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1、第4章步进电机的控制3第1页，本讲稿共33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小结第2页，本讲稿共33页步进电机的控制n步进电机：利用电磁铁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摸（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 第3页，本讲稿共33页步进电机的控制n步进电机的工作原理定子：3对磁极，6个齿转子：4个齿第4页，本讲稿共33页 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
2、相磁极与1、3号齿对齐；结论：定子按结论：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度度第5页，本讲稿共33页 定子上线圈的绕法定子上线圈的绕法 转子转子 （4040齿）齿）第6页，本讲稿共33页 步进电机的步进电机的“相相”和和“拍拍”相：绕组的个数 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：
3、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。第7页，本讲稿共33页1、单三拍运行方式、单三拍运行方式 2、双三拍运行方式、双三拍运行方式3、单、双六拍运行方式、单、双六拍运行方式步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理 “单单”指指每每次次只只能能一一相相绕绕组组通通电电，“三三拍拍”指通电指通电3次完成一个通电循环。次完成一个通电循环。第8页，本讲稿共33页 由于磁力线总由于磁力线总是要通过磁阻最小的是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转向力，而形成磁阻转矩，使
4、转子转动。矩，使转子转动。现以现以A B C A的通电顺序，使三相绕组的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。BCIAIBIC1.单三拍运行方式单三拍运行方式 第9页，本讲稿共33页1.1.1.1.三相单三拍三相单三拍三相单三拍三相单三拍CABBCA3412 A相绕组通电，相绕组通电，B、C相相不通电。气隙产生以不通电。气隙产生以A-AA-A为轴线的磁为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，个反应转矩，在此转矩的作用
5、下，转子必然转到左图所示位置：转子必然转到左图所示位置：1、3齿与齿与A、A极对齐。极对齐。“三相三相三相三相”指三相步进电机；指三相步进电机；指三相步进电机；指三相步进电机；“单单单单”指每次只能一相绕组通指每次只能一相绕组通指每次只能一相绕组通指每次只能一相绕组通电；电；电；电；“三拍三拍三拍三拍”指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。第10页，本讲稿共33页CABBCA3412 同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时，转子
6、相通电时，转子再转过再转过30 角，角，1、3齿和齿和C、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。1C342CABBA第11页，本讲稿共33页 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。为三相单三拍工作方式。按按AB C A 的顺序给三相绕组轮流的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30(步距角步距角)，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3拍拍)磁场在空间旋转了磁场在空间旋转了360而转
7、子而转子转过转过90(一个齿距角一个齿距角)。第12页，本讲稿共33页2.三相双三拍n 按按AB BC CA的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组轮流通轮流通n电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。第13页，本讲稿共33页AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角步距角)，一一个通电循环周期个通电循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。第14页，本讲稿共33页3
8、 三相六拍三相六拍 按按AAB B BC C CA的顺序给的顺序给三相绕组轮流通电。三相绕组轮流通电。这种方式可以获得这种方式可以获得更精确的控制特性。更精确的控制特性。第15页，本讲稿共33页CABBCA3412CABBCA3412 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子齿，转子转转过过15，到达左图所示位到达左图所示位置。置。第16页，本讲稿共33页CABBCA3412 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐,又转又转过过15。34
9、12CABBCA B、C相同时通电，相同时通电，C、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15。第17页，本讲稿共33页 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），（步距角），一一个通电循环周期个通电循环周期(6拍拍)转子转过转子转过90 (齿距角齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确
10、定位的控制系统中。第18页，本讲稿共33页步进电机的控制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第19页，本讲稿共33页步进电机的控制 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第20页，本讲稿共33页步进电机的控制 三相六拍方式 正向旋转，通电顺序为 AABBBCCCAA 反向旋转，通电顺序为 AACCCBBBAA第21页，本讲稿共33页步进电机的控制n步进电机常规控制系统n步进电机微机控制系统第22页，本讲稿共33页步进电机控制接口步进电机控制接口第23页，本讲稿共33页步进电机的控制n
11、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第24页，本讲稿共33页步进电机的控制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 第25页，本讲稿共33页 利用定时器形成脉冲序列第26页，本讲稿共33页 延时或定时时间的确定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：第27页，本讲稿共33页 步进电机的旋转方向控制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
12、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第28页，本讲稿共33页 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PC2/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第29页
13、，本讲稿共33页 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第30页，本讲稿共33页n步进电机控制程序的设计 判断旋转方向 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 第31页，本讲稿共33页n步进电机的变速控制 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第32页，本讲稿共33页 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第33页，本讲稿共33页