4-3 步进电机及其驱动电路

一、步进电机工作原理,4-3步进电机及其驱动装置,典型的开环控制系统，它机将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠等机械传动部件带动工作台移动。特点：无反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制。,按电磁感应的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，三对磁极就依次产生磁场，每次仅对转子的某一对齿产生电磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步转动。,图4-4三相反应式步进电机结构,永磁式步进电动机(PM)结构,分为定子和转子两部分,工作原理：,工作过程,图4-5步进电机工作原理,三相单三拍得电时序图,ABCA或ACBA,3.三相六拍：转子每次转动150，比三相三拍控制方式步距角小一半，因而精度更高，且转换过程中始终保证有一个绕组通电，工作稳定，因此这种方式被大量采用。AABBBCCCAA或AACCCBBBAA,“单”每次只有一相绕组通电；“双”每次有两相绕组通电；“拍”一个通电循环内通电次数（即从一种通电状态转到另一种通电状态）。,三相单三拍：转子每次转动30o。缺点：1）容易失步；2）易在平衡位置发生振荡.通电顺序：ABCA或ACBA,2.三相双三拍：每次有二相绕组通电，转子转动300，且切换时总保持一相绕组通电，工作比较稳定。ABBCCAAB或ACCBBAAC,二、步进电机的主要性能指标,步距角：=3600/KmZK系数，三相三拍，K1；三相六拍，K2。定子相数；转子齿数同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。步距误差：转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误差。,1.步距角和步距误差,2.静态矩角特性,静态转矩：矩角特性：,图4-6静态矩角特性,3.启动频率,步进电机起动后，其运行速度能根据指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率。,空载时，步进电机由静止状态突然起动，并进入不失步的正常运行的最高频率，称为启动频率或突跳频率。,4.连续运行频率,5.矩频特性与动态转矩,用于描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系。动态转矩随连续运行频率的上升而下降,图6-8矩频特性,三步进电机驱动电路,驱动控制电路由环形分配器和功率放大器组成。,1.环形分配器,图4-9三相六拍环形分配器,2.高低电压驱动电路,这种电路的特点是高压充电，低压维持。步进电机的绕组每次通电时，首先接通高压，以保证电流以较快的速度上升；然后改由低压供电，维持绕组中的电流为额定值。,3.斩波驱动驱动,输入信号为低电平时，V截止，电机绕组中无电流通过。输入信号为高电平时，V导通，绕组中电流迅速上升；上升到预定值时，R反馈通过斩波电路使V截止，绕组中电流迅速下降；下降到预定值以下，R反馈通过斩波电路使V导通，绕组电流又上升。反复进行，形成一个在预定值上下波动的电流波形，近似恒流。功耗小，效率高，运行特性好。,4.细分驱动,在实际应用中，为了进一步提高进给运动的分辨率，在不改变步进电机结构的前提下，要求对步距角进一步细分。为了达到这一目的，可将绕组电流以阶梯波的方式输入，这时，电流分成多少个阶梯，则转子就以同样的步数转过一个步距角。这样将一个步距角细分成若干步的驱动方法称为细分驱动电路。,5.自动升降速原理,直线加减速或者指数加减速。,四、开环控制步进式伺服系统的工作原理,1.工作台位移量的控制控制输入脉冲总数2.工作台进给速度的控制控制输入脉冲频率3.工作台运动方向的控制控制输入脉冲信号的循环顺序方向。,作业,.什么是点位控制？什么是轮廓控制?点位控制与轮廓控制在性能要求上有何不同?.画出半闭环进给伺服系统的结构框图。.速度控制单元在整个进给伺服系统中处于什么地位?为什么说进给伺服控制是以对速度的控制为前提的?.简述脉冲比较式进给伺服系统的基本工作原理?.简述数据采样式进给伺服系统的基本工作原理。.列出7种数控机床上常用位置检测元器件，并