步进电机工作和控制原理资料.doc

步进电机工作和控制原理一综述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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点使得在速度位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件,具有无累积误差成本低控制简单特点产品从相数上分有二三四五相,从步距角上分有0.9/1.80.36/0.72,从规格上分有口42130,从静力矩上分有0.1NM40NM签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例叙述其基本工作原理二感应子式步进电机工作原理(一)反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单下面先叙述三相反应式步进电机原理1结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开01/32/3,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3,C与齿3向右错开2/3,A与齿5相对齐,(A就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图:2旋转:如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同) 如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3,此时齿3与C偏移为1/3,齿4与A偏移(-1/3)=2/3如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3,此时齿4与A偏移为1/3对齐 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3 这样经过ABCA分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A通电,电机就每步(每脉冲)1/3,向右旋转如按A,C,B,A通电,电机就反转 由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系而方向由导电顺序决定 不过,出于对力矩平稳噪音及减少角度等方面考虑往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3改变为1/6甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3变为1/12,1/24,这就是电机细分驱动的基本理论依据 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二三四五相为多 3力矩:电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量)当转子与定子错开一定角度产生力F与(d/d)成正比 S 其磁通量=Br*SBr为磁密,S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度,D为转子直径 Br=NI/RNI为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比(只考虑线性状态)因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然(二)感应子式步进电机1特点: 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比,结构上转子加有永磁体,以提供软磁材料的工作点,而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能,因此该电机效率高,电流小,发热低因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳噪音低低频振动小 感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机一个四相电机可以作四相运行,也可以作二相运行(必须采用双极电压驱动),而反应式电机则不能如此例如:四相,八相运行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致,小功率电机一般直接接为二相,而功率大一点的电机,为了方便使用,灵活改变电机的动态特点,往往将其外部接线为八根引线(四相),这样使用时,既可以作四相电机使用,可以作二相电机绕组串联或并联使用2分类 感应子式步进电机以相数可分为:二相电机三相电机四相电机五相电机等以机座号(电机外径)可分为:42BYG(BYG为感应子式步进电机代号)57BYG86BYG110BYG(国际标准),而像70BYG90BYG130BYG等均为国内标准3步进电机的静态指标术语相数:产生不同对极NS磁场的激磁线圈对数常用m表示拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用表示=360度(转子齿数J*运行拍数),以常规二四相,转子齿为50齿电机为例四拍运行时步距角为=360度/(50*4)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为=360度/(50*8)=0.9度(俗称半步)定位转矩:电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的)静转矩:电机在额定静态电作用下,电机不作旋转运动时,电机转轴的锁定力矩此力矩是衡量电机体积(几何尺寸)的标准,与驱动电压及驱动电源等无关 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比,与定齿转子间的气隙有关,但过份采用减小气隙,增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的,这样会造成电机的发热及机械噪音4步进电机动态指标及术语:1步距角精度: 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差用百分比表示:误差/步距角*100%不同运行拍数其值不同,四拍运行时应在5%之内,八拍运行时应在15%以内2失步: 电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数称之为失步3失调角: 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的4最大空载起动频率: 电机在某种驱动形式电压及额定电流下,在不加负载的情况下,能够直接起动的最大频率5最大空载的运行频率: 电机在某种驱动形式,电压及额定电流下,电机不带负载的最高转速频率6运行矩频特性: 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性,这是电机诸多动态曲线中最重要的,也是电机选择的根本依据如下图所示:其它特性还有惯频特性起动频率特性等 电机一旦选定,电机的静力矩确定,而动态力矩却不然,电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流(而非静态电流),平均电流越大,电机输出力矩越大,即电机的频率特性越硬如下图所示:其中,曲线3电流最大或电压最高;曲线1电流最小或电压最低,曲线与负载的交点为负载的最大速度点要使平均电流大,尽可能提高驱动电压,使采用小电感大电流的电机三两相四线制步进电机控制两相四线的步进电机,有两个绕组:A,B A绕组通正向电流用(+A)表示;通反向电流用(-A)表示 B绕组表示方法同上 通电次序: 两相,四拍:(+A)(+B)-(-A)(+B)-(-A)(-B)-(+A)(-B)- 单相,四拍:(+A)-(+B)-(-A)-(-B)- 八拍,半步:(+A)(+B)-(+B)-(-A)(+B)-(-A)-(-A)(-B)-(-B)-(+A)(-B)-(+A)-两相4线步进电机驱动时序从图中可以看出来,要实现步进电机的转动,可以用以下两种方式:(1)8拍的方式八个状态:1在A与A-正电压,B与B-不给电悬空;2在A与A-正电压,B与B-也给正电压;3A与A-不给电压悬空,B与B-正电压;4A与A-给负电压,B与B-给正电压;5A与A-给负电压,B与B-不给悬空;6A与A-给负电压,B与B-给负电压;7A与A-不给电悬空,B与B-给负电压;8A与给正电压,B与B-给负电压;按以上八个状态轮流供电,控制一下脉宽应该就可以了 四个引脚各一根控制线:AH表示各线时序 A B C D E F G H p1.0A 1 1 0 0 0 0 0 1 p1.1A- 0 0 0 1 1 1 0 0 p1.3B 0 1 1 1 0 0 0 0 p1.4B- 0 0 0 0 0 1 1 1.(2)4拍的方式一般是电流驱动的 我下面的a 和b 表示反向电流两相双二拍:ab - ab - ab - ab 为一个转向ab - ab - ab - ab 为反向本次所使用驱动板的接线方式参考电路板 标注励志美文美句摘抄 1不要放弃自己就是真正的坚强,虚心就是坚强,努力就是坚强,从头再来就是坚强,正直就是坚强,学会坚强之前要学会如何爱惜自己 2人生,就没有,永远的悲痛;也没有,永远的欢欣能使我们坚强的,往往不是顺境,而是逆境;能让我们醒悟的,往往不是高兴,而是伤心学会忍受,懂得艰辛,于曲折中前进 3人都说比天空和大地更远的距离是人与人的距离,因为人心里都会藏匿太多的猜忌和戒备,想要快乐就甩开生命中这些过于沉重,却又不必要的行李吧,生命中有爱就足够了试着给周围你所熟识的还有你还陌生的人一个真诚无惕的微笑吧,它可以触摸到他人的心灵,微笑是有感染力有连带性的,它会无声的渗透进每个易感的心灵,更会让更多的心灵为之感动,心中有爱就会快乐,就会让微笑发自心底,灿烂在脸上 4千万不要因为自己已经到了结婚年龄而草率结婚想结婚,就要找一个能和你心心相印相辅相携的伴侣不要因为放纵和游戏而恋爱,不要因为恋爱而影响工作和事业,更不要因一桩草率而失败的婚姻而使人生受阻感情用事往往会因小失大 5你要从现在开始,微笑着面对生活,不要抱怨生活给了你太多的磨难,不要抱怨生活中有太多的曲折,不要抱怨生活中存在的不公当你走过世间的繁华与喧嚣,阅尽世事,你会幡然明白:人生不会太圆满,再苦也要笑一笑! 6不要让灰色的乌云笼罩一辈子,生命中还有很多美好的不要让其遮盖,不要因为一片乌云毁了一切,人生中还有很多可以去把握 7每一个成功者的背后都有一个心路的旅程,雨中漫步你不会比别人先一步看到彩虹 8面对人生的烦恼与挫折,最重要的是摆正自己的心态,积极面对一切再苦再累,也要保持微笑笑一笑,你的人生会更美好! 9命运,不过是失败者无聊的自慰,不过是懦怯者的解嘲人们的前途只能靠自己的意志自己的努力来决定 10你或许无法改变身高和体形,但是可以改变你的态度我们每个人都有力量去培养和保持为我所用的积极态度,提高我们的人生质量,完成我们的人生目标态度是人生理想的昭示,而非既有成果的反映改变你的态度,就可以改变你的人生 11不要像玻璃那样脆弱有的人眼睛总盯着自己,所以长不高看不远;总是喜欢怨天尤人,也使别人无比厌烦没有苦中苦,哪来甜中甜?不要像玻璃那样脆弱,而应像水晶一样透明,太阳一样辉煌,腊梅一样坚强既然睁开眼睛享受风的清凉,就不要埋怨风中细小的沙粒 12常言道,失败是成功之母,而我却认为,失败是一种解脱和潇洒,也是一种“得”人生中,有成功有失败,成功是鲜花,失败同样也精彩 13该来的会来,该走的会走,有时候离开并不意味着结束,而是另一种开始 14人生,无非只有三天,昨天,今天,明天昨天很长,说不清有多少天,但不管有多少天,不管是受到挫折,还是取得辉煌,都只能代表过去,昨天你失败了,将来可能会成功,昨天你辉煌了,将来你可能会萎靡不振,只有把过去的挫折和辉煌都变成今天的基石,才能登上美好的明天 15每个人都有每个人的做法,每个人都有每个人的想法,别人做什么,想什么,我们无法掌握,也无法控制我们能做的,就是做好自己,管好自己,凭自己的本身,靠自己的良心,踏踏实实地做事,老老实地做人,即使遭遇不公,遭遇不平,也能想开,懂得包容,学会用宽容的心怀,善良的言行,对待身边所有的人生活中的许多磨难,让我们理解了人情,理解了这个社会能给你的所有尊重,于艰难中,懂得了承受,懂得了坚定,慢慢挺起自己的灵魂 16老师告诉她,用心去观察研究昆虫和花草,渐渐地就会发现,动植物的世界是一个多么神奇有趣的世界 17老师给我们讲了个有趣的故事 18你说的这个问题本身就很有趣 19世界是神奇的,让我们不断着探索周围发生的有趣的现象 20他每天都坚持读一篇有趣的故事 21他真是个有趣的人 22天文馆里的宇宙空间,充满了神奇有趣的色彩 23我看一本有趣的漫画书,笑得我肚子都疼了 24星期三,学校举行了一次有趣的文艺演出,让我回味无穷,永远留在我的脑海里 25学生选择自己喜欢的动物和反映的主题编写有趣的故事 26要是法布尔先生不这样写的话,我完全可以认定这是一本普通的记叙文,一本枯燥无味的记叙文(A good sentence yuedu.mipang.com)没有创意,没有什么特别的地方以及引人注目的地方可他运用了,这样就像把我也一起带进了这个神秘有趣的昆虫王国,自己也是一只顽固可爱的小昆虫,就像在看动画片小人书一样的有趣好玩把我吸进了这个似人却非人的王国 27有趣的文艺演出在我们的掌声中结束了,我真希望这次文艺演出永远也不会结束 28有些人认为杂志有趣,但是我觉得小说跟有趣 29这位名扬四海誉满天下的法布尔先生,运用了巧妙的拟人手法,再加入自己幽默生动的另我带着无比探索的精神去这神秘有趣的昆虫王国“探密”,不断了解昆虫先生的习性,与生活 30最有趣的是两位同学表演说相声,相声的名字是“吹牛” 31吹泡泡是一件很有趣的事 32冬天的早晨,窗户上总是模模糊糊的,妈妈说是窗户“流汗”了! 哈哈,老师说这个比喻很有趣呢! 33非诚勿扰大家都来参加吧,非常有趣 34今天的班会课十分有趣 35今天和小敏约好出去玩,有趣的是,她把裙子穿反了