盘驱动器，用步进电机作精确定位。微机控制技术4.4步进电机控制接口技术4.4.1步进电机的工作原理4.4.2步进电机控制系统的原理4.4.3步进电机与微机接口及程序设计4.4.4步进电机步数及速度的确定方法4.4.5步进电机的变速控制4．4．1步进电机工作原理步进电机实际上是一个数字／角度转换器。其结构原理，如图4—44所示。微机控制技术4．4．1步进电机工作原理图4—44步进电机原理图微机控制技术4．

3、4．1步进电机工作原理1．步进电机的构成（1）定子有6个等分的磁极，A，A'，B，B'，C，C'，相邻两个磁极间的夹角为60°。相对的两个磁极组成一相，如图4—44所示的结构为三相步进电机(A—A'相，B—B'相，C—C'相)。当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极立即形成N极和S极，每个磁极上各有5个均匀分布的矩形小齿。微机控制技术4．4．1步进电机工作原理（2）转子没有绕组，由40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两齿之间的夹角为9°。微机控制技术2．工作原理当某相绕组通电时，对应的磁极就会产生磁场

4、，并与转子形成磁路。若此时，定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子转动一定的角度，使转子齿和定子齿对齐。错齿是促使步进电机旋转的根本原因。4．4．1步进电机工作原理4．4．1步进电机工作原理（1）A相通电时,B、C两相都不通电，在磁场的作用下，使转子齿和A相的定子齿对齐。若以此作为初始状态，设与A相磁极中心对齐的转子齿为0号齿;（2）由于B相磁极与A相磁极相差120°，且120°／9°＝133/9不为整数，所以，此时转子齿不能与B相定子齿对齐，只是13号小齿靠近B相磁极的中心线，与中心线相差

5、3°，如果此时突然变为B相通电，而A、C两相都不通电，则B相磁极迫使13号转子齿与之对齐，整个转子就转动3°，此时，称电极走了一步。(3)按照ABCA顺序通电一周，则转子转动9°。微机控制技术4．4．1步进电机工作原理3.几点说明（1）步进电机旋转的根本原因是错齿；（2）步距角（Zr为转子齿数）式中，N=McC为运行拍数，其中Mc为控制绕组相数；C为状态系数。采用单三拍或双三拍时，C=1；采用单六拍或双六拍时，C＝2。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理微机控制技术图4—45步进电机控制系统的组

6、成4．4．2步进电机控制系统原理典型的步进电机控制系统，步进电机控制系统主要是由步进控制器、功率放大器及步进电机组成。★步进控制器是由缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正、反转控制门等组成。作用:把输入的脉冲转换成环型脉冲，以便控制步进电机，并能进行正、反向控制。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理★功率放大器把控制器输出的环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。采用计算机控制系统，由软件代替上述步进控制器。（简化了线路，降低了成本，提高可靠性）采用微型机控制，可根据系统的需要，灵活改变步进电机的控制方案，

7、使用起来很方便。典型的微型机控制步进电机系统原理图，如图4—46所示。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理图4—46用微型机控制步进电机原理系统图微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理图4—46与图4—45相比，区别在于用微型机代替了步进控制器。由于步进电机的驱动电流比较大，所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口电路及驱动电路。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理本课主要解决如下几个问题：(1)用软件的方法实现脉冲序列；(2)步进电机的方向控制；(3)步进电机控制程序的设计。微机控制技术

8、4．4．2步进电机控制系统原理1．脉冲序列的生成步进电机控制软件中必须解决的一个重要问题，就是产生周期性脉冲序列。图4—47脉冲序列微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理脉冲用周期、脉冲高度、接通与断开电源的时间表示。★脉冲高度由数字元件电平来决定的，TTL0~5V，CMOS0~10V★接通和断开时间可用延时的办法来控制。要求：确保步进到位。微机控制技术4．4．2步进电机控制系统原理但由于步进电机的“步进”是