步进电动机传动控制系统课件

步進電動機傳動控制系統11.1步進電動機結構與工作原理

步進電動機是一種將電脈衝信號轉換成機械位移的機電執行元件。

步進電動機的分類：工作原理反應式永磁式混合式輸出轉矩大小快速步進電機功率步進電機勵磁相數二、三、四、五、六、八相等角位移輸入脈衝個數運行速度輸入脈衝頻率一、步進電動機的組成

如圖所示為一臺三相反應式步進電動機的結構示意圖

定子：由定子鐵心、繞組、絕緣材料等組成

勵磁繞組由外部脈衝信號對各相繞組輪流勵磁。如圖所示。

轉子：由轉子鐵心、轉軸等組成。轉子鐵心是由矽鋼片或軟磁材料疊壓而成的齒形鐵心。二、步進電動機的工作原理

給A相繞組通電時，轉子位置如圖（a），轉子齒偏離定子齒一個角度。由於勵磁磁通力圖沿磁阻最小路徑通過，因此對轉子產生電磁吸力，迫使轉子齒轉動，當轉子轉到與定子齒對齊位置時(圖b)，因轉子只受徑向力而無切線力，故轉矩為零，轉子被鎖定在這個位置上。由此可見：錯齒是助使步進電機旋轉的根本原因。工作原理T11-2.SWF

結論：通電順序為A—B－Ｃ－Ａ時，轉子按順時針方向一步一步轉動通電順序改為A－Ｃ－Ｂ－Ａ，時，轉子按逆時針方向一步一步轉動。T11-3.SWF三、步進電動機的通電方式1.單相通電方式：指對每相繞組單獨輪流通電，對於三相步進電動機：正轉：A－B－Ｃ－Ａ時，轉子按順時針方向一步一步轉動。反轉：A－Ｃ－Ｂ－Ａ時，轉子按逆時針方向一步一步轉動。

2.單、雙拍工作方式：正轉：A-AB-B-BC-C-CA-A

反轉：A-CA-C-BC-B-AB-A3.雙拍工作方式：正轉：AB-BC-CA-AB

反轉：AC-CA-BC-AC

四、步進電動機的步距角

由一個通電狀態改變到下一個通電狀態時，電動機轉子所轉過的角度稱為步距角。T11-2.SWF

＝360/ZKm

其中：Z－轉子齒數

m－定子繞組相數

K－通電係數K=1,2

若二相步進電動機的Z=100，單拍運行時，其步距角若按單、雙通電方式運行時，步距角

由此可見，步進電動機的轉子齒數Z和定子相數(或運行拍數)愈多，則步距角愈小，控制越精確。當定子控制繞組按著一定順序不斷地輪流通電時，步進電動機就持續不斷地旋轉。如果電脈衝的頻率為f(HZ)，步距角用弧度表示，則步進電動機的轉速為：五、步進電動機的主要性能指標1.步距角2.最大工作頻率：在轉子不失步的情況下，電動機連續工作時，輸入脈衝信號的最大頻率。T11-2.SWF3.最大突跳頻率：在轉子不失步的情況下，電動機能增加和減小的最大頻率。4.步距差：理想的步矩角與實際的步矩角之差。5.輸出轉矩：電動機軸上的輸出轉矩的大小

步進電動機的輸出轉矩與脈衝頻率的函數關係稱為矩頻特性。13.2步進電動機的驅動電源

一、驅動電源的組成脈沖分配器功放電路三相步進電機負載功率電源分配器電源功放電路功放電路功率放大器步進脈衝方向信號ABC脈衝分配器+功率放大電路1.脈衝分配器

當方向電平為低時，脈衝分配器的輸出按A-B-C的順序迴圈產生脈衝。

當方向電平為高時，脈衝分配器的輸出按A-C-B的順序迴圈產生脈衝。

2.功率放大器

將脈衝分配器的輸出信號進行電流放大後給電動機的定子繞組供電，使電動機的轉子產生輸出轉矩。二、步進電動機的脈衝分配器

步進電動機的脈衝分配器可由硬體或軟體方法來實現。

硬體環形分配器：由計數器等數字電路組成的。有較好的回應速度，且具有直觀、維護方便等優點。

軟體環分：由電腦介面電路和相應的軟體組成的。受到微型電腦運算速度的限制，有時難以滿足高速即時控制的要求。

1.硬體環形分配器

A相B相C相序號控制信號狀態輸出狀態導電繞組CAJCBJCCJQAQBQC0110100A1010110AB2011010B3001011BC4101001C5100101CA6110100A2．軟體環形分配

軟體環分的方法是利用電腦程式來設定硬體介面的位狀態，從而產生一定的脈衝分配輸出。

1)輸出介面8031單片機本身包含4個8位I/O端口，分別為P0、P1、P2、P3。

輸出介面是將電腦的輸出端與步進電動機的每相繞組一一對應起來。

若要實現三相步進電動機的脈衝分配，需要三根輸出口線，本例中選P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作為脈衝分配的輸出。2)輸出模型

如果三相步進電動機按單、雙拍通電方式工作，即:

正轉：A-AB-B-BC-C-CA

反轉：A-AC-C-CB-B-BC

根據8031單片機的基本原理，對P1.0、P1.1、P1.2位編程使其按表規定改變輸出狀態就實現了三相六拍分配任務。P1.7通電相XXXXX001AXXXXX011ABXXXXX010BXXXXX110BCXXXXX100CXXXXX101CAP1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P1.6P1輸送的內容依次為：01HA03HAB02HB06HBC04HC05HCA正轉反轉輸出模型3)控制程式

按正轉和反轉的要求將輸出模型向P1口發送，並控制步進電動機的速度。

設輸出模型存放在記憶體中，首地址為2000H，地址指針為DPR,初始值為2000H。初始化正轉（DPR）→P1

調用延時副程式(DPR)=05HDPR-5→DPRPR+1→DPR（DPR）→P1

調用延時副程式(DPR)=01HPR+5→DPRDPR-1→DPRNNNYYY三、步進電動機的功率放大電路

步進電動機的功率驅動電路實際上是一種脈衝放大電路，使脈衝具有一定的功率驅動能力。

由於功率放大器的輸出直接驅動電動機繞組，因此，功率放大電路的性能對步進電動機的運行性能影響很大。

1.單電壓驅動電路

L－是電動機繞組VT－開關電晶體

電阻R兩端並聯電容C，