《機(jī)電傳動(dòng)控制》ppt課件

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1、第十三章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類：工作原理反應(yīng)式永磁式混合式輸出轉(zhuǎn)矩大小快速步進(jìn)電機(jī)功率步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁相數(shù)二、三、四、五、六、八相等角位移輸入脈沖個(gè)數(shù)運(yùn)行速度輸入脈沖頻率一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的組成如圖所示為一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖定子：由定子鐵心、繞組、絕緣材料等組成勵(lì)磁繞組由外部脈沖信號對各相繞組輪流勵(lì)磁。如圖所示。轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)軸等組成。轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片或軟磁材料疊壓而成的齒形鐵心。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理給A相繞組通電時(shí)

2、，轉(zhuǎn)子位置如圖（a），轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒一個(gè)角度。由于勵(lì)磁磁通力圖沿磁阻最小路徑通過，因此對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁吸力，迫使轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子齒對齊位置時(shí)(圖b)，因轉(zhuǎn)子只受徑向力而無切線力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。由此可見：錯(cuò)齒是助使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。工作原理T11-2.SWF結(jié)論：通電順序?yàn)锳—B－Ｃ－Ａ?xí)r，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)通電順序改為A－Ｃ－Ｂ－Ａ，時(shí)，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。T11-3.SWF三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電方式1.單相通電方式：指對每相繞組單獨(dú)輪流通電，對于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：正轉(zhuǎn)：A－B－Ｃ－Ａ

3、時(shí)，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。反轉(zhuǎn)：A－Ｃ－Ｂ－Ａ?xí)r，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)。2.單、雙拍工作方式：正轉(zhuǎn)：A-AB-B-BC-C-CA-A反轉(zhuǎn)：A-CA-C-BC-B-AB-A3.雙拍工作方式：正轉(zhuǎn)：AB-BC-CA-AB反轉(zhuǎn)：AC-CA-BC-AC四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角由一個(gè)通電狀態(tài)改變到下一個(gè)通電狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。T11-2.SWF?＝360?/ZKm其中：Z－轉(zhuǎn)子齒數(shù)m－定子繞組相數(shù)K－通電系數(shù)K=1,2若二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的Z=100，單拍運(yùn)行時(shí)，其步距角若按單、雙通電方式運(yùn)行時(shí)，步距角由此可見，步進(jìn)電

4、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和定子相數(shù)(或運(yùn)行拍數(shù))愈多，則步距角愈小，控制越精確。當(dāng)定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。如果電脈沖的頻率為f(HZ)，步距角用弧度表示，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)1.步距角2.最大工作頻率：在轉(zhuǎn)子不失步的情況下，電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作時(shí)，輸入脈沖信號的最大頻率。T11-2.SWF3.最大突跳頻率：在轉(zhuǎn)子不失步的情況下，電動(dòng)機(jī)能增加和減小的最大頻率。4.步距差：理想的步矩角與實(shí)際的步矩角之差。5.輸出轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩的大小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的函數(shù)關(guān)系

5、稱為矩頻特性。13.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源一、驅(qū)動(dòng)電源的組成脈沖分配器功放電路三相步進(jìn)電機(jī)負(fù)載功率電源分配器電源功放電路功放電路功率放大器步進(jìn)脈沖方向信號ABC脈沖分配器+功率放大電路1.脈沖分配器當(dāng)方向電平為低時(shí)，脈沖分配器的輸出按A-B-C的順序循環(huán)產(chǎn)生脈沖。當(dāng)方向電平為高時(shí)，脈沖分配器的輸出按A-C-B的順序循環(huán)產(chǎn)生脈沖。2.功率放大器將脈沖分配器的輸出信號進(jìn)行電流放大后給電動(dòng)機(jī)的定子繞組供電，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖分配器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖分配器可由硬件或軟件方法來實(shí)現(xiàn)。硬件環(huán)形分配器：由計(jì)數(shù)器等數(shù)字電路組成的

6、。有較好的響應(yīng)速度，且具有直觀、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。軟件環(huán)分：由計(jì)算機(jī)接口電路和相應(yīng)的軟件組成的。受到微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的限制，有時(shí)難以滿足高速實(shí)時(shí)控制的要求。1.硬件環(huán)形分配器A相B相C相序號控制信號狀態(tài)輸出狀態(tài)導(dǎo)電繞組CAJCBJCCJQAQBQC0110100A1010110AB2011010B3001011BC4101001C5100101CA6110100A2．軟件環(huán)形分配軟件環(huán)分的方法是利用計(jì)算機(jī)程序來設(shè)定硬件接口的位狀態(tài)，從而產(chǎn)生一定的脈沖分配輸出。1)輸出接口8031單片機(jī)本身包含4個(gè)8位I/O端口，分別為P0、P1、P2、P3

7、。輸出接口是將計(jì)算機(jī)的輸出端與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的每相繞組一一對應(yīng)起來。若要實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖分配，需要三根輸出口線，本例中選P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作為脈沖分配的輸出。2)輸出模型如果三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按單、雙拍通電方式工作，即:正轉(zhuǎn)：A-AB-B-BC-C-CA反轉(zhuǎn)：A-AC-C-CB-B-BC根據(jù)8031單片機(jī)的基本原理，對P1.0、P1.1、P1.2位編程使其按表規(guī)定改變輸出狀態(tài)就實(shí)現(xiàn)了三相六拍分配任務(wù)。P1.7通電相XXXXX001AXXXXX011ABXXXXX010BXXXXX110BCXXXXX100CXXXXX10

8、1CAP1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P1.6P1輸送的內(nèi)容依次為：01HA03HAB02HB06HBC04HC05HCA正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)輸出模型3)控制程序按正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)