步進(jìn)電機(jī) （續(xù)二）

leungfour

　　4 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。
　　因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人，等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。
步進(jìn)電機(jī)控制例子
　　我們使用的單極四相步進(jìn)電機(jī)為例。其結(jié)構(gòu)如圖1：
　　四個(gè)繞組引出四相(相A1相A2相B1相B2)和兩個(gè)公共線(接到電源的正極)。把繞組的某一相接到電源的地線。這樣該繞組就會(huì)受到激勵(lì)。我們采用四相八拍的控制方式，即1相與2相交替導(dǎo)通，這樣可提高分辨率。每一步可轉(zhuǎn)0.9°控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的勵(lì)磁順序如下表：
　　若要求電機(jī)反轉(zhuǎn)，將勵(lì)磁信號(hào)倒過(guò)來(lái)傳送即可。 2 控制方案
　　控制系統(tǒng)的框圖如下
　　本方案采用AT89S51作為主控制器件。它與AT89C51兼容，同時(shí)還增加了SPI接口和看門(mén)狗模塊，這不但使程序調(diào)試變得方便而且也使程序運(yùn)行更加穩(wěn)定。在方案中該單片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集并計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向和速度信息。然后傳送給CPLD。
　　CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128是可編程的大規(guī)模邏輯器件，為ALTERA公司的MAX7000系列產(chǎn)品。具有高阻抗、電可擦等特點(diǎn)，可用單元為2500個(gè)，工作電壓為+5V。CPLD接收到單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的信息后，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器則把控制信號(hào)處理后輸入電機(jī)繞組，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的有效控制。 2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器硬件結(jié)構(gòu)
　　電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器采用如下電路：
　　其中R1-R8的電阻值為320Ω。R9-R12的電阻值為2.2KΩ。Q1-Q4為達(dá)林頓管D401A，Q5-Q8為S8550。J1、J2與步進(jìn)電機(jī)的六條引線相連

步進(jìn)電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
　　1． 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；
　　2． 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）；
　　3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性；
　　4． 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；
　　5． 由于沒(méi)有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命；
　　6． 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控
　　制成本
　　7． 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。
　　8． 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。
缺點(diǎn)
　　1． 如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振；
　　2． 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)
　　（1）構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的專用集成電路：
　　A、脈沖分配器集成電路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。
　　B、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路：如SGS公司的L297、L6506等。
　　C、只含功率驅(qū)動(dòng)（或包含電流控制、保護(hù)電路）的驅(qū)動(dòng)器集成電路：如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110（四相斬波驅(qū)動(dòng)）和MTD2001（兩相、H橋、斬波驅(qū)動(dòng)）。
　　D、將脈沖分配器、功率驅(qū)動(dòng)、電流控制和保護(hù)電路都包括在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)控制器集成電路，如東芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UCN5804（四相）等。
　　（2）“細(xì)分驅(qū)動(dòng)”概述：
　　將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無(wú)關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級(jí)近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。
最新技術(shù)發(fā)展
　　國(guó)內(nèi)外對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究十分活躍，高性能的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，可以細(xì)分到上千甚至任意細(xì)分。目前已經(jīng)能夠做到通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算使細(xì)分后的步距角均勻一致，大大提高了步進(jìn)電機(jī)的脈沖分辨率，減小或消除了震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使步進(jìn)電機(jī)更具有“類伺服”特性。
對(duì)實(shí)際步距角的作用：在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己對(duì)步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以大幅度改變實(shí)際步距角，步進(jìn)電機(jī)的‘相數(shù)’對(duì)改變實(shí)際步距角的作用幾乎可以忽略不計(jì)。




　　步進(jìn)電機(jī)的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。

　　1、步距角的選擇

　　電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

　　2、靜力矩的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）

　　3、電流的選擇

　　靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）

　　4、力矩與功率換算

　　步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：

　　P= Ω?M Ω=2π?n/60 P=2πnM/60

　　其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓?米

　　P=2πfM/400(半步工作）

　　其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS)

　　應(yīng)用中的注意點(diǎn)

　　1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合－－-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

　　2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

　　3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。

　　4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。

　　5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

　　6、高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。

　　7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

　　8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。

WUGUORAN4684533

有圖就好了

一生無(wú)悔

有圖就更好啊

thengoc1603

控制電路框圖縫紉機(jī)

瀟湘游子

感謝樓主！！！

阿東PQDF

有圖有真相，太感謝樓主。學(xué)習(xí)！！！！！！！！

bf11234588

不錯(cuò)不錯(cuò)學(xué)習(xí)了謝謝樓主