伺服系統(tǒng)技術(shù)-文庫(kù)吧
2024-09-29 15:43 本頁(yè)面
【正文】 ? 永磁式步進(jìn)電機(jī)用永久磁鋼作為電機(jī)的定子或轉(zhuǎn)子，電磁阻尼大，步矩 角大，啟動(dòng)頻率低，功率小 ? 混合式步進(jìn)電機(jī)在永磁和變磁阻原理共同作用下，輸出轉(zhuǎn)矩大，步矩角 小結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表示： BF 勵(lì)磁繞組相數(shù)或代號(hào) 反應(yīng)式 (BY永磁式 、 BYG混合式 )步進(jìn)電機(jī) 電機(jī)外徑 （ mm) 三、步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù) 齒距角 α z：轉(zhuǎn)子相鄰兩齒的夾角 步距角 α ：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度 最大靜轉(zhuǎn)矩 Tmax：在規(guī)定的通電相數(shù)下，轉(zhuǎn)矩的最大值 ZZ 360??Zkm360??m：定子繞組相數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù) k：通電狀態(tài)系數(shù) K=1 單拍或雙拍 K=2 單雙拍 定子繞組每改變一次通電的方式，稱(chēng)為“一拍” 四、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性 距角特性：?jiǎn)蜗嗤ㄈ腩~定通電時(shí)，其靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：相鄰兩通電狀態(tài)時(shí)，矩角特性交點(diǎn)的靜轉(zhuǎn)矩，反映了電機(jī)的 承載能力 最高啟動(dòng)頻率 fq max：步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)不失步達(dá)到穩(wěn)速所允許的最高輸入脈沖頻率（可以是空載下或有負(fù)載下） 最高運(yùn)行頻率 fmax：步進(jìn)電機(jī)不失步運(yùn)行時(shí)，輸入脈沖的最高頻率 繞組的電流越大，靜轉(zhuǎn)矩越大，一般取 TL=（ 30～ 50%） Tmax 失步 丟步：齒距數(shù)少于脈沖數(shù) 越步：齒距數(shù)多于脈沖數(shù) 失調(diào)角 θ ：?jiǎn)蜗喽ㄗ油姇r(shí)，該相定子齒與轉(zhuǎn)子齒的中心線(xiàn)不重合所夾角 ?s inm a xTT j ??qL TT ?矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系 ? 高速時(shí)，負(fù)載能力變差，這是其應(yīng)用受到限制的原因之一 由圖看出： 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨脈沖頻率的升高而降低 原因：定子控制繞組有一定的電感量，回路有電氣時(shí)間常數(shù)，電感電流變化 有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，達(dá)不到電流穩(wěn)態(tài)值。 五、步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 脈沖當(dāng)量 δ ：步進(jìn)電機(jī)每接受一個(gè)脈沖時(shí)，工作臺(tái)走過(guò)的位移 單位為 mm/pulse δ= ～ 精密機(jī)床 ～ 數(shù)控機(jī)床 ～ 一般機(jī)床 角脈沖當(dāng)量 δ α ：就是步距角 α( 176。 /pulse) 當(dāng)通過(guò)中間傳動(dòng)裝置時(shí)，角脈沖當(dāng)量 δ α 為： i??? ?M 驅(qū)動(dòng)器 指令脈沖 如下圖，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠螺母副帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其脈沖當(dāng)量 δ 為： Z1 Z2 ip360?? ?設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)運(yùn)動(dòng)精度選定 δ ，再根據(jù)負(fù)載確定步進(jìn)電機(jī)的參數(shù) α ，并 選定絲杠的導(dǎo)程 p,計(jì)算出傳動(dòng)比 i后，最后設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪的各參數(shù)等。 最大靜轉(zhuǎn)矩 Tmax與相數(shù)、拍數(shù) 一般根據(jù) TL ≤ （ 30～ 50%） Tmax選擇 Tmax 其中 TL為把負(fù)載折合到步進(jìn)電機(jī)軸的負(fù)載力矩，若相數(shù)、拍數(shù)較多，可選 ，否則選 ，考慮控制回路的復(fù)雜和經(jīng)濟(jì)程度，一般取相數(shù)較少的。 最高運(yùn)行頻率與速度關(guān)系 .根據(jù)工作臺(tái)的最高速度 vmax選擇步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率 fmax ?m a xm a x fv ??350m a x m a xvf ?由 得 注意量綱： vmax (m/min) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與加減速性能 步進(jìn)電機(jī)的加減速性能與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所產(chǎn)生的慣性力矩有關(guān) 慣性力矩： dtdJM ?? ?轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度越大，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率越低，加減速性能越差，越容易失步。 通過(guò)減小步距角和減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量改善啟動(dòng)、加減速性能 電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 作用在步進(jìn)電機(jī)軸的總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩按下式計(jì)算： ??????????ipFipFipFJJTTTTTdmFfm2)122)(2(00m a x?? ????????等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 其中： Jm是電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） Jd是系統(tǒng)折算到電機(jī)軸的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） 是電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)的角加速度（ rad/s2） F 作用在工作臺(tái)的摩擦力（ N） FW作用在工作臺(tái)的外力（ N） 伺服系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的總效率（取 — ） 絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率（取 ） F0絲杠螺母預(yù)緊時(shí)的力（ N） P是絲杠螺距（ mm） i是總傳動(dòng)比 ???0?? 基本公式 281 mdJ ? 圓柱體 ?? ldm 24?其中： ? Jd的計(jì)算 對(duì)上圖所示的的系統(tǒng)，折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd由幾部分組成： ? 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm ? 齒輪 Z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JZ1 ? 齒輪 Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JZ2和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ? 工作臺(tái)折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 對(duì)于直線(xiàn)移動(dòng)的工作臺(tái)，折算到絲杠軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2)( 2?pMJ ?絲杠軸折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： ?????? ??? 22 )2(12 ?pJJiJ Msz因此，折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jd為： ?????? ????? 22 )2(121 ?pJJiJJJ Mszzmd對(duì)于齒輪齒條傳動(dòng)的工作臺(tái)，折算到驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 對(duì)于帶傳動(dòng)的工作臺(tái)，折算到驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 2)( ?vMJ ?2RMJ ? R為齒輪分度圓半徑 為驅(qū)動(dòng)軸的角速度 ?v為工作臺(tái)的速度 六、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路 步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，其驅(qū)動(dòng)電路方式有多種： ? 單電壓驅(qū)動(dòng)（見(jiàn) p55） ? 雙電壓驅(qū)動(dòng)（見(jiàn) p56） ? 斬波恒流驅(qū)動(dòng)（電流驅(qū)動(dòng)） ? 細(xì)分驅(qū)動(dòng) 對(duì)控制繞組中的電流進(jìn)行細(xì)分，把步距角細(xì)分成若干步完成 CLK 六、步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控
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