[工學(xué)]現(xiàn)代工程控制基礎(chǔ)(編輯修改稿)
2025-03-15 14:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 高轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)分別 滿足以下兩個條件： (1)折合到伺服電動機轉(zhuǎn)子軸上的負載峰值轉(zhuǎn)速必須不大于伺服電動機的最高轉(zhuǎn)速； (2)折合到伺服電動機轉(zhuǎn)子軸上負載轉(zhuǎn)矩與伺服電動機轉(zhuǎn)子加速時的慣性轉(zhuǎn)矩之和必須不大與伺服電動機的最大轉(zhuǎn)矩 。 首先 ， 伺服電動機的最大功率應(yīng)大于給定任務(wù)的峰值 功率 ， 通常選擇的安全系數(shù)為 2， 即 24 2022/3/13 步進電動機及其控制 ? 按線圈激勵設(shè)計的不同 ， 步進電動機可分為 二相 、 三相 、 四相 和 五相 等； 一般二相電動機的步距角為 、 三相的為、 五相電動機的為 。 ? 按其傳動設(shè)計方式 的不同 ， 步進電動機又有旋轉(zhuǎn)型 和直線型 等； ? 按電磁設(shè)計一般分為變磁阻式 (VR型 ， 也稱為反應(yīng)式 )、 永磁式 (PM型 )和混合式 (HB型 )步進電動機 。 步進電動機 是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件 。 (a) 二相步進電動機 (b) 三相步進電動機 圖 相數(shù)分類的步進電動機 25 2022/3/13 表 VR型和 PM型步進電動機的比較 比較項目 變磁阻式步進電動機 永磁式步進電動機 旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的機理 定子的磁極吸引磁性材料導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子由永久磁鐵制成 ， 用定子磁極同轉(zhuǎn)子磁極的磁性吸引力旋轉(zhuǎn) 無勵磁時的狀態(tài) 定子沒有勵磁時 (線圈不通電 )不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 即使無勵磁 ， 因永久磁鐵的作用 ， 有轉(zhuǎn)矩 特征和主要用途 大輸出 ， 高精度；用于數(shù)控機床 、 各種機器的驅(qū)動源等 。 價格便宜 ， 步進角大 ， 適合于速度較低的步進動作 。 26 2022/3/13 步進電動機的主要性能指標 主要性能指標包括：步距角及靜態(tài)步距角誤差、最大靜轉(zhuǎn)矩、 啟動頻率和連續(xù)運行頻率 、 矩頻特性 等。 步距角是指步進電動機在一個 (即一拍 )電脈沖的作用下 ， 轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角位移 ， 也稱為步距 ， 它的大小與定子控制繞 組的相數(shù)、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和通電的方式有關(guān) ， 步距角的計算公 式為 ： θs=齒距 /拍數(shù) =齒距 /Km=360o/Kmz () (1) 步距角和靜態(tài)步距 角 誤差 式中， θs是步進電動機的步距角 ； K為狀態(tài)系數(shù) ， 當相鄰兩 次通電的相數(shù)相同 (如采用單三拍或雙三拍通電方式運行 )時 ， K=1， 而采用相鄰兩次通電的相數(shù)不同 (如單、雙六拍通電方 式運行 )時 ， K=2； m為控制繞組的相數(shù) ； z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 27 2022/3/13 例如 ， 步進電動機的轉(zhuǎn)子齒數(shù) z =40， 控制繞組相數(shù) m =3， 當按三相單三拍運行時 ， 由式 ()可得 s360 31 3 4 0??? ? ???可見 ， 步進電動機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多 ， 步距角就越小 ， 控制越精確。 θs=齒距 /拍數(shù) =齒距 /Km=360o/Kmz () 28 2022/3/13 啟動頻率 是指在一定負載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步地啟動的最 高脈沖頻率 。 啟動頻率的大小與驅(qū)動電路和負載大小有關(guān) ， 步距角越小 ， 負載 (包括負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量 )越小 ， 則啟動 頻率越高 。 連續(xù)運行頻率 是指步進電動機啟動后 ， 當控制脈沖頻率 連續(xù)上升時 ， 能不失步運行的最高頻率 ， 它的值也與負載有關(guān) 。 (3) 啟動頻率和連續(xù)運行頻率 靜轉(zhuǎn)矩是指步進電動機處于靜止狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩 。 靜止 狀態(tài)下 ， 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系稱為 矩角特性 。 轉(zhuǎn)角是 指轉(zhuǎn)子偏離零位的角度 ， 稱為 失調(diào)角 。 通常 ， 定子齒與轉(zhuǎn)子齒 對齊 (或者說齒中心線重合 )的位置 ， 稱為 零位 。 因此 ， 矩角特 性表示步進電動機的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系 。 (2) 最大 靜 轉(zhuǎn)矩 29 2022/3/13 當步進電動機控制繞組的電脈沖時間間隔大于電動機 機電過渡過程 (指由于機械慣性及電磁慣性而形成的過渡過 程 )所需的時間時 ， 步進電動機進入連續(xù)運行狀態(tài) ， 這時電 動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為 動態(tài)轉(zhuǎn)矩 。 步進電動機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩和 脈沖頻率的關(guān)系稱為 矩頻特性 ， 如圖 的矩頻特性圖 ， 從圖中可以看出 ， 步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩 隨運行頻率的升高而下降 ， 但不是直線關(guān)系 。 (4) 矩頻特性 圖 某步進電動機的矩頻特性圖 30 2022/3/13 步進電動機的控制特性 ? (1) 點 位控制 ： 點 位控制 ， 就是控制電動機拖動負載從一個位置運行到另一個位置 。 對步進電動機而言 ， 就是控制電動機從一個鎖定位置運行若干步到達另一個位置 后 進入鎖定狀態(tài) 。 ? (2) 加減速控制 ： 步進電動機的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率 、 轉(zhuǎn)子齒數(shù)和相數(shù) ， 與電壓 、 負載 、 溫度等因素?zé)o關(guān) 。 當步進電動機選定后 (即轉(zhuǎn)子齒數(shù)和相數(shù)一定 )， 其轉(zhuǎn)速只與輸入脈沖頻率成正比 ， 改變脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速 。 ? (3) 閉環(huán)控制 ： 步進電動機的控制主要有如下三種情況 。 31 2022/3/13 步進電動機的選擇與使用 步進電動機規(guī)格的選擇主要考慮 步距角 (涉及到相數(shù) )、 靜力矩和電流三大要素 。 一般情況下 ， 使用單片機產(chǎn)生所 需頻率的控制脈沖和方向控制信號 ， 而各相定子繞組中電 壓或電流的控制任務(wù) ， 則由配套的步進電動機驅(qū)動器來完成 。 驅(qū)動器接線示意圖如圖 ： VDD GND 32 2022/3/13 ?（ 1） 供電電源的接線端子 VDD ：直流
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