第7章 步進(jìn)電機(jī)ppt課件

1、第七章 步進(jìn)電機(jī)一、步進(jìn)電機(jī)的概述n1、定義n步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。n特點(diǎn)n 在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。n雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(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(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。n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(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)

2、。 二、步進(jìn)控制系統(tǒng)的組成二、步進(jìn)控制系統(tǒng)的組成1、主要由以下三部分組成1 ）、控制器plc mcu 定位控制模塊）2 ） 、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器3 ） 、步進(jìn)電機(jī)和工作臺(tái)n外觀圖步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器n2、硬件接線1、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和plc間的硬件接線 步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和plc間的硬件接線三、步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，點(diǎn)擊的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于控制脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù). 脈沖數(shù)越多，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越大； 脈沖的頻率越高，點(diǎn)擊轉(zhuǎn)速越快，但不能超過(guò)最高頻率，否則點(diǎn)擊的力矩迅速減小，電機(jī)不轉(zhuǎn)。分類(lèi)方式具體類(lèi)型按力矩產(chǎn)生的原理反應(yīng)

3、式：轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼），由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。按輸出力矩大小伺服式：輸出力矩在百分之幾至十分之幾（N.m），只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載。功率式：輸出力矩在550（N.m）以上，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載。按定子數(shù)1）單定子式 2）雙定子式 3）三定子式 4)多定子式按各種繞組分布徑向分布式：電機(jī)各相按圓周依次排列軸向分布式：電機(jī)各相按軸向依次排列n步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。n當(dāng)某相定子勵(lì)磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對(duì)齊

4、，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，換一相得電時(shí)，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。如此每相不停地輪流通電，轉(zhuǎn)子不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。 n上述控制方式三相單三拍，得電順序是ABCA,電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)n上述控制方式三相單三拍，得電順序是ACBA,電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)n所以電機(jī)運(yùn)行的方向和通電的相序有關(guān)，改變通電的相序，電機(jī)的運(yùn)行方向也就改變。n1:上述介紹的是三相單三拍的工作過(guò)程，除此之外還有三相雙三拍，三相六拍等工作方式。雙相雙三拍得電方式同事兩相繞組通電：如ABBCCAABn 三相六拍的控制方式是：AABBBCCCAAn2:電機(jī)的轉(zhuǎn)速和相序切換的頻率有關(guān)，切換得越快，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的越快。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和相序有關(guān)。n3:電機(jī)每拍轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，稱(chēng)步

5、距角，步 距角和電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。n 其中m=定子繞組的相數(shù)，z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)，k為通電方式，當(dāng)是m相m拍時(shí)，k=1；n 當(dāng)是m相2m拍時(shí)，k=2.如上例中，m=3，z=4，k=1. n =360/(3x4x1)=30四、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器原理四、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器原理 n從步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)出原理可以得出，要使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行，必須按規(guī)律控制步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組得電。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接受外部的信號(hào)是方向信號(hào)DIR脈沖信號(hào)CP。另外步進(jìn)電機(jī)在停止時(shí)，通常有一相得電，電機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖住，所以當(dāng)需要轉(zhuǎn)子松開(kāi)時(shí)，可以使用脫機(jī)信號(hào)FREE. 環(huán)型分配器的功能： 環(huán)型分配器的功能是把外部cp段送進(jìn)的脈沖進(jìn)行分配，給功率放大器，功率放大器相

6、應(yīng)相得晶體管導(dǎo)通，步進(jìn)電機(jī)的線圈得電。步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和plc間的連接間的連接 五、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器有關(guān)細(xì)分的設(shè)置五、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器有關(guān)細(xì)分的設(shè)置n什么叫細(xì)分？n 為了提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度，現(xiàn)在的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器都有細(xì)分的功能，所謂細(xì)分，就是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器中電路的方法把步距角減小。n比如把步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置成5細(xì)分，假設(shè)原來(lái)步距角1.8，那么設(shè)成5細(xì)分后，步距角就是0.36。也就是說(shuō)原來(lái)一步可以走完的，設(shè)置成細(xì)分后需要走5步。n步進(jìn)驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系步進(jìn)驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系n當(dāng)輸出頻率超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的最高頻率的當(dāng)輸出頻率超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的最高頻率的時(shí)候，輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)急速下降。時(shí)

7、候，輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)急速下降。n步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的設(shè)置方法步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的設(shè)置方法DIP開(kāi)關(guān)功能與細(xì)分設(shè)置表開(kāi)關(guān)功能與細(xì)分設(shè)置表六、應(yīng)用案例分析六、應(yīng)用案例分析n例一：控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)定的角度例一：控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)定的角度n利用利用plc作為上位機(jī)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定的角度旋轉(zhuǎn)。作為上位機(jī)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定的角度旋轉(zhuǎn)。n現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)，步距角是現(xiàn)有步進(jìn)電機(jī)，步距角是1.8要求設(shè)置要求設(shè)置4細(xì)分，電機(jī)的額定細(xì)分，電機(jī)的額定電流是電流是2.2安安n控制要求：控制要求：n1利用利用plc控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)2周，停周，停5s，逆時(shí)針轉(zhuǎn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)1周，周，停停2s，如此循環(huán)進(jìn)行，按

8、下停止按鈕，電機(jī)馬上停止電機(jī)，如此循環(huán)進(jìn)行，按下停止按鈕，電機(jī)馬上停止電機(jī)的軸鎖住）。的軸鎖住）。n2要求用靜態(tài)電流半流控制步進(jìn)電機(jī)。要求用靜態(tài)電流半流控制步進(jìn)電機(jī)。n3按下脫機(jī)按鈕，電機(jī)的軸松開(kāi)。按下脫機(jī)按鈕，電機(jī)的軸松開(kāi)。n解題過(guò)程：解題過(guò)程：n1) 硬件接線硬件接線n2) I/O定義：nx0啟動(dòng)，x1停頓，x2脫機(jī)；ny0脈沖輸出，y1控制方向，y2脫機(jī)控制n 3)設(shè)置細(xì)分和電流DIP通過(guò)上表可設(shè)置：n4)編寫(xiě)控制程序:n分析：n在沒(méi)有設(shè)置細(xì)分時(shí)，步距角是1.8，也就是200脈沖/轉(zhuǎn)。設(shè)置成4細(xì)分后，則是800脈沖/轉(zhuǎn)。n控制程序可以用步進(jìn)指令編寫(xiě)，用plsy指令產(chǎn)生脈沖，脈沖用y0輸出

9、，y1控制方向l畫(huà)出狀態(tài)功能圖畫(huà)出狀態(tài)功能圖l編寫(xiě)梯形圖：編寫(xiě)梯形圖：l丟步的兩個(gè)原因：丟步的兩個(gè)原因：1：負(fù)載過(guò)高：負(fù)載過(guò)高 2：驅(qū)：驅(qū)動(dòng)頻率過(guò)高動(dòng)頻率過(guò)高l所以在設(shè)置脈沖值的時(shí)候，不應(yīng)給太高所以在設(shè)置脈沖值的時(shí)候，不應(yīng)給太高的值。的值。例二：在某系統(tǒng)中，要求對(duì)某種成圈的線材按固定裁開(kāi)，例二：在某系統(tǒng)中，要求對(duì)某種成圈的線材按固定裁開(kāi)，裁剪的長(zhǎng)度可以通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)設(shè)置裁剪的長(zhǎng)度可以通過(guò)數(shù)字開(kāi)關(guān)設(shè)置099mm），切刀），切刀的時(shí)間是的時(shí)間是1s。試設(shè)計(jì)這一系統(tǒng)。滾軸的周長(zhǎng)是。試設(shè)計(jì)這一系統(tǒng)。滾軸的周長(zhǎng)是50mm。n解題過(guò)程：解題過(guò)程：n1步進(jìn)電機(jī)的選擇。步進(jìn)電機(jī)的選擇。 n 步進(jìn)電機(jī)的選擇主要考

10、慮兩方面：步進(jìn)電機(jī)的選擇主要考慮兩方面：n 一是：電機(jī)的功率。要求能拖動(dòng)負(fù)載，在本系一是：電機(jī)的功率。要求能拖動(dòng)負(fù)載，在本系統(tǒng)中，要把成圈的線材拖動(dòng)，決定于電機(jī)的工作電統(tǒng)中，要把成圈的線材拖動(dòng)，決定于電機(jī)的工作電流，工作電流越大，功率就越大。流，工作電流越大，功率就越大。n 二是：要選電機(jī)的步距角。但是如果選擇帶細(xì)二是：要選電機(jī)的步距角。但是如果選擇帶細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，步距角就沒(méi)有多大的意義，因?yàn)榉止δ艿尿?qū)動(dòng)器，步距角就沒(méi)有多大的意義，因?yàn)橥ㄟ^(guò)細(xì)分可以改變步距角。通過(guò)細(xì)分可以改變步距角。n 所以主要考慮的是電機(jī)的功率。所以主要考慮的是電機(jī)的功率。 我們選擇兩相步進(jìn)電機(jī)，步距角是我們選擇兩相步進(jìn)電機(jī)，步距角是1.8，設(shè)置為設(shè)置為5細(xì)分，所以電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周細(xì)分，所以電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周1000個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖個(gè)脈沖，每個(gè)脈