【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作空間來(lái)做后處理和可視化。模型分析工具包括線性化工具和微調(diào)工具，它們可以從MATLAB命令行直接訪問(wèn)，同時(shí)還有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因?yàn)镸ATLAB和是一體的，所以可以仿真，分析，修改模型在兩者中的任一環(huán)境中進(jìn)行。小結(jié):綜上所述，利用MATLAB來(lái)仿真步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行情況，可以幫助研究者更好更方便的了解步進(jìn)電機(jī)的特性，以便進(jìn)一步改善其效率。第3章 步進(jìn)電機(jī)基本原理 典型結(jié)構(gòu)和工作原理一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，故叫步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)沖信號(hào)，該電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（有的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以直接輸出線位移，稱為直線電動(dòng)機(jī)）。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專(zhuān)門(mén)電源輸入電脈沖信號(hào)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。由于輸入的是脈沖信號(hào)，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，按勵(lì)磁可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)用得比較普遍，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，所以以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例介紹步進(jìn)電機(jī)的工作原理。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與反應(yīng)式同步電機(jī)一樣，也是利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。為了便于理解，先以一個(gè)簡(jiǎn)單的三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。圖 31是反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，它的定子具有均勻分布的六個(gè)磁極，磁極上繞有繞組。兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一組，聯(lián)法如圖所示。 圖 31 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi): 0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3て，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3て，A39。與齒5相對(duì)齊，（A39。就是A，齒5就是齒1）。 旋轉(zhuǎn)通電方式 圖 32 三相單三拍運(yùn)行轉(zhuǎn)子位置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，其實(shí)就是電磁鐵的工作原理，定子由若干相控制繞組構(gòu)成；每相依次通入直流電。（磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過(guò)的特點(diǎn)）。如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1和齒3與A A’對(duì)齊。（如圖32（a）所示）如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て1/3て）=2/3て。（如圖32（b）所示）如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對(duì)齊。（如圖32（c）所示）如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て，這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按ABCA……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按ACBA……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。這種按ABCA……方式運(yùn)行的稱為三相單三拍運(yùn)行。所謂“三相”是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有三相定子繞組；“單”是指每次只有一相繞組通電；“三拍”指三次換接為一個(gè)循環(huán)，第四次換接重復(fù)第一次情況。除了這種運(yùn)行方式外，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還可以以三相六拍和三相雙三拍運(yùn)行。三相六拍運(yùn)行的供電方式是AABBBCCCA...，這時(shí)，每一循環(huán)換接6次，總共有6種通電狀態(tài)，這6種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電（如A相），有時(shí)有兩相繞組同時(shí)通電（如A相和B相）圖33表示這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形，開(kāi)始時(shí)先單獨(dú)接通A相，這時(shí)與單三拍的情況相同，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子極軸對(duì)齊，如圖33（a）所示，當(dāng)A和B兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定位置將會(huì)停留在A、B兩定子磁極對(duì)稱的中心位置上。依此類(lèi)推，如果下面繼續(xù)按照BCCCAA……的順序使繞組換接，那末步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就不斷按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，當(dāng)順序順序改為AACCCBBBAA……時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就反響即按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。圖 33 三相六拍運(yùn)行（a）A相通電（b）A、B相通電（c）B相通電（d）B、C相通電可見(jiàn)單、雙六拍運(yùn)行時(shí)，步距角為15176。，比三拍通電方式時(shí)減小一半。因此，同一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，采用不同的通電方式，可以有不同的拍數(shù)，對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)的步距角也不同。此外，六拍運(yùn)行方式每一拍也總有一相控制繞組持續(xù)通電，也具有電磁阻尼作用，電機(jī)工作也比較平穩(wěn)。 小步距角步進(jìn)電機(jī)以上這種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 它的步距角較大 常常滿足不了系統(tǒng)精度的要求,所以,大多數(shù)采用如圖34所示的定子磁極上帶有小齒,轉(zhuǎn)子齒數(shù)很多的反應(yīng)式結(jié)構(gòu)，其步距角可以做得很小。下面進(jìn)一步說(shuō)明它的工作原理。圖34所示的是最常見(jiàn)的一種小步距角的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 定子每個(gè)圖34 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)極面上有5個(gè)齒，轉(zhuǎn)子上均勻分布40個(gè)齒，定轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同。當(dāng)A相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子齒的軸線和定子A、A180。極下齒的軸線對(duì)齊。因轉(zhuǎn)子上共有40個(gè)齒。其齒距角為 ，定子每個(gè)極距所占的齒數(shù)為，不是整數(shù) 如圖35所示 因此，當(dāng)定子A相極下定轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，定子B相極和C相極下的齒和轉(zhuǎn)子齒依次有 1/3 齒距的錯(cuò)位，即3176。；同樣，當(dāng)A相斷電，B相控制繞組通電時(shí)，反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下，子按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)3176。，轉(zhuǎn)子齒的軸線和定子B相極下齒的軸線對(duì)齊。這時(shí)，定子C相極和A相極下的齒和轉(zhuǎn)子齒又依次錯(cuò)開(kāi) 1/3 齒距。依次類(lèi)推，若繼續(xù)按單三拍的順序通電，轉(zhuǎn)子就按逆時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)，步距角為3176。當(dāng)然改變通電順序，即按ACBA 電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蚍崔D(zhuǎn)。 圖35轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖 A相繞組通電 若采用三相單、雙六拍的通電方式運(yùn)行時(shí)，和前面分析的道理完全一樣，176。 通過(guò)以上分析可知，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)不能任意選取。因?yàn)樵谕幌嗟膸讉€(gè)磁極下，定轉(zhuǎn)子齒應(yīng)同時(shí)對(duì)齊或同時(shí)錯(cuò)開(kāi)，才能使幾個(gè)磁極的作用相加，產(chǎn)生足夠的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)是定子磁極的偶數(shù)倍。另外，在不同相的磁極下，定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置應(yīng)依次錯(cuò)開(kāi) 1/m 齒距，這樣才能在連續(xù)改變通電狀態(tài)下，獲得連續(xù)不斷的運(yùn)動(dòng)。否則，當(dāng)某一相控制繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒都將處于磁路的磁阻最小的位置上 各相繞組輪流通電時(shí) 轉(zhuǎn)子將一直處于靜止?fàn)顟B(tài) 電動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)行 為此 要求兩相鄰相磁極軸線之間轉(zhuǎn)子的齒數(shù)應(yīng)為整數(shù)加或減 1/m 即 （31）式中：K 為正整數(shù)；Zr 為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)；2p 為一相繞組通電時(shí)在圓周上形成的磁極數(shù)。 圖 35定 轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖（A相繞組通電）如果以 N 表示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)，則轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò) N 步，將轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。每轉(zhuǎn)一圈（即360176。機(jī)械角），需要走NZr 步，步距角為 （32） N=Cm 式中：C 為通電狀態(tài)系數(shù)。當(dāng)采用單拍或雙拍方式時(shí)，C =1；而采用單、雙拍方式時(shí)，C =2。由此可見(jiàn)，增加拍數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)可以減小步距角，有利于提高控制精度。增加電機(jī)的相數(shù)可以增加拍數(shù)，也可以減小步距角。但相數(shù)越多，電源及電機(jī)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，造價(jià)也越高。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相，個(gè)別的也有八相或更多相。增加轉(zhuǎn)子的齒數(shù)是減小步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的一個(gè)有效途徑，目前所使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一般很多。對(duì)相同相數(shù)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)既可采用單拍方式 也可采用單、雙拍方式 所以同一臺(tái)電機(jī)可有兩個(gè)步距角，如 3176。/176。 176。/176。 176。/176。等。當(dāng)通電脈沖的頻率為 ? 時(shí)，由于轉(zhuǎn)子每經(jīng)過(guò) NZr 個(gè)脈沖旋轉(zhuǎn)一周，故步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為 （33）式中 ? 的單位為 HZ。 可見(jiàn)，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與拍數(shù) N、轉(zhuǎn)子齒數(shù) Zr 及脈沖的頻率有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比，改變脈沖的頻率可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 其他型式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ，裝有兩相（或多相）繞組。轉(zhuǎn)子為凸極式星形磁鋼，其極對(duì)數(shù)與定子每相繞組的極對(duì)數(shù)相同。圖中定子為兩相集