[工學]現代工程控制基礎(編輯修改稿)
2025-03-15 14:17 本頁面
【文章內容簡介】 高轉速和最大轉矩應分別 滿足以下兩個條件： (1)折合到伺服電動機轉子軸上的負載峰值轉速必須不大于伺服電動機的最高轉速； (2)折合到伺服電動機轉子軸上負載轉矩與伺服電動機轉子加速時的慣性轉矩之和必須不大與伺服電動機的最大轉矩 。 首先 ， 伺服電動機的最大功率應大于給定任務的峰值 功率 ， 通常選擇的安全系數為 2， 即 24 2022/3/13 步進電動機及其控制 ? 按線圈激勵設計的不同 ， 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 。 ? 按其傳動設計方式 的不同 ， 步進電動機又有旋轉型 和直線型 等； ? 按電磁設計一般分為變磁阻式 (VR型 ， 也稱為反應式 )、 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 旋轉力產生的機理 定子的磁極吸引磁性材料導致轉子旋轉 轉子由永久磁鐵制成 ， 用定子磁極同轉子磁極的磁性吸引力旋轉 無勵磁時的狀態(tài) 定子沒有勵磁時 (線圈不通電 )不產生轉矩 即使無勵磁 ， 因永久磁鐵的作用 ， 有轉矩 特征和主要用途 大輸出 ， 高精度；用于數控機床 、 各種機器的驅動源等 。 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 ， 轉子所轉過的角位移 ， 也稱為步距 ， 它的大小與定子控制繞 組的相數、轉子的齒數和通電的方式有關 ， 步距角的計算公 式為 ： θs=齒距 /拍數 =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 ， 當相鄰兩 次通電的相數相同 (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 ； z為轉子的齒數。 27 2022/3/13 例如 ， 步進電動機的轉子齒數 z =40， 控制繞組相數 m =3， 當按三相單三拍運行時 ， 由式 ()可得 s360 31 3 4 0??? ? ???可見 ， 步進電動機的相數和轉子齒數越多 ， 步距角就越小 ， 控制越精確。 θs=齒距 /拍數 =齒距 /Km=360o/Kmz () 28 2022/3/13 啟動頻率 是指在一定負載轉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動電路和負載大小有關 ， 步距角越小 ， 負載 (包括負載轉矩和轉動慣量 )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 。 (3) 啟動頻率和連續(xù)運行頻率 靜轉矩是指步進電動機處于靜止狀態(tài)下的電磁轉矩 。 靜止 狀態(tài)下 ， 轉子的轉矩與轉角之間的關系稱為 矩角特性 。 轉角是 指轉子偏離零位的角度 ， 稱為 失調角 。 通常 ， 定子齒與轉子齒 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矩與失調角之間的關系 。 (2) 最大 靜 轉矩 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 動機產生的轉矩稱為 動態(tài)轉矩 。 步進電動機的動態(tài)轉矩和 脈沖頻率的關系稱為 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矩 隨運行頻率的升高而下降 ， 但不是直線關系 。 (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 ： 步進電動機的轉速取決于脈沖頻率 、 轉子齒數和相數 ， 與電壓 、 負載 、 溫度等因素無關 。 當步進電動機選定后 (即轉子齒數和相數一定 )， 其轉速只與輸入脈沖頻率成正比 ， 改變脈沖頻率就可以改變轉速 。 ? (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 )、 靜力矩和電流三大要素 。 一般情況下 ， 使用單片機產生所 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 ， 則由配套的步進電動機驅動器來完成 。 驅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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