步進與伺服電機

機器人電機電氣控制——

步進與伺服電機的認識和使用步進電動機——將脈沖電信號變換為相應的角位移或直線位移的電機，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。一、步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理

定子——由硅鋼片疊成，有一定數(shù)量的磁極和繞組。轉(zhuǎn)子——用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)。

1、結(jié)構(gòu)一、步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理

按照力矩產(chǎn)生原理分類：激磁式（轉(zhuǎn)子有繞組） 反應式（轉(zhuǎn)子無繞組） 混合式（轉(zhuǎn)子無繞組有磁鋼）按照定子數(shù)目分類：單定子、雙定子、多定子按照定子勵磁相數(shù)分類：三相、四相、五相、六相按照各相繞組的分布規(guī)律分類：徑向分相(垂軸式)、軸向分相(順軸式)

2、分類一、步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理

3、工作原理錯位：當A相定子齒和轉(zhuǎn)子齒對齊，若和A相磁極中心對齊的轉(zhuǎn)子齒為1號齒，因B相磁極與A相磁極差120°，且120°/9°=13（1/3），故轉(zhuǎn)子齒不能與B相定子齒對齊，只有13號小齒靠近B相磁極的中心線，與中心線相差3°。一、步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理

步進電機的定子繞組每改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。?轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角越小?定子相數(shù)越多，步距角越小?通電方式的節(jié)拍越多，步距角越小一、步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理

4、步距角m——定子相數(shù)Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)C——通電方式

C=1單相輪流通電、雙相輪流通電方式

C=2單、雙相輪流通電方式

當定子繞組按一定順序輪流通電時，轉(zhuǎn)子就沿一定方向一步步轉(zhuǎn)動。因此步進電動機繞組是按一定通電方式工作的，為實現(xiàn)該種輪流通電，要將控制脈沖按規(guī)定的通電方式分配到電動機的每相繞組。

功率放大器環(huán)形分配器加減速電路脈沖混合電路加減脈沖分配電路進給脈沖至步進電機繞阻二、步進電機驅(qū)動控制

1.脈沖混合電路將脈沖進給、手動進給、手動回原點、誤差補償?shù)然旌蠟檎蚧蜇撓蛎}沖進給信號。2.加減脈沖分配電路將同時存在正向或負向脈沖合成為單一方向的進給脈沖。3.加減速電路將單一方向的進給脈沖調(diào)整為符合步進電機加減速特性的脈沖，頻率的變化要平穩(wěn)，加減速具有一定的時間常數(shù)。4.環(huán)形分配器將來自加減速電路的一系列進給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進電機定子繞阻通、斷電的電平信號，電平信號狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進給脈沖的個數(shù)及方向?qū)?.功率放大器將環(huán)形分配器輸出的mA級電流進行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器組成。二、步進電機驅(qū)動控制

三相步進電機工作方式單三拍，通電順序為：ABC；雙三拍，通電順序為：ABBCCA；三相六拍，通電順序為：AABBBCCCA；二、步進電機驅(qū)動控制

電動機旋轉(zhuǎn)方向和內(nèi)部繞組的通電順序有關(guān)，以三相步進電動機為例（單三拍）：正向旋轉(zhuǎn)通電順序：A—B—C—A反向旋轉(zhuǎn)通電順序：A—C—B—A二、步進電機驅(qū)動控制

利用單片機代替步進控制器，把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。單片機控制步進電機步進實際是用單片機產(chǎn)生一系列脈沖，先輸出一高電平（電機步進），接著利用軟件延時一段時間（到位），而后輸出一低電平（停止步進），再延時。延時長短由步進電動機的工作頻率決定。單片機控制步進電機二、步進電機驅(qū)動控制

001011100步進電機與單片機接口電路二、步進電機驅(qū)動控制

三相雙三拍步進電機控制程序流程圖二、步進電機驅(qū)動控制

伺服電動機也稱為執(zhí)行電動機，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動控制對象。驅(qū)動器交流伺服電機三、伺服電機的特點伺服電動機也稱為執(zhí)行電動機，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動控制對象。驅(qū)動器交流伺服電機三、伺服電機的特點步進電機和伺服電機的區(qū)別在于：1、控制精度不同。步進電機的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高；伺服電機取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同。一個是開環(huán)控制，一個是閉環(huán)控制。3、低頻特性不同。步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)。4、矩頻特性不同。步進電機的輸出力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降，伺服電機為恒力矩輸出。5、過載能力不同。步進電機一般不具有過載能力，而伺服電機具有較強的過載能力。三、伺服電機的特點6、運行性能不同。步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象；交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。7、速度響應性能不同；步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。三、伺服電機的特點安裝在電機后端，其轉(zhuǎn)盤（光柵）與電機同軸。伺服電機控制精度取決于編碼器精度。

1、伺服電機編碼器5V5V0V0V編碼器四、伺服電機的應用

2、驅(qū)動器數(shù)碼顯示窗口參數(shù)設(shè)置鍵計算機RS232口I/O信號接口編碼器信號接口電機電源輸入輸出接線端子主要功能：（1）根據(jù)給定信號輸出與此成正比的控制電壓UC；（2）接收編碼器的速度和位置信號；（3）I/O信號接口。四、伺服電機的應用控制模式：（1）位置控制模式——最大輸入脈沖頻率500KPPS（微分接收器）和200KPPS（用于開路收集器）。（2）速度控制模式——模擬速度指令輸入：0～±10V/額定轉(zhuǎn)速。（3）力矩控制模式——模擬力矩指令輸入：0～±10V/最大力矩。

2、驅(qū)動器四、伺服電機的應用交流伺服電機系統(tǒng)接線示意圖交流伺服電機驅(qū)動器連接AC220VI/O板3、交流伺服電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四、