【文章內(nèi)容簡介】 作空間來做后處理和可視化。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，同時還有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因為MATLAB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)境中進行。小結(jié):綜上所述，利用MATLAB來仿真步進電機的運行情況，可以幫助研究者更好更方便的了解步進電機的特性，以便進一步改善其效率。第3章 步進電機基本原理 典型結(jié)構(gòu)和工作原理一般電動機都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進電動卻是一步一步轉(zhuǎn)動的，故叫步進電動機。每輸入一個沖信號，該電動機就轉(zhuǎn)過一定的角度（有的步進電動機可以直接輸出線位移，稱為直線電動機）。因此步進電動機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件。步進電動機的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號，每輸入一個脈沖信號，步進電動機的轉(zhuǎn)子就前進一步。由于輸入的是脈沖信號，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱為脈沖電動機。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進電動機的應(yīng)用將逐漸擴大。步進電動機的種類很多，按勵磁可分為反應(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)式步進電機用得比較普遍，結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以以反應(yīng)式步進電機為例介紹步進電機的工作原理。反應(yīng)式步進電動機的工作原理與反應(yīng)式同步電機一樣，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)動的。為了便于理解，先以一個簡單的三相步進電動機為例。圖 31是反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)示意圖，它的定子具有均勻分布的六個磁極，磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一組，聯(lián)法如圖所示。 圖 31 三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開: 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相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A39。與齒5相對齊，（A39。就是A，齒5就是齒1）。 旋轉(zhuǎn)通電方式 圖 32 三相單三拍運行轉(zhuǎn)子位置步進電動機的工作原理，其實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的特點）。如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1和齒3與A A’對齊。（如圖32（a）所示）如B相通電，A，C相不通電時，齒2應(yīng)與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3て，此時齒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對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て，此時齒4與A偏移為1/3て對齊。（如圖32（c）所示）如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て，這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按ABCA……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按ACBA……通電，電機就反轉(zhuǎn)。這種按ABCA……方式運行的稱為三相單三拍運行。所謂“三相”是指步進電動機具有三相定子繞組；“單”是指每次只有一相繞組通電；“三拍”指三次換接為一個循環(huán)，第四次換接重復第一次情況。除了這種運行方式外，三相步進電動機還可以以三相六拍和三相雙三拍運行。三相六拍運行的供電方式是AABBBCCCA...，這時，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)中有時只有一相繞組通電（如A相），有時有兩相繞組同時通電（如A相和B相）圖33表示這種方式對控制繞組供電時轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形，開始時先單獨接通A相，這時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齊，如圖33（a）所示，當A和B兩相同時通電時，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定位置將會停留在A、B兩定子磁極對稱的中心位置上。依此類推，如果下面繼續(xù)按照BCCCAA……的順序使繞組換接，那末步進電動機就不斷按順時針方向旋轉(zhuǎn)，當順序順序改為AACCCBBBAA……時，步進電動機就反響即按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖 33 三相六拍運行（a）A相通電（b）A、B相通電（c）B相通電（d）B、C相通電可見單、雙六拍運行時，步距角為15176。，比三拍通電方式時減小一半。因此，同一臺步進電動機，采用不同的通電方式，可以有不同的拍數(shù)，對應(yīng)運行時的步距角也不同。此外，六拍運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，電機工作也比較平穩(wěn)。 小步距角步進電機以上這種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)式步進電動機 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。下面進一步說明它的工作原理。圖34所示的是最常見的一種小步距角的三相反應(yīng)式步進電動機 定子每個圖34 三相反應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)極面上有5個齒，轉(zhuǎn)子上均勻分布40個齒，定轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同。當A相控制繞組通電時，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。極下齒的軸線對齊。因轉(zhuǎn)子上共有40個齒。其齒距角為 ，定子每個極距所占的齒數(shù)為，不是整數(shù) 如圖35所示 因此，當定子A相極下定轉(zhuǎn)子齒對齊時，定子B相極和C相極下的齒和轉(zhuǎn)子齒依次有 1/3 齒距的錯位，即3176。；同樣，當A相斷電，B相控制繞組通電時，反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下，子按逆時針方向轉(zhuǎn)過3176。，轉(zhuǎn)子齒的軸線和定子B相極下齒的軸線對齊。這時，定子C相極和A相極下的齒和轉(zhuǎn)子齒又依次錯開 1/3 齒距。依次類推，若繼續(xù)按單三拍的順序通電，轉(zhuǎn)子就按逆時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動，步距角為3176。當然改變通電順序，即按ACBA 電機按順時針方向反轉(zhuǎn)。 圖35轉(zhuǎn)子展開圖 A相繞組通電 若采用三相單、雙六拍的通電方式運行時，和前面分析的道理完全一樣，176。 通過以上分析可知，轉(zhuǎn)子的齒數(shù)不能任意選取。因為在同一相的幾個磁極下，定轉(zhuǎn)子齒應(yīng)同時對齊或同時錯開，才能使幾個磁極的作用相加，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)子相對位置應(yīng)依次錯開 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)不斷的運動。否則，當某一相控制繞組通電時，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 轉(zhuǎn)子將一直處于靜止狀態(tài) 電動機不能正常運行 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 為一相繞組通電時在圓周上形成的磁極數(shù)。 圖 35定 轉(zhuǎn)子展開圖（A相繞組通電）如果以 N 表示步進電動機運行的拍數(shù)，則轉(zhuǎn)子經(jīng)過 N 步，將轉(zhuǎn)過一個齒距。每轉(zhuǎn)一圈（即360176。機械角），需要走NZr 步，步距角為 （32） N=Cm 式中：C 為通電狀態(tài)系數(shù)。當采用單拍或雙拍方式時，C =1；而采用單、雙拍方式時，C =2。由此可見，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，電源及電機的結(jié)構(gòu)越復雜，造價也越高。反應(yīng)式步進電動機一般做到六相，個別的也有八相或更多相。增加轉(zhuǎn)子的齒數(shù)是減小步進電動機步距角的一個有效途徑，目前所使用的步進電動機轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一般很多。對相同相數(shù)的步進電動機既可采用單拍方式 也可采用單、雙拍方式 所以同一臺電機可有兩個步距角，如 3176。/176。 176。/176。 176。/176。等。當通電脈沖的頻率為 ? 時，由于轉(zhuǎn)子每經(jīng)過 NZr 個脈沖旋轉(zhuǎn)一周，故步進電動機每分鐘的轉(zhuǎn)速為 （33）式中 ? 的單位為 HZ。 可見，反應(yīng)式步進電動機的轉(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的轉(zhuǎn)速。 其他型式的步進電動機 ，裝有兩相（或多相）繞組。轉(zhuǎn)子為凸極式星形磁鋼，其極對數(shù)與定子每相繞組的極對數(shù)相同。圖中定子為兩相集