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1、第二节开环步进式伺服系统第1页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第2页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2.1步进电机工作原理步进电机工作原理按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例）按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例）反反应应式式步步进进电电机机的的定定子子上上有有磁磁极极，每每个个磁磁极极上上有有激激磁磁绕绕组组，转转子子无无绕绕组组，有有周周向向均均布布的的齿齿，依依靠靠磁磁极极对齿的吸合工作。对齿的吸合工作。6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统定子定子转子转子定子绕组定子绕组第3页
2、，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统AB定子定子转子转子IAIBIC两个相对的磁极两个相对的磁极组成组成一相一相。注意：注意：这里的这里的“相相”和三相和三相交流电中的交流电中的“相相”的概念不同。的概念不同。步进电机通的是步进电机通的是电脉冲，主要是电脉冲，主要是指线图的联接和指线图的联接和组数的区别。组数的区别。第4页，共57页，编辑于2022年，星期二1 1根据相数分类根据相数分类有有三、四、五、六相三、四、五、六相等，相数越多，步距角越小，等，相数越多，步距角越小，通电方式采用通电方式采用m m相相m m拍、双拍、双m m
3、拍和拍和m m相相2m2m拍，拍，m m相相m m拍和拍和m m相相2m2m拍通电方式中，可采用一拍通电方式中，可采用一/二相、二三相转换通电，二相、二三相转换通电，如五相步进电机，五相十拍的二三相转换方式：如五相步进电机，五相十拍的二三相转换方式：ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEAB ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEAB 6.2.3 步进电机的分类步进电机的分类 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第5页，共57页，编辑于2022年，星期二 根根据据定定子子与与转转子子间间磁磁场场建建立立方方式式，可可分分：反反应应式式、永永磁反应式（
4、混合式）两类。磁反应式（混合式）两类。反应式步进电机反应式步进电机：定子有多相磁极，其上有励磁绕组，：定子有多相磁极，其上有励磁绕组，转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产转子无绕组，用软磁材料制成，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行生反应力矩实现步进运行永磁反应式步进电机永磁反应式步进电机：定子结构与反应式相似，转子用永：定子结构与反应式相似，转子用永磁材料制成或有励磁绕组、由电磁力矩实现步进运行。磁材料制成或有励磁绕组、由电磁力矩实现步进运行。2根据产生力矩的原理分类根据产生力矩的原理分类 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第6页，共57页，
5、编辑于2022年，星期二可将步进电机分两类：伺服步进电机可将步进电机分两类：伺服步进电机 功率步进电机功率步进电机伺服步进电机伺服步进电机（快速步进电机），输出力矩在几十数（快速步进电机），输出力矩在几十数百百Nm，只能带动小负载，加上液压扭矩放大器可，只能带动小负载，加上液压扭矩放大器可驱动工作台。驱动工作台。功率步进电机功率步进电机输出力矩在输出力矩在550Nm以上，能直接驱动以上，能直接驱动工作台。工作台。3根据输出力矩的大小分类根据输出力矩的大小分类 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第7页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱
6、动控制系统步进电机及其驱动控制系统4根据结构分类根据结构分类 步进电机可制成步进电机可制成轴向分相式（多段式）轴向分相式（多段式）径向分相式（单段式）径向分相式（单段式）第8页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统步进电机的工作方式步进电机的工作方式(通电顺序通电顺序)可分为：可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。1 1）三相单三拍：）三相单三拍：（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A 相相 B 相相 C
7、 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为：A 相相 C 相相 B 相相 第9页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统1 1）三相单三拍工作方式：）三相单三拍工作方式：第10页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统BACCBA3412A 相通电使相通电使转子转子1、3齿齿和和 AA 对齐对齐B ACCBA3412BBACCAB相通电，相通电，转子转子2、4齿齿和和B相轴线相轴线对齐对齐CC相通电，相通电，转子转子1、3齿齿和和C相轴线相轴线对齐对齐3412ABC1324AB
8、C1324A第11页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序。）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序。（3）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自锁）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自锁转矩，容易产生失步，只有一相绕组产生力矩吸引转子，转矩，容易产生失步，只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡在平衡位置易产生振荡。第12页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6
9、.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统2)三相六拍工作方式三相六拍工作方式通电顺序为：通电顺序为：AABBBCCCAA 六拍。六拍。第13页，共57页，编辑于2022年，星期二通电顺序通电顺序AABBBCCCAA（逆时针）（逆时针）AACCBCBCAA（顺时针）（顺时针）每步转过每步转过15，步距角是三相三拍工作方式的一半，步距角是三相三拍工作方式的一半，特点特点：电机运转中始终有一相定子绕组通电，运转比较平稳。：电机运转中始终有一相定子绕组通电，运转比较平稳。6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第14页，共57页，编辑于2022年，星期二3)双三拍
10、工作方式双三拍工作方式定子绕组通电顺序为定子绕组通电顺序为ABBCCAAB（转子逆时针旋转）（转子逆时针旋转）ACBCCA（转子顺时针旋转）（转子顺时针旋转）有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍旋转有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍旋转30。特点特点：始终有一相定子绕组通电，工作比较平稳。避：始终有一相定子绕组通电，工作比较平稳。避免了单三拍通电方式的缺点免了单三拍通电方式的缺点6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第15页，共57页，编辑于2022年，星期二 实际上步进电机实际上步进电机转子齿数很多转子齿数很多，齿数越多，步距角，齿数越多，步距角越
11、小越小6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统 为改善运行性能，为改善运行性能，定子磁极上的齿定子磁极上的齿的齿距与转子的齿距的齿距与转子的齿距相同，但各极的齿依次与转子的齿错开齿距的相同，但各极的齿依次与转子的齿错开齿距的1m（m电机相数）。电机相数）。每次定子绕组通电状态改变时，转子只转每次定子绕组通电状态改变时，转子只转过齿距的过齿距的1m（如三相三拍）或（如三相三拍）或12m（如三相六拍）（如三相六拍）达到新的平衡位置。达到新的平衡位置。第16页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统齿距的齿距的1m（
12、m电机相数）电机相数）3600/Z第17页，共57页，编辑于2022年，星期二 转子转子40个齿，若通电为三相三拍，当转子齿与个齿，若通电为三相三拍，当转子齿与A相相定子齿对齐时，转子齿与定子齿对齐时，转子齿与B相定子齿相差（相定子齿相差（3），与），与C相相定子齿相差（定子齿相差（6）。）。6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第18页，共57页，编辑于2022年，星期二结论课本173面中间第19页，共57页，编辑于2022年，星期二每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。每给一个脉冲信号，电机转子转过角度的理论值。6.2.2 步进电机的主要特性步进电机的主要特
13、性1 1步距角步距角 m定子相数；定子相数；z转子齿数；转子齿数；k通电系数，通电系数，m相相m拍拍，k k1；m相相2 2m拍，拍，k2。一一般般很很小小，如如：31.5，1.50.75，0.720.36等等6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第20页，共57页，编辑于2022年，星期二静态：静态：步进电机处于通电状态，转子处在不动状态。步进电机处于通电状态，转子处在不动状态。静静态态转转矩矩Mj ：在在电电机机轴轴上上施施加加一一个个负负载载转转矩矩M，转转子子会会在在载载荷荷方方向向上上转转过过一一个个角角度度（失失调调角角），转转子子因因而而受受到到一一个电
14、磁转矩个电磁转矩Mj的作用与负载平衡。的作用与负载平衡。2矩角特性、最大静态转矩矩角特性、最大静态转矩Mjmax和启动转矩和启动转矩Mq 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统矩矩角角特特性性：步步进进电电机机单单相相通通电电的的静静态态转转矩矩Mj随随失调角失调角的变化曲线。的变化曲线。第21页，共57页，编辑于2022年，星期二启启动动频频率率或或突突跳跳频频率率fq：空空载载时时，步步进进电电机机由由静静止止突突然然启动并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率。启动并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率。高于启动频率，将不能正常起动。高于启动频率，将不能正
15、常起动。启启动动时时的的惯惯频频特特性性：是是指指电电机机带带动动纯纯惯惯性性负负载载时时启启动动频频率率和负载转动惯量之间的关系。和负载转动惯量之间的关系。3启动频率启动频率fq和启动时的惯频特性和启动时的惯频特性 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统步进电机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率步进电机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率比空载要低。比空载要低。第22页，共57页，编辑于2022年，星期二连续运行最高工作频率步进电机启动之后，控制脉冲的频率可进一步提高。能够跟上控制脉冲的频率而不失步的最高频率，称为连续运行最高频率。它随负载的增加而下降，它比最
16、高启动频率大许多，因它不需克服惯性力矩。它代表着步进电机的最高转速。目前世界最高值可达7000rmin。第23页，共57页，编辑于2022年，星期二 步进电机的步进电机的加减速特性加减速特性描述步进电机由静止到工作频率和描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加、减速过程中，定子绕组通电状态的变由工作频率到静止的加、减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。化频率与时间的关系。当要求步进电机启动到大于启动频率的工作频率时，变当要求步进电机启动到大于启动频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升；从最高工作频率或高于启动频率的工化速度必须逐渐上升；从最高工作频率或高于启动频率的工作
17、频率停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和下降的作频率停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和下降的加速、减速时间不能过小，否则会加速、减速时间不能过小，否则会失步或超步失步或超步。4加、减速特性加、减速特性 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第24页，共57页，编辑于2022年，星期二连连续续运运行行频频率率：步步进进电电机机启启动动后后，其其运运行行速速度度能能跟跟踪踪指指令令脉脉冲冲频频率率连连续续上上升升而而不不丢丢步步的的最最高高工工作作频频率率。其其值值远远大于启动频率。大于启动频率。运运行行矩矩频频特特性性：是是描描述述步步进进电电机机在在连连续续
18、运运行行时时，输输出出转转矩矩与连续运行频率之间的关系。与连续运行频率之间的关系。5运行矩频特性运行矩频特性 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第25页，共57页，编辑于2022年，星期二五、步进电机的驱动控制线路 根据步进式伺服系统的工作原理，步进电机驱动控制线路的功能是，将具有一定频率f、一定数量和一定方向的进给脉冲转换成控制步进电机各相定子绕组通断电的电平信号。电平信号的变化频率、变化次数和通断电顺序要与进给指令脉冲的 频率、数量和方向对应。一个较完善的步进电机的驱动控制线路组成：负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功
19、率放大器进给脉冲加减至步进电机绕组第26页，共57页，编辑于2022年，星期二负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器进给脉冲加减至步进电机绕组 1、脉冲混合电路 无论是来自于数控系统的插补信号，还是各种类型的误差补偿信号、手动进给信号及手动回原点信号等，它们的目的无非是使工作台作正向进给或负向进给。通过脉冲混合电路可将上述信号混合为使工作台正向进给的“正向进给”信号或使工作台负向进结的“负向进给”信号。第27页，共57页，编辑于2022年，星期二负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器进给脉冲加减至步
20、进电机绕组 当机床在正向进给脉冲的控制下正在沿正方向进给时，由于各种补偿脉冲的存在，可能还会出现极个别的负向进给脉冲；同样，当机床在负向进给脉冲的控制下正在沿负方向进给时，还可能会出现极个别的正向进给脉冲。2、加减脉冲分配电路在实际的机床进给控制中，这些与某个进给方向相反的个别脉冲指令的出现，意味着步进电机正在沿着一个方向旋转时，再向相反的方向旋转极个别几个步距角。第28页，共57页，编辑于2022年，星期二负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器进给脉冲加减至步进电机绕组 根据步进电机的工作原理，要做到这一点（即电机正在沿着某个方向旋转时，再向相
21、反的方向旋转极个别几个步距角），必须首先使步进电机从该旋转方向静止下来，然后才能向相反的方向旋转，待旋转极个别几个步距角后，再恢复至原来的方向继续旋转进给。这从机械加工工艺性方面来看是不允许的即使是允许，控制线路也相当复杂。一般采用的方法是，通过加减脉冲分配电路从该进给方向的进给脉冲指令中抵消相同数量的相反方向补偿脉冲，如图所示。第29页，共57页，编辑于2022年，星期二负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器进给脉冲加减至步进电机绕组3加减速电路(自动升降速电路)根据步进电机加减速特性，进入步进电机定子绕组的电平信号的频率变化要平滑而且应有一定
22、的时间常数。但由加减脉冲分配电路来的进给脉冲频率的变化是有跃变的。为了保证步进电机能够正常、可靠地工作，上述跃变频率必须首先进行缓冲，使之变成符合步进电机加减速特性的脉冲频率，然后再送入步进电机的定子绕组。加减速电路就是为此而设置的。t0 t1 t2 t t0 t1 t2 t3 tf bfa 经过该电路后，输出脉冲的个数与输入的进给脉冲的个数相等，以保证电机不会丢步。第30页，共57页，编辑于2022年，星期二负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器进给脉冲加减至步进电机绕组4环形分配器 作用：把来自于加减速电路的一系列进给脉冲指令，转换成控制步进
23、电机定子绕组通、断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及顺序与进给脉冲的个数及方向对应。五相十拍通电顺序：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB-AB 要求五相电机正转环形分配器可以由硬件逻辑线路构成，也可以用软件来实现第31页，共57页，编辑于2022年，星期二负向进给 脉冲正向进给 脉冲脉冲混合电路加减脉冲分配电路加减速电路环形分配器功率放大器进给脉冲加减至步进电机绕组从环形分配器来的进给控制信号的电流只有几毫安，而步进电机的定子绕组需要几安培电流。因此，需要对从环形分配器来的信号进行功率放大，以提供幅值足够，前后沿较好的励磁电流。5.功率放大器第32页，共5
24、7页，编辑于2022年，星期二环环形形分分配配器器的的主主要要功功能能：将将数数控控装装置置送送来来的的一一串串指指令令脉脉冲冲，按按步步进进电电机机所所要要求求的的通通电电顺顺序序分分配配给给步步进进电电机机驱驱动动电电源源的的各各相相输输入入端端，以以控控制制励励磁磁绕绕组组的的通通断断，实实现现步步进进电电机机的的运运行及换向。行及换向。6.2.4 步进电机的环形分配器步进电机的环形分配器 6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第33页，共57页，编辑于2022年，星期二1硬件环形分配器硬件环形分配器可由可由D触发器或触发器或JK触发器构成，亦可用专用集成芯片或
25、触发器构成，亦可用专用集成芯片或通用可编程逻辑器件。通用可编程逻辑器件。CNC装置电源环形分配器A相驱动B相驱动C相驱动FULL/HALFDIRCLKM6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统硬件环形分配驱动与数控装置的连接硬件环形分配驱动与数控装置的连接第34页，共57页，编辑于2022年，星期二CH250是国产三相反应式步进电机环形分配器专用集成电是国产三相反应式步进电机环形分配器专用集成电路芯片，通过控制端的不同接法可组成三相双三拍和三相路芯片，通过控制端的不同接法可组成三相双三拍和三相六拍的工作方式六拍的工作方式6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及
26、其驱动控制系统三相六拍接线图三相六拍接线图:第35页，共57页，编辑于2022年，星期二2软件环形分配器软件环形分配器 由由数数控控装装置置中中的的软软件件完完成成环环形形分分配配，直直接接驱驱动动步步进进电机各绕组的通、断电。电机各绕组的通、断电。用用软软件件环环形形分分配配器器只只需需编编制制不不同同的的环环形形分分配配程程序序，可可使使线线路路简简化化，成成本本下下降降，可可灵灵活活地地改改变变步步进进电电机机的的控控制方案。制方案。CNC装置电源A相驱动B相驱动C相驱动CBAM6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第36页，共57页，编辑于2022年，星期二步
27、进电机的速度控制步进电机的速度控制进给脉冲频率进给脉冲频率f f 定子绕组通电定子绕组通电/断电状态变化频率断电状态变化频率f f 步进电机转速步进电机转速 工作台的进给速度工作台的进给速度V V。V=60f V=60f6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机及其驱动控制系统第37页，共57页，编辑于2022年，星期二作用：作用：是是将将环环形形分分配配器器或或微微处处理理机机送送来来的的弱弱电电信信号号变变为为强强电电信信号号，以以得得到到步步进进电电机机控控制制绕绕组组所所需需要要的的脉脉冲冲电电流流及及所所需需要的脉冲波形要的脉冲波形。6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进
28、电机及其驱动控制系统6.2.5 功率放大电路功率放大电路第38页，共57页，编辑于2022年，星期二6.2.5 功率放大电路功率放大电路种类：种类：就其采用的功率放大器件分，有中功率晶体管、大功率晶就其采用的功率放大器件分，有中功率晶体管、大功率晶体管、大功率达林顿晶体管、可控硅体管、大功率达林顿晶体管、可控硅等；等；就其工作原理分，有单电压驱动、高低电压驱动、就其工作原理分，有单电压驱动、高低电压驱动、恒流斩恒流斩波、调频调压、细分电路波、调频调压、细分电路等。等。步进电机有几相，就需要几组功率放大电路。步进电机有几相，就需要几组功率放大电路。6.2 6.2 步进电机及其驱动控制系统步进电机
29、及其驱动控制系统第39页，共57页，编辑于2022年，星期二2.提高步进电机开环伺服系统传动精度的措施 概述概述 影响步进电机开环系统传动精度的因素：影响步进电机开环系统传动精度的因素：步进电机的步距角精度；步进电机的步距角精度；机械传动部件的精度；机械传动部件的精度；丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙；丝杆等机械传动部件、支承的传动间隙；传动件和支承件的变形。传动件和支承件的变形。提高步进电机开环系统传动精度的措施提高步进电机开环系统传动精度的措施适当提高系统组成环节的精度；适当提高系统组成环节的精度；采取各种精度补偿措施。采取各种精度补偿措施。第40页，共57页，编辑于2022年，星期二
30、传动间隙补偿传动间隙补偿 在整个行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值在整个行程范围内测量传动机构传动间隙，取其平均值存放在数控系统中的间隙补偿单元，当进给系统反向运动时，存放在数控系统中的间隙补偿单元，当进给系统反向运动时，数控系统自动将补偿值加到进给指令中，从而达到补偿目的。数控系统自动将补偿值加到进给指令中，从而达到补偿目的。第41页，共57页，编辑于2022年，星期二 螺距误差补偿螺距误差补偿 利用计算机的运算处理能力，可以补偿滚珠丝杠的螺距利用计算机的运算处理能力，可以补偿滚珠丝杠的螺距累积误差，以提高进给位移精度。累积误差，以提高进给位移精度。方法：首先测量出进给丝杠螺距误差曲
31、线方法：首先测量出进给丝杠螺距误差曲线(规律规律)，然后，然后可采用下列两种方法实现误差补偿：硬件补偿、软件补偿。可采用下列两种方法实现误差补偿：硬件补偿、软件补偿。第42页，共57页，编辑于2022年，星期二 细分线路细分线路第43页，共57页，编辑于2022年，星期二1.步进电机开环系统设计 要解决的主要问题要解决的主要问题：动力计算动力计算 传动计算传动计算 驱动电路设计或选择驱动电路设计或选择目的：传动计算选择合适的参数以满足脉冲当量脉冲当量 和进进给速度给速度F的要求。图中：f 脉冲频率（HZ）步距角（度）Z1、Z2 传动齿轮齿数 t 螺距(mm)脉冲当量（mm）步进电机Z1Z2 t
32、f，第44页，共57页，编辑于2022年，星期二 传动比选择：传动比选择：为了为了凑脉冲当量凑脉冲当量 mm，也为了，也为了增大传递的扭矩增大传递的扭矩，在步进电机与丝杆之间，要增加一对在步进电机与丝杆之间，要增加一对齿轮传动副齿轮传动副，那么，传动比那么，传动比 i=Z1/Z2与与、t之间有如下关系：之间有如下关系：步距角，步距角，脉冲当量，脉冲当量，t丝杠导程。丝杠导程。第45页，共57页，编辑于2022年，星期二 例例1：=0.01mm,t=6 mm,=0.75步进电机Z1Z2 tf，第46页，共57页，编辑于2022年，星期二 进给速度进给速度F：一般步进电机一般步进电机：若：若：=0
33、.01 mm 则：则：若若 =0.001mm 则：则：因此，因此，当当 一定时，一定时，与与成正比成正比，故我们，故我们在谈到步进电机开环系统的最高速度时，都应指明是在谈到步进电机开环系统的最高速度时，都应指明是在多大的脉冲当量在多大的脉冲当量下的下的,否则是没有意义的。否则是没有意义的。第47页，共57页，编辑于2022年，星期二例例2 设设X-Y 工作台由步进电机直接经丝杆螺母副驱动，工作台由步进电机直接经丝杆螺母副驱动，丝杆螺距为丝杆螺距为5mm，步进电机步距角为，步进电机步距角为1.50，工作方式三相，工作方式三相六拍，工作台最大行程为六拍，工作台最大行程为400mm，求：，求：（1）
34、脉冲当量；）脉冲当量；（2）微机发出的脉冲总数是多少？）微机发出的脉冲总数是多少？第48页，共57页，编辑于2022年，星期二(2)计算脉冲数计算脉冲数n，由 n =L=L(工作台最大行程）工作台最大行程）所以，脉冲数为所以，脉冲数为：n=L/L/=400/0.02083=19200=400/0.02083=19200步步解：（1）由计算脉冲当量）由计算脉冲当量：360=L0已知，L0=5mm，=1.50求脉冲当量求脉冲当量=？=5/360=5/360 1.5=0.02083(mm)第49页，共57页，编辑于2022年，星期二例例3 步进电机直接经丝杆螺母驱动工作台，步进电机步距步进电机直接经
35、丝杆螺母驱动工作台，步进电机步距角角0.720,工作台质量为工作台质量为100kg，负载质量为，负载质量为50kg，切削负载为，切削负载为4000N，丝杆螺距为，丝杆螺距为5mm，如果步进电机从，如果步进电机从500Hz线性加速到线性加速到2000Hz，加速时间为，加速时间为0.2S，求步进电机的驱动转距？，求步进电机的驱动转距？解解：（：（1）忽略滚珠丝扛及电机的转动惯量，则折算到电机忽略滚珠丝扛及电机的转动惯量，则折算到电机轴上等效转动惯量：轴上等效转动惯量：V=f =500=500 0.01=5mm/s360=L0=0.01mmJ=m(V)2第50页，共57页，编辑于2022年，星期二J
36、=m(V)2所以，=（100+50）（5/2）=95.08 10-6(kg.m)22(2)求电机轴的等效转矩：求电机轴的等效转矩：T=F（）VF为切削负载为切削负载4000N;V5mm/s=4000（5/2）=3184.7 N.mm=3.184 N.M(3)步进电动机的角加速度：步进电动机的角加速度：=d dt=dfdt=(t 0)t2 3600.72.=2000 5000.2 2 360 0.72=94.2 rad/s2第51页，共57页，编辑于2022年，星期二所以，步进电机的启动转矩为：步进电机的启动转矩为：T q T+J T等效转矩；等效转矩；J 空载启动时空载启动时,产生最大加速度所
37、需的转矩产生最大加速度所需的转矩;步进电动机的角加速度。步进电动机的角加速度。所以，T q T+J =3.184+95.08 10-6 94.2=3.27 Nm第52页，共57页，编辑于2022年，星期二例例4 一台五相步进电机，五相五拍运行时其步距角是一台五相步进电机，五相五拍运行时其步距角是1.50，此，此电动机转子上应有几个齿？齿距角是多少？此电动机若按十电动机转子上应有几个齿？齿距角是多少？此电动机若按十拍运行，齿距角度是多少度？按五拍和十拍运行时，每走一拍运行，齿距角度是多少度？按五拍和十拍运行时，每走一步对应的电角度是多少？步对应的电角度是多少？解：（解：（1）步距角：）步距角：3
38、60=mKz 0Z齿数；m相数；K1 五拍（单拍）2 十拍（双拍）第53页，共57页，编辑于2022年，星期二所以，五拍运行时：五拍运行时：360=mKz 0=1.5 0K=1m=5Z=360 0/5 1=48齿十拍运行时：十拍运行时：360=5 2 48 0=0.75 0(2)齿距角齿距角：c=360 48 0=7.5 0齿距角的电角度齿距角的电角度：e=360 m K 0五拍运行时五拍运行时：e=360 5 1 0=72 0第54页，共57页，编辑于2022年，星期二十拍运行时十拍运行时：e=360 5 2=36 0 0第55页，共57页，编辑于2022年，星期二例例5 设有一步进电机驱动
39、的工作台，步进电机通过减速齿设有一步进电机驱动的工作台，步进电机通过减速齿轮副驱动滚珠丝杆，其参数符号如下：脉冲当量轮副驱动滚珠丝杆，其参数符号如下：脉冲当量，滚珠，滚珠丝杆的基本导程为丝杆的基本导程为L。步进电机的步距角为。步进电机的步距角为，减速齿轮，减速齿轮比为比为1：i。问题：。问题：（1）试写出）试写出、L、i之间之间 的关系；的关系；（2）若）若=0.001mm，L。=5mm;减速比为减速比为1：5，问选择，问选择步进电机的步距角应为多少？步进电机的步距角应为多少？第56页，共57页，编辑于2022年，星期二360=L0 i=360 5 0.001/5=0.36 0 0360=L0 0i解：（解：（1）求脉冲当量：）求脉冲当量：(2)步进电机的步距角步进电机的步距角第57页，共57页，编辑于2022年，星期二