第十三章-步进电动机传动控制系统.ppt

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1、第十三章步进电动机传动控制系统用途和特点:由脉冲控制：一个脉冲转一个步距角（步）β，无积累误差转速与脉冲频率f通电顺序有关,调速方便易于实现数字控制:数控机床中开环控制系统（以脉冲数来计算工作位置）廉价的伺服系统（开环伺服）第十三章步进电动机传动控制系统13.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率步进电动机的分类：工作原理反应式（转子为铁芯）永磁式（转子为磁铁）混合式输出转矩大小快速步进电机功率步进电机励磁相数二、三、四、五、六、八相等第十

2、三章步进电动机传动控制系统13.1步进电动机结构与工作原理激磁式（定子、转子均为绕组）A'B'C'一、步进电动机的组成如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图定子：由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成励磁绕组由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。如图所示。转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。二、步进电动机的工作原理给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b

3、)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是促使步进电机旋转的根本原因。(a)AA'(b)AA'工作原理P13-2.SWF结论：通电顺序为A—B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ，时，转子按逆时针方向一步一步转动。三、步进电动机的通电方式1.单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三相步进电动机：正转：A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。反转：A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。2.单、双拍工作方式：正转：A-AB-B-BC-

4、C-CA-A反转：A-CA-C-BC-B-AB-A3.双拍工作方式：正转：AB-BC-CA-AB反转：AC-CA-BC-AC四、步进电动机的步距角由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。P13-2.SWF＝360/ZKm其中：Z－转子齿数m－定子绕组相数K－通电系数K=1,2若三相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角若按单、双通电方式运行时，步距角由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进

5、电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用角度表示，则步进电动机的转速为：若步距角用度数表示，则步进电动机的转速为：单位：r/min13.2步进电动机的驱动电源一、驱动电源的组成脉冲分配器功放电路三相步进电机负载功率电源分配器电源功放电路功放电路步进脉冲方向信号ABC脉冲分配器+功率放大电路1.脉冲分配器当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C的顺序循环产生脉冲。当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。2.功率放大器将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供电

6、，使电动机的转子产生输出转矩。二、步进电动机的脉冲分配器步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。1.硬件环形分配器三相六拍硬件环形分配器序号控制信号状态输出状态导电绕组CAJCBJCCJQAQBQC0110100A1010110AB2011010B3001011BC4101001C5100101CA6110100A2．软件环

7、形分配软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。1)输出接口8031单片机本身包含4个8位I/O端口，分别为P0、P1、P2、P3。输出接口是将计算机的输出端与步进电动机的每相绕组一一对应起来。8031P1.0P1.1P1.2ABC驱动电路若要实现三相步进电动机的脉冲分配，需要三根输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作为脉冲分配的输出。2)输出模型如果三相步进电动机按单、双拍通电方式工作，即:正转：A-AB-B-BC-C-CA反转：A-AC-C-CB-B-BC根据8

8、051单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按表规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。P1.7通电相XXXXX001AXXXXX011ABXXXXX010BXXXXX110BCXXXXX100CXXXXX101CAP1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P1