【文章內(nèi)容簡介】 調(diào)角日減小，故為負(fù)值，如圖35(b)所示。如果為空載，那么轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果是使異極性轉(zhuǎn)子齒與定子齒完全對(duì)齊；如果某相控制繞組通電時(shí)轉(zhuǎn)子齒與定子齒剛好錯(cuò)開，即口=石，轉(zhuǎn)子齒左右兩個(gè)方向所受的磁力相等，步進(jìn)電機(jī)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為O，如圖35(c)所示。圖35 定子和轉(zhuǎn)子齒的位置關(guān)系圖36 步進(jìn)電機(jī)的矩角特性步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩T隨失調(diào)角口呈周期性變化，變化的周期為轉(zhuǎn)子的齒距，也就是2萬電角度。混合式步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩T與失調(diào)角0的關(guān)系近似為正弦曲線，稱為矩角特性，如圖26所示。步進(jìn)電機(jī)在靜轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然有一個(gè)穩(wěn)定平衡位置。如果步進(jìn)電機(jī)為空載，那么轉(zhuǎn)子在失調(diào)角0=0處穩(wěn)定，即在通電相定子齒與異極性轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊的位置穩(wěn)定。在靜態(tài)運(yùn)行情況下，如有外力使轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒O口石，則在外力消除后，轉(zhuǎn)子在靜轉(zhuǎn)矩的作用下仍能回到原來的穩(wěn)定平衡位置。當(dāng)0=2，r時(shí)，轉(zhuǎn)子齒左右兩邊所受的磁力相等而相互抵消，靜轉(zhuǎn)矩T=0，但只要轉(zhuǎn)予向左或向右稍有一點(diǎn)偏離，轉(zhuǎn)子所受的左右兩個(gè)方向的磁力不再相等而失去平衡，故口=177。石是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。在兩個(gè)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)之間的區(qū)域構(gòu)成靜穩(wěn)定區(qū)，即一石口石，如圖3—6所示。矩角特性上靜轉(zhuǎn)矩的最大值Tsm稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。．步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)脈沖頻率較低，電機(jī)轉(zhuǎn)子完成一步之后，下一個(gè)脈沖才到來，電機(jī)呈現(xiàn)出一轉(zhuǎn)一停的狀態(tài)，故稱之為步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)空載時(shí)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如圖27所示，通電順序?yàn)锳—B——C—A。當(dāng)A相通電時(shí)，在靜轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在A相的穩(wěn)定平衡點(diǎn)a，顯然失調(diào)角6=0，靜轉(zhuǎn)矩T=0。當(dāng)A相斷電，B相通電時(shí)，矩角特性轉(zhuǎn)為曲線B，曲線B落后曲線A一個(gè)步距角8b=2／3，轉(zhuǎn)子處在B相的靜穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，為矩角特性曲線B上的b。點(diǎn)，此處TO，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，停在穩(wěn)定平衡點(diǎn)b處，此處T又為O。同理，當(dāng)C相通電時(shí)，又由b轉(zhuǎn)到c．點(diǎn)，然后停在曲線C的穩(wěn)定平衡點(diǎn)c處。接下來A相通電，又由C轉(zhuǎn)到a’并停在a’處，一個(gè)循環(huán)過程即為．A相通電時(shí)，一／l萬為靜穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)A相繞組斷電轉(zhuǎn)到B相繞組通電時(shí)，新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)為b，對(duì)應(yīng)于它的靜穩(wěn)定區(qū)為一石+，在換相的瞬間，轉(zhuǎn)子的位置只要停留在此區(qū)域內(nèi)，就能趨向新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，所以區(qū)域稱為動(dòng)穩(wěn)定區(qū)，顯而易見，相數(shù)增加或拍數(shù)增加，步距角越小，動(dòng)穩(wěn)定區(qū)越接近靜穩(wěn)定區(qū)，即靜、動(dòng)穩(wěn)定區(qū)重疊越多，步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定性越好。圖37 空載步進(jìn)運(yùn)行當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶上負(fù)載運(yùn)行時(shí)情況有所不同。帶上負(fù)載TL后，轉(zhuǎn)子每走一步不再停留在穩(wěn)定平衡點(diǎn)，而是停留在靜轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的點(diǎn)上，如圖38中，cI，a’處，T=T。轉(zhuǎn)子停止不動(dòng)。具體分析如下：當(dāng)A相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到a，時(shí)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載轉(zhuǎn)距，兩轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，A相斷電B相通電，改變通電狀態(tài)的瞬間，因?yàn)閼T性轉(zhuǎn)子位置來不及變化，于是轉(zhuǎn)到曲線B上的b：點(diǎn)，由于b：點(diǎn)的靜轉(zhuǎn)矩TTL，故轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到b．點(diǎn)，在b。點(diǎn)TTL轉(zhuǎn)子停止接下來C相通電的運(yùn)轉(zhuǎn)情況類似。一個(gè)循環(huán)的過程為。圖3—8 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)運(yùn)行如果負(fù)載較大，轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)到曲線A，B的交點(diǎn)就有T=TL，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，當(dāng)A相斷電B相通電，轉(zhuǎn)到曲線B后TTL，電機(jī)不能作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。顯而易見，步進(jìn)電機(jī)能夠帶負(fù)載作步迸運(yùn)行的最大值L即是兩相矩角曲線交點(diǎn)處的電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩。若增加相數(shù)或拍數(shù)，那么靜動(dòng)穩(wěn)定區(qū)重疊增加，兩相衄線交點(diǎn)升高，最大電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩增加，步進(jìn)運(yùn)行能帶動(dòng)的負(fù)載越大。 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)當(dāng)脈沖頻率較高時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子未停止而下一個(gè)脈沖已經(jīng)到來，步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)不是一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，而是呈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在改變各相通電狀態(tài)的瞬間，只要失調(diào)角在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。轉(zhuǎn)子就會(huì)不失步的繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)。步迸電機(jī)在帶負(fù)載情況下啟動(dòng)時(shí)，不但要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，還要克服慣性轉(zhuǎn)矩。如果輸入的脈沖頻率過高，在下一個(gè)脈沖到來時(shí)，失調(diào)角還未進(jìn)入動(dòng)態(tài)穩(wěn)定區(qū)，電機(jī)就不能武漢理工人學(xué)碩t學(xué)位論文起步。啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為起動(dòng)矩頻特性，又稱牽入特性。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)以后，慣性轉(zhuǎn)矩的影響減少，電機(jī)就能以比起動(dòng)頻率高的脈沖頻率連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為運(yùn)行矩頻特性，又稱牽出特性。步進(jìn)電機(jī)相數(shù)越 多或拍數(shù)越多，步距角越小。進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)域越容易，起動(dòng)頻率就越高。脈沖頻率升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，步進(jìn)電機(jī)所能帶動(dòng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將減小。主要是因?yàn)轭l率升高時(shí)，脈沖間隔時(shí)間小，由于定子繞組電感有延緩電流變化的作用，控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升所能到達(dá)的數(shù)值也就越小，因而電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也越小。另外，隨著頻率的提高，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的反電勢增加，使繞組電流減小，也使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩下降?？傊竭M(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的升高而減小。四、設(shè)計(jì)部分 1設(shè)計(jì)說明 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由步進(jìn)電機(jī)及其功率驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成一個(gè)開環(huán)的定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(即步距角)。脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度就越多；輸入脈沖的頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。因此可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)種類，根據(jù)自身的結(jié)構(gòu)不同，可分為常用三大類：反應(yīng)式(vR，也稱磁阻式)、永磁式(PM)、混合式(HB)。其中混合式步進(jìn)電機(jī)兼有反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用越來越廣泛。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度口。步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)，因此非常適合予單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)作為一種高可控性的特種電機(jī)，利用其沒有誤差積累(精度為100％)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 英國Labcenter electronics公司推出了嵌入式設(shè)計(jì)仿真與開發(fā)平臺(tái)Proteus，用戶可以根據(jù)需要搭建開發(fā)平臺(tái)，將編譯好的目標(biāo)代碼加載到芯片中。目前支持的編譯器有Keil，GNU以及IAR等。在Proteus軟件中還可以查看多種調(diào)試信息，如源代碼執(zhí)行情況、CPU寄存器信息、變量值以及FLASH與RAM中的信息等。大量的元件庫支持大型設(shè)計(jì)，而且在仿真中還可以觀察各元件的狀態(tài)。先通過Proteus仿真，再移植到相應(yīng)的硬件電路，這種方式可以減小系統(tǒng)開發(fā)開支和周期，值得推廣。2系統(tǒng)的總體方案該設(shè)計(jì)如圖1所示，將單片機(jī)AT89C52產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖通過功率放大器放大，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。通過4個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等功能，通過軟件與硬件相結(jié)合的控制方法，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定控制，實(shí)現(xiàn)grade 0～grade 9十級(jí)變速，轉(zhuǎn)速分別是3 r／min，5 r／min，8 r／min，10 r／min，12 r／min，15 r／min，30 r／min，40 r／min，60 r／min，120 r／min，變速范圍較廣，并采用LCDl60