机电一体化液压伺服系统设计

液压伺服系统设计专业：机电一体化技术年级：学生姓名：指导教师：摘要机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合产物；是正在发展和逐步完善一门新兴边缘学科。机电一体化使机械工业技术结构、产品结构、功效与组成、生产方式及管理体系发生了巨大改变使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征发展阶段。本设计中提到微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功效动作进行程序控制一个自动化机械加工设备。采取微机数控机床进行机械加工最大优点是能够有效地提升中、小批零件加工生产率确保加工质量。另外，因为微型计算机具备价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点微机数控机床一次性投资比全功效数控机床节约得多，且又便于通常工人掌握操作和维修。所以将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计发展方向之一。本设计中用到步进电机是一个将数字信号直接转换成角位移或线位移控制驱动元件具备快速起动和停顿特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同时；具备较高重复定位精度并能实现正反转和平滑速度调整。它运行速度和步距不受电源电压波动及负载影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。目录摘要 1第1章总体方案设计 21.1总体分析 21.2方案框图 2第2章单元模块设计 22.1键盘与显示模块 22.1.1模块工作原理 32.1.2芯片CH452介绍 32.1.3芯片CH452特点 42.1.4显示驱动原理 52.1.5键盘扫描原理 62.2单片机控制单元 72.2.1控制原理 72.2.2光电耦合电路 82.2.3芯片介绍 92.3串行通信模块 122.3.1RS232通信协议 122.3.2串行通信电路 13第3章电机与电气控制电路设计 143.1步进电机模块 143.1.1步进电机工作原理 143.1.2步进电机频率特征 163.2交流电机正反转控制原理 173.3交流电机星—三角形开启 193.4电气元件介绍 20总结 22致谢 23参考文件 24第1章总体方案设计1.1总体分析此次设计实现是一两座标步进电机驱动运开工作台控制系统设计。设计采取单片机对系统进行控制，单片机包含键盘与显示控制、与PC机串口通讯、以及电机输入输入输出信号控制。电机输入信号包含报警监测，在机床边缘利用一个靠近开关即可实现此目标。1.2方案框图单片机作为控制关键：首先对机床运动方向和位移量进行控制，另外还将与键盘对应位移信息显示在LED上，并实现与PC机通信。第2章单元模块设计2.1键盘与显示模块伴随电子及计算机技术飞速发展，涌现出了许多智能型芯片，ＩＮＴＥＬ、ＡＴＭＥＬ、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ、ＭＯＴＯＲＯＬＡ和ＰＨＩＬＰＳ等企业都推出了一系列满足不一样行业多个需求单片机芯片，ＣＰＵ价格也从９０年代初成百元降至如今最廉价芯片只有数元，而一些功效单一外围接口芯片，越来越多地被功效强大、灵活方便智能型芯片所代替。我们使用ＡＴＭＥＬ企业生产８９Ｃ２０５１设计出了键盘ＬＥＤ显示模块，功效上比传统键盘显示接口芯片８２Ｃ７９强，而成本仅有后者１／３。ＡＴ８９Ｃ２０５１介绍,ＡＴ８９Ｃ２０５１属于ＭＣＳ５１家族，它同大家熟悉８０３１单片机相比，Ｉ／Ｏ口降低到１５个，其它配置和性能不减，指令完全兼容，片内具备２Ｋ字节ＦＬＡＳＨ存贮器，电擦写编程次数可达成１０００次，数据可保留１０年。其中Ｐ３．０、Ｐ３．１口第二功效能够作串行口使用，Ｐ１口可直接驱动ＬＥＤ显示器，其中Ｐ１．０、Ｐ１．１能够看成比较器输入端。２模块原理模块原理图见图１。键盘显示模块可外接４×８＝３２键，８位ＬＥＤ显示器（能够扩展至１６位），它经过串行口同主控设备进行数据通信。下面分别加以介绍。2.1.1模块工作原理本单元模块电路功效是经过对片机编程,使当前按键信息在8个LED上显示出来，由芯片CH452来对数码管进行驱动，并对键盘进行扫描。图3.1所表示为一来个八位LED动态显示电路。在同一时刻，假如各位位选线都处于选通状态话，8位LED将显示相同字符。若要各位LED能够同时显示出与本位对应显示字符，就必须采取动态显示方式；即在某一时刻；只让某一位位选线处于选通状态；而其余各位位选线则处于关闭状态；同时，段码线上输出对应位要显示字符段码。这么；在同一时刻；8位LED中只有选通那一位显示出字符；而另一位则是熄灭。一样；在下一时刻；只让下一位位选线处于选通状态，在段码线上输出将要显示字符段码；则同一时刻；只有选通位显示出对应字符，而其余各位则是熄灭。如此循环下去，就能够使两位分别显示出将要显示字符。即使这些字符是在不一样时刻出现，而在同一时刻，只有一位显示，其余各位熄灭，但因为LED显示器余辉和人眼视觉暂留作用；只要每位显示间隔时间足够短则能够造成多位同时亮假象达成同时显示效果。键盘扫描原理与数码管扫描显示原理类似,依次将矩阵键盘某行或某列置一再逐一判断改行或该列上是否有信号为高，有则说明两座标相交处按键按下了。2.1.2芯片CH452介绍CH452是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH452内置时钟振荡电路,能够动态驱动8位数码管或者64位LED，具备BCD译码、闪烁、移位、段位寻址、光柱译码等功效,同时还能够进行64键键盘扫描，CH452经过能够级联4线串行接口或者2线串行接口与单片机等交换数据,而且能够对单片机提供上电复位信号。图3.2CH452工作原理2.1.3芯片CH452特点1、显示驱动内置电流驱动级段电流大于15mA,字电流大于80mA。动态显示扫描控制直接驱动8位数码管、64位发光管LED或者64级光柱。可选数码管段与数据位相对应不译码方式或者BCD译码方式。BCD译码支持一个自定义BCD码,用于显示一个特殊字符。数码管字数据左移、右移、左循环、右循环。各数码管数字独立闪烁控制可选快慢两种闪烁速度。任意段位寻址，独立控制各个LED或者各数码管各个段亮与灭。64级光柱译码，经过64个LED组成光柱显示光柱值。扫描极限控制，支持1到8个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。能够选择字驱动输出极性，便于外部扩展驱动电压和电流。2、键盘控制内置64键键盘控制器，基于8×8矩阵键盘扫描。内置按键状态输入下拉电阻内置去抖动电路。键盘中止能够选择低电平有效输出或者低电平脉冲输出。提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放。支持按键唤醒，处于低功耗节电状态中CH452能够被部分按键唤醒。3、外部接口同一芯片，可选高速4线串行接口或者经济2线串行接口。4线串行接口支持多个芯片，级联时钟速度从0到2MHz兼容CH451芯片。4线串行接口DIN和DCLK信号线能够与其它接口电路共用，节约引脚。2线串行接口支持两个CH452芯片并联，由ADDR引脚电平设定各自地址。2线串行接口时钟速度从500Hz到200KHz兼容两线I2C总线，节约引脚。内置上电复位，能够为单片机提供高电平有效和低电平有效复位输出。4、其它内置时钟振荡电路，不需要外部提供时钟或者外接振荡元器件,更抗干扰。支持低功耗睡眠，节约电能，能够被按键唤醒或者被命令操作唤醒。可选两种封装，SOP28、DIP24S引脚与CH451芯片兼容。经过授权采取了1项专利技术，低成本，简便易用。2.1.4显示驱动原理CH452对数码管和发光管采取动态扫描驱动，次序为DIG0至DIG7，当其中一个引脚吸入电流时，其它引脚则不吸入电流。CH452内部具备电流驱动级，能够直接驱动0.5英寸至1英寸共阴数码管段，驱动引脚SEG6SEG0，分别对应数码管G段、A段驱动引脚SEG7，对应数码管小数点，字驱动引脚DIG7、DIG0分别连段8个数。CH452支持扫描极限控制，而且只为有效数码管分配扫描时间。当扫描极限设定为1时，唯一数码管DIG0将得到全部动态驱动时间，从而等同于静态驱动；当扫描极限设定为8时，8个数码管DIG7。DIG0各得到1/8动态驱动时间；当扫描极限设定为4时，4个数码管DIG3DIG0各得到1/4动态驱动时间，此时各数码管平均驱动电流将比扫描极限为8时增加一倍，所以降低扫描极限能够提升数码管显示亮度。CH452内部具备8个8位数据存放器用于保留8个字数据，分别对应于CH452所驱动8个数码管或者8组每组8个发光二极管。CH452支持数据存放器中字数据左移、右移、左循环、右循环，而且支持各数码管独立闪烁控制，在字数据左右移动或者左右循环移动过程中，闪烁控制属性不会随数据移动。CH452支持任意段位寻址能够用于独立控制64个发光管LED中任意一个或者数码管中特定段，比如小数点：段位编址次序与键盘编址一致，编址从00H到3FH。当用“段位寻址置1”命令将某个地址段位置1后，该地址对应发光管LED或者数码管段会点亮。该操作不影响任何其它LED或者数码管其它段状态。CH452支持64级光柱译码用64个发光管或者64级光柱表示65种状态，加载新光柱值后，编址小于指定光柱值发光管会点亮，而大于或者等于指定光柱值发光管会熄灭。CH452默认情况下工作于不译码方式，此时8个数据存放器中字数据位7位0分别对应8个数码管小数点和段G，段A对于发光二极管阵列，则每个字数据数据位唯一地对应一个发光二级管。当数据位为1时，对应数据管段或者发光管就会点亮，当数据位为0时则对应数据管段或者发光管就会熄灭。比如，第三个数据存放器位0为1，所以对应第三个数码管段A点亮。经过设定，CH452还能够工作于BCD译码方式，该方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数BCD码，由CH452将其译码后直接驱动数码管显示对应字符。BCD译码方式是指对数据存放器中字数据位4位0进行，BCD译码控制段驱动引脚SEG6、SEG0输出，对应于数码管段G段A；同时用字数据位7控制段驱动引脚SEG7输出，对应于数码管小数点，字数据位6和位5不影响BCD译码。下表为数据存放器中字数据位4、位0进行BCD译码后，所对应段G、段A，以及数码管显示字符。参考下表，假如需要在数码管上显示字符0，只要置入数据0xx00000B或者00H，需要显示字符0.0带小数点只要置入数据1xx00000B或者80H。类似地，数据1xx01000B或者88H对应于字符8.8带小数点数据0xx10011B或者13H，对应于字符=数据0xx11010B或者1AH对应于字符.小数点，数据0xx10000B或者10H对应于字符，空格数码管没有显示。数据0xx11110B或者1EH，对应于自定义特殊字符，由“自定义BCD码”命令定义。2.1.5键盘扫描原理CH452键盘扫描功效支持8×8矩阵64键键盘。在键盘扫描期间，DIG7——DIG0引脚用于列扫描输出SEG7SEG0，引脚都带有内部下拉电阻，用于行扫描输入。当启用键盘扫描功效后4线串行接口中DOUT，引脚功效由串行接口数据输出变为键盘中止输出以及按键数据输出。CH452定时在显示驱动扫描过程中插入键盘扫描。在键盘扫描期间，DIG7、DIG0引脚按照DIG0至DIG7次序依次输出高电平，其余7个引脚输出低电平，SEG7——SEG0引脚输出被禁止。当没有键被按下时，SEG7——SEG0都被下拉为低电平；当有键被按下时，比如连接DIG3与SEG4键被按下；则当DIG3输出高电平时SEG4检测到高电平，为了预防因为按键抖动或者外界干扰而产生误码，CH452实施两次扫描只有当两次键盘扫描结果相同时，按键才会被确认有效。假如CH452检测到有效按键，则统计下该按键代码，并经过4线串行接口中DOUT引脚或者2线串行接口中INT#引脚产生低电平有效键盘中止；当INTM为1时输出低电平脉冲中止，参考5.5节和5.6节中说明此时单片机能够经过串行接口读取按键代码，在没有检测到新有效按键之前；CH452不再产生任何键盘中止。CH452不支持组合键，也就是说，同一时刻，不能有两个或者更多键被按下，假如多个键同时按下，那么按键代码较小按键优先。CH452所提供按键代码为7位，位2、位0是列扫描码，位5、位3是行扫描码。位6是状态码键，按下为1键释放为0。比如，连接DIG3与SEG4键被按下，则按键代码是1100011B或者63H键被释放后按键代码通常是0100011B或者23H，也可能是其它值，不过必定小于40H其中，对应DIG3列扫描码为011B，对应SEG4行扫描码为100B。单片机能够在任何时候读取按键代码，但通常在CH452检测到有效按键而产生键盘中止时读取按键代码，此时按键代码位6总是1另外，假如需要了解按键何时释放，单片机能够经过查询方式定时读取按键代码，直到按键代码位6为0。下表是在DIG7、DIG0与SEG7、SEG0之间8×8矩阵次序编址，既是按键编址，也是数码管段位、发光管LED阵列以及光柱编址。因为按键代码是7位键，按下时位6总是1，所以当键按下时，CH452所提供实际按键代码是表中按键编址加上40H，也就是说，此时按键代码应该在40H到7FH之间。2.2单片机控制单元单片机是微控制器，他是需要独立工作51单片机工作电压是5V（TTL电平）或CMOS电平工作电流不能太大，要求高还需要稳压单片机,具备体积小、功耗低、控制功效强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不一样类型传感器，可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量测量。采取单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功效比起采取电子或数字电路愈加强大。2.2.1控制原理此次设计是以单片机为关键进行设计，在整个单片机控制系统中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是控制系统最关键器件。本系统中选取与MCS-51系列完全兼容AT89C52单片机，AT89C52可组成真正单片机最小应用系统，缩小系统体积，提升系统可靠性，降低系统成本。89C52P2口输出矩形脉冲信号直接控制步进电机正反转，两台电机需4个控制信号，一根信号线备用。工作台上行程开关检测信号经光电隔离器件后送到单片机，这么能够实现单片机与电机工作电路隔离，起到了抗干扰和保护作用，也有3个备用。工作台工作时指示灯则由P14-P17和T0、T1控制，分别用于提醒操作人员工作台是在哪个坐标上朝哪个方向运动2.2.2光电耦合电路电机那个输入信号先经光电耦合器后送至单片机处理，这是因为步进电机大功率、高电平会对单片机产生较严重干扰，不能直接把单片机产生控制信号直接连在步进电机上;需要进行强弱电隔离。在实际利用中，对于强弱电隔离通常采取电子开关方法或光电隔离方法，在这里我们采取光电隔离方法，如图3.3所表示，光电耦合器件是把发光器件(如发光二极管)和光敏器件(如光敏三极管)集成在一起，经过光线实现耦合组成电--光和光--电转换器件2.2.3芯片介绍设计所使用单片机AT89C52是美国ATMEL企业生产低电压，高性能COMS8位单片机，如图3.5基本外围电路图所表示。它片内含有8kbytes可重复檫写只读程序存放器，PEROM和256bytes随机存放数据存放RAM器件采取ATMEL企业高密度、非易失性技术生产与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器CPU和Flash存放单元，功效强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场所。AT89C52提供以下标准功效8k字节Flash闪速存放器，256字节内部RAM、32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中止结构，一个全双工川行通信口片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方式停顿CPU工作，但允许RAM定时/计数器，串行通信口及中止系统继续工作。掉电方式保留RAM中内容，但振荡器停顿工作并禁止其它全部部件工作直到下一个硬件复位。AT89C52内部逻辑框图如图3.6所表示其管脚功效以下:(1)电源引脚Vcc(40引脚)接+5V电源。Vss(20引脚)接地。(2)时钟引脚2个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内反向放大器组成了一个晶体振荡器它为单片机提供了时钟控制信号。两个引脚也能够外接独立晶体振荡器。XTAL1、19引脚，接外部晶体一个引脚。该引脚内部是一个反向放大器输入端，这个反向放大器组成了片内振荡器。XTAL1、8引脚，接外部晶体另一端，在该引脚内部接至内部反向放大器输出端。若采取外部时钟振荡器时看该引脚接收时钟振荡器信号。(3)控制引脚这类引脚提供控制信号，有引脚还有复用功效。RST/VPD(9引脚)RSTRESET是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚上加上连续时间大于两个机器周期高电平时，就能够完成复位工作。在单片机正常工作时，此引脚应为≤0.5V低电平。VPD为本引脚第二功效，即备用电源输入端。ALE/PROG、30引脚，ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作以后，ALE引脚不停输出正脉冲信号。当单片机访问外部存放器时，ALE输出信号负跳沿用于单片机发出低8位地址经外部锁存器锁存锁存控制信号。PROG为本引脚第二功效，为低电平有效。在对片内EPROM型单片机编程写入，此引脚作为编程脉冲输入端。PSEN29引脚程序存放器允许输出控制端，为低电平有效。在单片机访问外部程序存放器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存放器选通信号。EA/VPP31引脚EA功效为内外程序存放器选择控制端，为低电平有效。EA为高电平时，单片机访问片内程序存放器，反之则选择片外程序存放器。VPP为本引脚第二功效。在对Flash闪速存放器编程时，该引脚加上+12V或是+5V编程允许电源。(4)I/O口引脚P0口双向8位三态I/O口，此口为地址总线，低8位及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。P1口8位准双向I/O口可驱动4个LS型TTL负载。P2口8位准双向I/O口与地址总线，高8位复用，可驱动4个LS型TTL负载。P3口8位准双向I/O口双功效复用口，可驱动4个LS型TTL负载。除此之外P3口还有第二功效，如表3.2所表示2.3串行通信模块2.3.1RS232通信协议1RS-232C标准介绍串行通信接口标准中RS-232C是现在最惯用一个串行通信接口。RS-232C标准全称是EIA-RS-232C标准，该标准对串行通信连接电缆和机械、电气特征、信号功效以及传输过程都进行了明确要求，适合于数据传输速率在0-20kb/s范围内通信。RS-232C推荐最大电缆长度为15m实际通信中能够以降低通信速率为代价适当延长通信距离。假如要实现长距离传输数百米，需要使用专门长线驱动器来延长RS-232C通信距离。2RS232C中引脚定义和电气特征RS-232C中定义了20根信号线，使用25芯D型连接器DB25实现，日后为了简化串口线路连接，出现了9芯D型连接器DB9、DB9引脚分布和信号。RS-232C标准电气特征参数有带3-7KΩ时驱动器输出电平、输出开路时接收器输出逻辑、输入经300Ω接地时接收器输出逻辑和驱动器转换速率等。不一样于传统TTL等数字电路逻辑电平，RS-232C逻辑电平以公共地为对称，其逻辑“0”电平要求在+3V-+25V之间，逻辑“1”电平要求在-3V—25V之间，所以需要使用正负极性双电源供电。因为其与TTL等数字电路逻辑电平不兼容，所以二者之间连接必须使用电平转换。通常使用中，只需要连接好TXD、RXD、DSR、RTS、GND5根线即可正常通信。假如去掉握手信号，最少使用3根线即可实现正常串口通信。2.3.2串行通信电路RS-232C接口电路包含RS-232C接口电平转换部分和RS-232C总线连接部分。RS-232C标准逻辑电平与TTL电平之间转换用MAX232芯片实现，单片机TXD、RXD分别连到MAX232T2in、R1out端。在RS-232C总线连接上采取最简单三线连接模式，即连接DB9TXD、RXD和GND三端。第3章电机与电气控制电路设计3.1步进电机模块步进电动机是一个将电脉冲信号转换成对应角位移或线位移电动机，它运行需要专门驱动电源，驱动电源输出受外部脉冲信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定角度，这个角度称为步距角。脉冲数量决定了旋转总角度，脉冲频率决定了电动机旋转速度，改变绕组通电次序能够改变电机旋转方向。在数字控制系统中，它既能够用作驱动电动机，也能够用作伺服电动机。图4.1三相反应式步进电机工作原理图3.1.1步进电机工作原理步进电机是机电一体化关键部件之一，被广泛应用于需要精准定位、同时、行程控制等场所。一、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以200个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18度其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲次序来控制。二、步进电动机励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。图为步进电动机控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B励磁信号，即可控制步进电动机转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。所以，依序不停送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。分述以下:A、1相励磁法在每一瞬间只有一个线圈导通，消耗电力小，精准度良好但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走1.8度。若欲以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁次序如图所表示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。B、2相励磁法在每一瞬间会有二个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为现在用最多励磁方式，每送一励磁信号可走1.8度。若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁次序如图所表示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。C、1-2相励磁法为1相与2相轮番交替导通。因分辨率提升，且运转平滑，每送一励磁信号可走0.9度，故亦广泛被采取。若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁次序如图所表示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励磁次序A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A3、步进电动机负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。下面介绍是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，以下列图所表示：步进机次序从0到1称为一步，电机轴将转过18度0-1-2-3-4，则称为通电一周转轴将转过72度，若循环进行这种通电一周操作，电机便连续转动起来，而进行相反通电次序如4-3-2-1，将使电机同速反转。通电一周周期越短，即驱动频率越高则电机转速越快，但步进电机转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定时间若信号频率过高，可能造成电机失步，甚至只在原步颤动。对于一个步进电机，假如它转子齿数为Nr它齿距角z为z=2Π/Nr，而步进电机运行k拍可使转子转动一个齿距位置。实际上步进电机每一拍就执行一次步进所以步进电机步距角s。比如:对于三相反应式步进电机而言，工作方式有三拍和六拍之分。三拍就是在转动一个齿距时换相三次，六拍则是换相六次。而在三拍方式中还有单三拍和双三拍之分。从公式可知，为了使步进电机工作步距角s减小，也即使控制精度增高步进电机在相数一定情况下应增加工作拍数。3.1.2步进电机频率特征对于反应式步进电机，在其绕组中通电相序不一样时步进电机旋转方向和步进精度有所不一样，步进电机对绕组通电频率有一定要求。假如通电频率过高，超出步进电机最大步进速度，就会产生失步。通常步进电机通电频率，即起动频率为50步，秒到步秒。步进电机频率特征曲线是步进电机工作频率及其对应转动力矩所作出曲线，经典步进电机频率特征曲线如图2所表示。步进电机频率特征曲线和很多原因关于，这些原因包含步进电机转子直径、转子铁心有效长、控制线路电压、齿数、齿形、齿槽比、步进电机内部磁路、绕组绕线方式、定转子间气隙、转动一个齿距所需拍数等。在使用中会影响到步进电机频率特征而又能由用户确定原因有，控制拍数、控制线路电压、线路时间常数等。下面分析这几个原因对步进电机频率特征影响。(1)工作方式对频率特征影响在步进电机应用中它工作方式是以一个齿距所用拍数来表示。拍数本质上也就是转动一个齿距所需电源电压换相次数，值得指出是换相是指对步进电机各相绕组进行转换，而电源电压是单极性固定。通常而言反应式电机拍数越多矩频特征就越好，所以设计中应选择多拍控制方式。(2)线路时间常数对频率特征影响步进电机每相绕组供电都是经过功率开关电路进行，步进电机一相绕组开关电路如图3.2所表示。其中L为步进电机绕组电感RL为绕组电阻,Rc为晶体管T集电极电阻,D是续流二极管,它为绕组放电提供回路,晶体管T是大功率开关管。Rc也是个外接功率电阻,它是一个消耗性负载,一通常为数欧姆。这时线路时间常数Tj，其中L单位为亨Rc、RL单位为欧姆Tj单位为秒。3.2交流电机正反转控制原理步进电机一线绕组开关回路，开关回路时间常数Tj对注入电机绕组电流达成稳定值时间有极大关系，它影响到步进电机工作频率。而且有Tj越小，电流达稳定时间小，对应电机工作频率高，反之Tj越大，电流达稳定时间长，电机工作频率低。从公式可知，要降低Tj，能够采取增大Rc方法。不过增大Rc时，又会使稳态电流值减小，从而影响电机力矩。为了降低Tj，而不使稳态电流减小，可采取在增大Rc同时，也提升供电电压方法。(1)在高频应用中，要尽可能减小，以改进步进特征，所以常在开关回路中采取较大Rc，同时也提升回路电源电压U，但这么也会使效率降低在低频段工作时也会使步进电机振荡加剧。在实际中，可依照客观情况来考查选择恰当外部电阻Rc，使步进电机处于适宜工作频率状态。(2)开关回路电压对频率影响在通常应用中，开关电路脉宽和流人绕组电流最大值，必定会随开关电路换相频率提升而对应减小，开关电路产生控制电压是以矩形波方式加在绕组上。伴随换相频率提升，矩形脉冲电压波频率对应提升这么，矩形脉冲电压宽度和周期也就会变小，当矩形脉冲电压窄到一定程度，流入电机绕组电流就无法达成稳定值I，步进电机就难以步进工作了。为了确保在矩形脉冲电压相当窄时，也即频率足够高时，步进电机仍能正常步进工作，能够提升开关回路电压。开关回路加到绕组是矩形脉冲电压，故电流也是脉冲。在步进电机中要设法增大起动电流，以提升步进电机转动力矩，即提升其工作频率。因为步进电机是感性负载，所以进入绕组电流脉冲是以指数形式上升。要实现三相鼠笼型异步电动机正反转控制，只要把三相线当中任意两相调换一下位置就能够了。如图4.4所表示，假如接触器KM1闭合时电动机正转，则当接触器KM1断开，接触器KM2闭合时，电动机就会反转。从图中我们能够看出，要改变三相交流电机旋转方向，只需要任意交换其中两相就能够达成目标。图中各元器件作用如表所表示表4.2元器件作用列表3.3交流电机星—三角形开启对于正常运行时定子绕组接成三角形鼠笼型异步电动机在开启时为了保护电动机，通常采取Y/△降压开启方法来达成限制开启电流目标。Y/△降压开启原理如图1所表示在开启过程中将电动机定子绕组接成星形即接触器KMY闭合，此时电动机每相绕组承受电压为额定电压3/1开启电流为三角形接法时开启电流1/3。