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1、第4章 步进电机的控制本讲稿第一页，共五十六页内容提要n概述n顺序控制器n开环数值控制器n步进电机的控制n小结本讲稿第二页，共五十六页步进电机的控制n步进电机：利用电磁的作用原理将电脉冲信号转换为线位移或角位移的“机电式”数模（D/A）转换器 输入：脉冲 输出：位移 脉冲数：决定位移量 脉冲频率：决定位移的速度 本讲稿第三页，共五十六页步进电机的控制（2）n步进电机的工作原理定子：3对磁极，6个齿转子：4个齿本讲稿第四页，共五十六页同步电机区别于三相交流异步电机的一个显著特点就是同步电机具有一个特殊功能：同步电机由于定子与转子结构与磁场特性，能够实现与定位用的电磁铁一样具有定位能力。对于交流电
2、机，追求的最佳指标为在电机的气隙中产生一个在空间分布为正弦的圆形磁场。对于由步进电机、数字控制器驱动系统、电力电子技术、先进控制理论而实现的交流伺服系统，可以使同步电机的气隙磁场从连续的旋转磁场变为离散的步进磁场，通过对离散的步进磁场进行控制，可以获得精确的速度控制，进一步获得精确的位置控制。本讲稿第五页，共五十六页步进传动系统具有较小的电气时间常数（几毫秒）、机械时间常数（几十毫秒到几百毫秒），容量大、效率高、稳态性能、动态性能佳的特点，克服了电机向大容量发展的瓶颈限制，目前，永磁同步电机的容量已经到500（kW）。本讲稿第六页，共五十六页本讲稿第七页，共五十六页本讲稿第八页，共五十六页本讲
3、稿第九页，共五十六页步进电机的控制（3）工作过程：A相通电：A相磁极与0、2号齿对齐；B相通电：由于磁力线作用，B相磁极与1、3号齿对齐；C相通电：由于磁力线作用，C相磁极与0、2号齿对齐；A相通电：由于磁力线作用，A相磁极与1、3号齿对齐；结论结论：定子按：定子按A-B-C-A相轮流通电，则磁场沿相轮流通电，则磁场沿A、B、C方向转动方向转动360度角，转子沿度角，转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置。方向转动了一个齿距的位置。齿数为齿数为4，齿距角为，齿距角为90度，即度，即1个齿距转动了个齿距转动了90度度本讲稿第十页，共五十六页步进电机的控制（4）步进电机的“相”和“拍”相：绕组的个数
4、 拍：绕组的通电状态，三拍表示一个周期共有3种通电状态，六拍表示一个周期有6种通电状态，每个周期步进电机转动一个齿距 步进电机的步距角：步进电机每拍步进的角度 360/(N Z)(齿距角齿距角=360/Z)N：步进电机的拍数 Z：转子的齿数。本讲稿第十一页，共五十六页步进电机的控制（5）n步进电机的工作方式 单三拍方式 正向旋转，通电顺序为 ABCA 反向旋转，通电顺序为 ACBA本讲稿第十二页，共五十六页步进电机的控制（6）双三拍方式 正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB 反向旋转，通电顺序为 ABACCBAB本讲稿第十三页，共五十六页步进电机的控制（7）三相六拍方式 正向旋转，通电顺序为
5、 AABBBCCCAA 反向旋转，通电顺序为 AACCCBBBAA本讲稿第十四页，共五十六页步进电机的控制（8）n步进电机常规控制系统n步进电机微机控制系统本讲稿第十五页，共五十六页步进电机的控制（9）n微机的运动控制功能 改变输出脉冲数，控制步进电机的走步数?改变各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转 改变输出脉冲的频率，控制步进电机的转速本讲稿第十六页，共五十六页步进电机的控制（10）n利用微机实现对步进电机的控制必须解决的问题：脉冲序列的形成 利用软件形成脉冲序列 本讲稿第十七页，共五十六页步进电机的控制（11）利用定时器形成脉冲序列本讲稿第十八页，共五十六页步进电机的控制（
6、12）延时或定时时间的确定 设 Ti 为相邻两个进给脉冲之间的时间间隔，Vi 为进给一步后的末速度，a 为进给一步的加速度，则有：本讲稿第十九页，共五十六页步进电机的控制（13）步进电机的旋转方向控制 用单片机的一位输出口控制步进电机的一相绕组，例如，可以用P1.0、P1.1、P1.2分别控制A、B、C三相绕组 根据步进电机的类型和控制方式找出相应的控制模型 按照控制方式规定的顺序向步进电机发送脉冲序列，即可控制步进电机的旋转方向本讲稿第二十页，共五十六页步进电机的控制（14）三种不同工作方式下的控制模型 单相三拍方式 双相三拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态 控制数据控制数据P
7、C2/C相相 PC1/B相相 PC0/A相相1001A01H2010B02H3100C04H步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态 控制数据控制数据PC2/C相相 PC1/B相相 PC0/A相相1011AB03H2110BC06H3101CA05H本讲稿第二十一页，共五十六页步进电机的控制（15）三相六拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态 控制数据控制数据PC2/C相相 PC1/B相相 PC0/A相相1001A01H2011AB03H3010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H本讲稿第二十二页，共五十六页步进电机的控制（16）n步进电机控制程序的设计 判
8、断旋转方向 按顺序传送控制脉冲 判断所要求的控制步数是否传送完毕 本讲稿第二十三页，共五十六页步进电机的控制（17）n步进电机的调速控制 一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动的瞬间采取加速的措施；反之，从高速运行到停止也应该有减速的措施 变速控制程序：在启动时以低于响应频率的速度运行，然后慢慢加速，加速到一定速率后以此速率恒速运行；当快要到达终点时，又使其慢慢减速，在低于响应频率的速率下运行，直到走完规定的步数后停机本讲稿第二十四页，共五十六页步进电机的控制（18）变速控制的方法 改变控制方式 均匀地改变脉冲时间间隔 改变定时器时间常数本讲稿第二十五页，共五十六页步进
9、电机的控制实例（19）本讲稿第二十六页，共五十六页步进电机的控制实例（20）本讲稿第二十七页，共五十六页步进电机的控制实例（21）本讲稿第二十八页，共五十六页步进电机的控制实例（22）本讲稿第二十九页，共五十六页步进电机的控制实例（23）齿距角齿距角步距角本讲稿第三十页，共五十六页步进电机的控制实例（24）本讲稿第三十一页，共五十六页步进电机的控制实例（25）2的补码表示本讲稿第三十二页，共五十六页步进电机的控制实例（26）本讲稿第三十三页，共五十六页步进电机的控制实例（27）本讲稿第三十四页，共五十六页步进电机的控制实例（28）本讲稿第三十五页，共五十六页步进电机的控制实例（29）本讲稿第三
10、十六页，共五十六页步进电机的控制实例（30/50）本讲稿第三十七页，共五十六页步进电机的控制实例（31）本讲稿第三十八页，共五十六页步进电机的控制实例（32）本讲稿第三十九页，共五十六页步进电机的控制实例（33）本讲稿第四十页，共五十六页步进电机的控制符号处理（34）本讲稿第四十一页，共五十六页步进电机的控制符号处理（35）本讲稿第四十二页，共五十六页步进电机的控制符号处理（36）本讲稿第四十三页，共五十六页步进电机的控制符号处理（37）本讲稿第四十四页，共五十六页步进电机的控制符号处理（38）1-1/128全1码本讲稿第四十五页，共五十六页步进电机的控制实例（39）本讲稿第四十六页，共五十六
11、页步进电机的控制实例（40）转/秒2本讲稿第四十七页，共五十六页步进电机的控制实例（41）本讲稿第四十八页，共五十六页步进电机的控制实例（42）本讲稿第四十九页，共五十六页步进电机的控制实例（43）本讲稿第五十页，共五十六页步进电机的控制实例（44）本讲稿第五十一页，共五十六页步进电机的控制实例（45）本讲稿第五十二页，共五十六页步进电机的控制实例（47）Vd=Ad*N本讲稿第五十三页，共五十六页步进电机的控制实例（48）10进制整数表示小数转本讲稿第五十四页，共五十六页AB-1746nPLC可选模块n接受CPU控制指令,降低软件复杂性n特性,图4-53,p131本讲稿第五十五页，共五十六页小结n顺序控制的原理和特性n通用顺序控制器（PLC）n开环数值控制的基本原理n逐点比较法直线插补和圆弧插补原理n步进电机的工作原理以及微机控制程序设计本讲稿第五十六页，共五十六页