步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)介

ID:109770 · 發(fā)表于 2016-3-20 22:34

1.設(shè)計(jì)內(nèi)容
本設(shè)計(jì)主要是步進(jìn)電機(jī)的控制電路。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理，采用脈沖分配器和功率放大器使步進(jìn)電機(jī)工作。
2.設(shè)計(jì)要求
a.步進(jìn)電機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)；
b步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給速度可調(diào)，并能夠進(jìn)行步進(jìn)控制；
c步進(jìn)電機(jī)的工作方式可調(diào)
3.方案的初步選定
數(shù)控自動(dòng)進(jìn)給的私服系統(tǒng)采用：功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服裝置;電子控制部分主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制（圖1）

振蕩電路：產(chǎn)生具有一定頻率的連續(xù)脈沖信號(hào)；
分頻電路：對(duì)震蕩電路產(chǎn)生的連續(xù)信號(hào)，經(jīng)分頻電路產(chǎn)生幾種不同頻率的脈沖信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)獲得不同轉(zhuǎn)速；
脈沖分配器：將連續(xù)的脈沖信號(hào)按步進(jìn)電機(jī)的工作方式分配成步進(jìn)電機(jī)所需的脈沖信號(hào)；
驅(qū)動(dòng)電路：將脈沖分配器的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作；
速度控制電路：使步進(jìn)電機(jī)獲得不同頻率的脈沖信號(hào)，從而獲得不同的速度；
步進(jìn)電機(jī)工作方式和正反轉(zhuǎn)控制電路：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)不同的工作方式控制其正反轉(zhuǎn)
4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
4.1步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)
步進(jìn)電機(jī)作為自動(dòng)控制領(lǐng)域的主要控制元件之一，具有以下特點(diǎn)：
a。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，它可以直接接受由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號(hào)；
b�？煞奖愕貙�(shí)現(xiàn)機(jī)械移位。例如，步進(jìn)電機(jī)配合絲桿和齒輪可把角度變化為直線位移；
c，控制靈敏度高，快速啟動(dòng)停止能力，可快讀啟停
d，速度變化不失步。一般不進(jìn)點(diǎn)擊的速率為200-1000步/每秒，在速率變化時(shí)不會(huì)失步；
e，步距角變化大、精度高。在沒(méi)有齒輪減速的情況下，步距角范圍為90度-0.36度/步；
f，能精確返回原位。無(wú)論變阻式還是永磁式步進(jìn)電機(jī)，都能精確地返回電機(jī)的起始位置；
g，控制脈沖與角位移能精確同步。在單片機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中，可以利用電機(jī)控制脈沖與它的角位移精確同步的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的控制；
H控制方便，可靠，精確定位。例如在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制中，步進(jìn)電機(jī)可方便的帶動(dòng)多圈電位器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，以調(diào)節(jié)電壓或電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。
4.1.2步進(jìn)電機(jī)的類(lèi)型及選擇
常用的步進(jìn)電機(jī)有：反應(yīng)式(VR),永磁式(PM)，混合式(HB)，單相式
步進(jìn)電機(jī)
a永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩小，體積小，步進(jìn)角一般為7.5度或者15度
b反應(yīng)式一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但是噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成，定子上有多相繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；
c混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。他分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角為1。8度，五相一般為0.72度。其應(yīng)用最廣泛。
4.1.3步進(jìn)電機(jī)計(jì)算
兩相步進(jìn)電機(jī)：
齒距角：Qz=2π/Z  z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)
步距角（轉(zhuǎn)子走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度）：Qn=q=Qz/N=2π/NZ    N:步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù)；
步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=60xf/NxZ(轉(zhuǎn)/分）  f-脈沖頻率（赫茲）
4.1.4步進(jìn)電機(jī)的脈沖波形圖

4.1.5兩相步進(jìn)電機(jī)的三種工作方式；
步進(jìn)電機(jī)有兩種工作方式：
單拍，通電順序：A-B-ˉA-ˉB
雙拍，通電順序：AB-BˉA-ˉAˉB-ˉBA
兩相八拍，通電順序：A-AB-B-BˉA-ˉA-ˉAˉB-ˉB-ˉBA
a.步進(jìn)電機(jī)為兩相雙四拍運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)電機(jī)繞組通電順序?yàn)锳-B-ˉA-ˉB為正轉(zhuǎn);A
-ˉB-ˉA-B為反轉(zhuǎn)。當(dāng)N=4，步距角=Qn=q=Qz/N=2π/NZ =18度，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需的步進(jìn)數(shù)為360度/18度=20（步進(jìn)數(shù)）
b步進(jìn)電機(jī)為兩相雙四拍運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)電機(jī)繞組的通電順序?yàn)锳B-BˉA-ˉAˉB-ˉBA時(shí)為正轉(zhuǎn)；A/ˉB-/ˉB/ˉA-/ˉAB-BA為反轉(zhuǎn)。步距角及步進(jìn)數(shù)計(jì)算同上
c步進(jìn)電機(jī)為兩相八拍運(yùn)行狀態(tài)：步進(jìn)電機(jī)繞組通電順序?yàn)锳-AB-B-BˉA-ˉA-ˉAˉB-ˉB-ˉBA為正轉(zhuǎn)，通電順序?yàn)锳-AˉB-ˉB-ˉBˉA-ˉA-ˉAB-B-BA時(shí)為反轉(zhuǎn)。N=8時(shí)，步距角=Qn=q=Qz/N=2π/NZ=9度，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需步進(jìn)數(shù)為360度/9度=40步進(jìn)數(shù)。
4.1.6兩相步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
單拍的步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

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