步進(jìn)電機(jī)的單脈沖控制、雙脈沖控制、開環(huán)控制和閉環(huán)控制.doc

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1、步進(jìn)電機(jī)的單脈沖控制、雙脈沖控制、開環(huán)控制和閉環(huán)控制　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器?！　　　‰m然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計算機(jī)等許多專業(yè)知識。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算

2、機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用?！　〔竭M(jìn)電機(jī)的單脈沖控制與雙脈沖控制　　步進(jìn)電機(jī)的控制有單電壓和高低電壓控制之分；　　單電壓控制用一串脈沖信號控制一個電子開關(guān)的通、斷來控制電機(jī)驅(qū)動繞組得電、失電；　　高低電壓控制在單電壓控制的基礎(chǔ)上，用另一串脈沖控制一個電子開關(guān)的通、半導(dǎo)通，兩個開關(guān)串聯(lián)，兩個控制脈沖同頻率但不同相位和寬度。達(dá)到給繞組的供電電壓全、一半、迅速關(guān)斷的目的?！　　　〔竭M(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制和閉環(huán)控制　　　　步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制　　1、步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)的一般構(gòu)成　　　　步進(jìn)電動機(jī)的電樞通斷電次數(shù)和各相通電順序決定了輸出角位

3、移和運(yùn)動方向，控制脈沖分配頻率可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)的速度控制。因此，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制方式。圖為開環(huán)步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)主要由控制器、功率放大器、步進(jìn)電動機(jī)等組成?！　　　?、步進(jìn)電機(jī)的控制器　　1、步進(jìn)電機(jī)的硬件控制　　步進(jìn)電動機(jī)在—個脈沖的作用下，轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角，因而只要控制一定的脈沖數(shù)，即可精確控制步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)過的相應(yīng)的角度。但步進(jìn)電動機(jī)的各繞組必須按一定的順序通電才能正確工作，這種使電動機(jī)繞組的通斷電順序按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化的過程稱為環(huán)形脈沖分配?！　?shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種。一種是計算機(jī)軟件分配，采用查表或計算的方法使計算機(jī)

4、的三個輸出引腳依次輸出滿足速度和方向要求的環(huán)形分配脈沖信號。這種方法能充分利用計算機(jī)軟件資源，以減少硬件成本，尤其是多相電動機(jī)的脈沖分配更顯示出它的優(yōu)點(diǎn)。但由于軟件運(yùn)行會占用計算機(jī)的運(yùn)行時間，因而會使插補(bǔ)運(yùn)算的總時間增加，從而影響步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行速度。　　另一種是硬件環(huán)形分配，采用數(shù)字電路搭建或?qū)Ｓ玫沫h(huán)形分配器件將連續(xù)的脈沖信號經(jīng)電路處理后輸出環(huán)形脈沖。采用數(shù)字電路搭建的環(huán)形分配器通常由分立元件（如觸發(fā)器、邏輯門等）構(gòu)成，特點(diǎn)是體積大、成本高、可靠性差?！　?、步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制：　　　　目前，伺服系統(tǒng)的數(shù)字控制大都是采用硬件與軟件相結(jié)合的控制方式，其中軟件控制方

5、式一般是利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的。這是因為基于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字伺服控制器與模擬伺服控制器相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：　　（1）能明顯地降低控制器硬件成本。速度更快、功能更新的新一代微處理機(jī)不斷涌現(xiàn)，硬件費(fèi)用會變得很便宜。體積小、重量輕、耗能少是它們的共同優(yōu)點(diǎn)?！　。?）可顯著改善控制的可靠性。集成電路和大規(guī)模集成電路的平均無故障時（MTBF）大大長于分立元件電子電路?！　。?）數(shù)字電路溫度漂移小，也不存在參數(shù)的影響，穩(wěn)定性好?！　。?）硬件電路易標(biāo)準(zhǔn)化。在電路集成過程中采用了一些屏蔽措施，可以避免電力電子電路中過大的瞬態(tài)電流、電壓引起的電磁干擾問題，因此可靠性比較高?！　。?）采用微

6、處理機(jī)的數(shù)字控制，使信息的雙向傳遞能力大大增強(qiáng)，容易和上位系統(tǒng)機(jī)聯(lián)運(yùn)，可隨時改變控制參數(shù)?！　。?）可以設(shè)計適合于眾多電力電子系統(tǒng)的統(tǒng)一硬件電路，其中軟件可以模塊化設(shè)計，拼裝構(gòu)成適用于各種應(yīng)用對象的控制算法；以滿足不同的用途。軟件模塊可以方便地增加、更改、刪減，或者當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)變化時徹底更新。　?。?）提高了信息存貯、監(jiān)控、診斷以及分級控制的能力，使伺服系統(tǒng)更趨于智能化。　?。?）隨著微機(jī)芯片運(yùn)算速度和存貯器容量的不斷提高，性能優(yōu)異但算法復(fù)雜的控制策略有了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)?！　　　?、步進(jìn)電機(jī)的功率驅(qū)動電路　　要使步進(jìn)電動機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動負(fù)載工作，必須為步進(jìn)電機(jī)提

7、供足夠功率的控制信號，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱為步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路。驅(qū)動電路實(shí)際上是一個功率開關(guān)電路，其功能是將環(huán)形分配器的輸出信號進(jìn)行功率放大，得到步進(jìn)電動機(jī)控制繞組所需要的脈沖電流及所需要的脈沖波形。步進(jìn)電動機(jī)的工作特性在很大程度上取決于功率驅(qū)動器的性能，對每一相繞組來說，理想的功率驅(qū)動器應(yīng)使通過繞組的電流脈沖盡量接近矩形波。但由于步進(jìn)電動機(jī)繞組有很大的電感，要做到這一點(diǎn)是有困難的?！　〕Ｒ姷牟竭M(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路有二種：　　　　圖4.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路　　（1）單電壓驅(qū)動電路　　這種電路采用單一電源供電，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電流波形差，效率低，輸出力矩小，主要用于對

8、速度要求不