【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，此時(shí)AB,A’B’就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置，接著E,A,B相通電，此時(shí)C,D均不通電，產(chǎn)生AA’方向上的磁場(chǎng)，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是EA,DEA,DE,CDE,CD,BCD,BC,ABC相輪流單獨(dú)通電，此為一個(gè)完整的正轉(zhuǎn)周期 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)通電順序?yàn)椋篈B→EAB→EA→DEA→DE→CDE→CD→BCD→BC→ABC→AB1)正轉(zhuǎn) 首先A,B相先通電，此時(shí)C,D,E三相均不通電，產(chǎn)生ABA’B’方向上的磁場(chǎng)，此時(shí)AB,A’B’就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置，接著B,C相通電，此時(shí)A,D,E均不通電，產(chǎn)生BCB’C’方向上的磁場(chǎng)，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是CD,DE,EA相輪流單獨(dú)通電，此為一個(gè)完整的正轉(zhuǎn)周期 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)通電順序?yàn)椋篈B→BC→CD→DE→EA→AB2)反轉(zhuǎn) 首先A,B相先通電，此時(shí)C,D,E三相均不通電，產(chǎn)生ABA’B’方向上的磁場(chǎng)，此時(shí)AB,A’B’就成為電磁鐵的N,S極。由于磁通具有走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的位置，接著E,A相通電，此時(shí)B,C,D均不通電，產(chǎn)生EAE’A’方向上的磁場(chǎng)，則同理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至相應(yīng)位置，接著就是DE,CD,BC,相輪流單獨(dú)通電，此為一個(gè)完整的正轉(zhuǎn)周期簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)通電順序?yàn)椋篈B→EA→DE→CD→BC→AB相比較而言五相十拍運(yùn)行在轉(zhuǎn)子極數(shù)相同的情況下，步距角更小，控制精度更高，所以本次設(shè)計(jì)采用五相十拍的運(yùn)行方式。1)對(duì)于五相步進(jìn)電機(jī)控制，主要是五相繞組的接通、斷開的順序和每個(gè)步距腳的行進(jìn)速度這兩個(gè)方面進(jìn)行控制。下面將介紹十拍運(yùn)行時(shí)五相十拍步進(jìn)電機(jī)的正傳順序和反轉(zhuǎn)順序。正轉(zhuǎn)順序：ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB反轉(zhuǎn)順序：AB→EAB→EA→DEA→DE→CDE→CD→BCD→BC→ABC 圍繞這兩個(gè)主要方面，對(duì)此我們做出以下的控制要求：在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可以正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；2)用五個(gè)開關(guān)控制其工作：1 號(hào)開關(guān)控制其運(yùn)行 ( 啟 / 停 )。2 號(hào)開關(guān)控制其低速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 秒)。3 號(hào)開關(guān)控制其中速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 秒)。4 號(hào)開關(guān)控制其高速運(yùn)行 (轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角需 秒)。5 號(hào)開關(guān)控制轉(zhuǎn)向 ( ON 為正轉(zhuǎn)，OFF 為反轉(zhuǎn) )。 I/O地址分配表表27 I/O地址分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱元件名稱 元件符號(hào)地址編碼輸入信號(hào)啟/停控制常開按鈕SB1低速調(diào)速常開按鈕SB2中速調(diào)速常開按鈕SB3高速調(diào)速常開按鈕SB4正/反轉(zhuǎn)控制單刀雙制開關(guān)QS輸出信號(hào)輸出端子A端子A輸出端子B端子B輸出端子C端子C輸出端子D端子D輸出端子E端子E PLC外部接線圖PLC外部接線圖設(shè)備、負(fù)載電源種類等的設(shè)計(jì)就依據(jù)系統(tǒng)的要求。由上面的I/O分配表，查閱手冊(cè)選擇S7200 CPU222基本單元（8入/6出）1臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其五相十拍外部接線圖如下：圖28 外部接線圖 步進(jìn)電機(jī)時(shí)序圖 （a）步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)序圖 （b）步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)序圖圖29步進(jìn)電機(jī)時(shí)序圖3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源有很多種，它的分類方法也有很多。如果按照相應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)容量大小來(lái)區(qū)分，則有功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源還有伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源兩種。 若按照輸出的脈沖極性來(lái)區(qū)分的話，那就有單向脈沖電源還有正、負(fù)雙極性脈沖電源兩種，后面的是作為永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)源。 如果按電脈沖的功率元件分類，有晶體管驅(qū)動(dòng)電源、高頻晶閘管驅(qū)動(dòng)電源還有可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動(dòng)電源。 如果按照脈沖的供電方式來(lái)區(qū)分，有單一電壓型的電源還有高、低壓切換型的電源；斬波恒流驅(qū)動(dòng)電源和細(xì)分電路電源等。 單一電壓電源是最為簡(jiǎn)單電源，其原理圖如31。信號(hào)脈沖輸入，隨后晶體管導(dǎo)通，電容在起始時(shí)等同于將電阻R短接，隨后控制繞組的電流會(huì)上升的很迅速。當(dāng)電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，串聯(lián)的電阻R就會(huì)起到限流功能。在這個(gè)完整的工作過(guò)程中只有一種電源為其供電。這種線路的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且電阻還有控制繞組串聯(lián)，這樣能夠減小回路時(shí)間的常數(shù)，但是由于電阻R上要消耗功率，會(huì)讓電源的效率變得很低，所以當(dāng)這種電源供電時(shí)它的起動(dòng)和運(yùn)行頻率都很低。圖31 單一電壓型驅(qū)動(dòng)電源 圖32 高、低壓切換型驅(qū)動(dòng)電源 高、低壓切換型電源原理如圖32。步進(jìn)電機(jī)的每相繞組是由兩只功率元件串聯(lián)形成的，它的供電方式有高壓和低壓兩種。高壓供電可以提高電流上升的速度，電流波形的前沿也會(huì)得到緩和，穩(wěn)定則用低壓。低壓電源之所以串聯(lián)一個(gè)較小的電阻R，目的是為了控制繞組電流值，才能夠使各相電流趨于穩(wěn)定。這樣電源效率變高，起始和運(yùn)行時(shí)的頻率比單一電壓型電源更高，然而這種驅(qū)動(dòng)電路在低頻運(yùn)行時(shí)通電的時(shí)間太長(zhǎng)，低頻時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的噪聲就會(huì)較大，而且會(huì)伴隨共振現(xiàn)象的存在。 斬波恒流驅(qū)動(dòng)電源是目前使用比較多的一種驅(qū)動(dòng)方法。基本理論在于電機(jī)是否處于鎖定狀態(tài)，導(dǎo)通相繞組電流需要穩(wěn)定在額定值。圖33是斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。開關(guān)管VT1和VT2控制繞組的關(guān)斷與導(dǎo)通，VT2發(fā)射極連接一個(gè)小電阻R，繞組電流經(jīng)過(guò)這個(gè)電阻接地，壓降跟電機(jī)繞組的電流是正比例的關(guān)系，電阻就是電流采樣電阻。 當(dāng)為高電平時(shí)，VT1和VT2導(dǎo)通，電源供電。由于電感作用，電阻上電壓逐漸升高，一旦超過(guò)，比較器就會(huì)輸出低電平，然后與門也輸出低電平，VT1關(guān)斷，電源關(guān)斷，繞組電流經(jīng)過(guò)VTR、VD2繼續(xù)續(xù)流，采樣電阻R的端電壓跟著下降。當(dāng)采樣電阻R上的電壓低于給定電壓之后，比較器輸出的就是高電平，而后與門輸出的也是高電平，VT再一次導(dǎo)通，電源繼續(xù)供電，如此反復(fù)。 當(dāng)變成低電平時(shí)，VT1和VT2兩個(gè)開關(guān)管不導(dǎo)通，繞組的電流經(jīng)過(guò)二極管VD電源，二極管VD2放電，迅速下降。、VT1的基極電位和繞組電流波形如圖34。VT2導(dǎo)電期間，電源以脈沖的形式提供電源。在斬波的作用下，繞組的電流保持不變，具有相同的輸出轉(zhuǎn)矩。它另一個(gè)好處就是共振會(huì)減小，因?yàn)殡姍C(jī)共振的內(nèi)因是能量積累過(guò)多，斬波恒流驅(qū)動(dòng)輸入的能量隨著繞組電流變化自動(dòng)改變，可以不使能量產(chǎn)生堆積?？墒?，當(dāng)電流的形狀為鋸齒形的時(shí)候，這種驅(qū)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生比較大的電磁噪聲。圖33 斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路的原理圖圖34 斬波恒流控制的電流波形圖35階梯波形電流圖 細(xì)分驅(qū)動(dòng)又叫微步距控制，是步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制的新技術(shù)之一，可以達(dá)到極高的精度并提高穩(wěn)定性，來(lái)讓運(yùn)動(dòng)近似的變?yōu)閯蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)的一種驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)就像伺服電動(dòng)機(jī)一樣。要減小步距角，只是從電機(jī)本身來(lái)解決有一定局限性，所以要從電源方面解決。將以前供電的脈沖電流變成階梯波形，如圖35，輸入電流的每一階梯，偏轉(zhuǎn)角減小，能夠改善電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)噪音等其它影響，能夠提高運(yùn)行的平滑性，所以細(xì)分電路驅(qū)動(dòng)是較為理想的驅(qū)動(dòng)方式。在圖35中，給電機(jī)電流由零經(jīng)過(guò)五個(gè)階梯上升。下降時(shí)，經(jīng)過(guò)同樣過(guò)程到0。這樣使電機(jī)成為一個(gè)連續(xù)磁場(chǎng)，使得電動(dòng)機(jī)平滑運(yùn)動(dòng)。細(xì)分電路電源，就是用順序脈沖形成器使各脈沖一個(gè)個(gè)放大，這些脈沖電流在繞組中疊加成為階梯波形電流,順序脈沖形成器一般可用移位形式的環(huán)形脈沖分配器做到。步進(jìn)電機(jī)是對(duì)傳輸來(lái)的電脈沖信號(hào)的分析和轉(zhuǎn)換而進(jìn)行相應(yīng)的角位移和線位移。原理就電磁鐵吸引轉(zhuǎn)子然后產(chǎn)生轉(zhuǎn)距來(lái)作用，電機(jī)依據(jù)各相定子依次通電使它轉(zhuǎn)動(dòng)，然后電磁轉(zhuǎn)化為角位移。定子繞組從一相導(dǎo)通轉(zhuǎn)化為另一相導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)一角度，即步距角。細(xì)分就是在繞組換相時(shí)，不讓它導(dǎo)通或者斷開。我們以某種電機(jī)來(lái)說(shuō)明步距角二細(xì)分,如圖36 。當(dāng)電機(jī)在A相通電的時(shí)候，轉(zhuǎn)子在AA’之間，當(dāng)A相通電變?yōu)锳、B 兩相通電后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)角,停A 、B兩相中間① 處，轉(zhuǎn)距與繞組電流成正比，B 相繞組電流不是由0直接上升至額定電流，先到中間位置，轉(zhuǎn)子不是轉(zhuǎn)到位置①，而停在② 處；同樣，當(dāng)A 、B 兩相通電變?yōu)锽 相通電，如果A 相電流并不是由額定電流降到0，則轉(zhuǎn)子將不會(huì)轉(zhuǎn)到位置B－B’，而是轉(zhuǎn)到位置③ ， 精度從而提高，這就是步進(jìn)電機(jī)二細(xì)分理論。綜上所述，定子繞組電流并不是由0 變到額定值，或由額定值變?yōu)?，而分十級(jí)一步一步完成，即B相繞組用一樣的間隔通電0－－……－Ie，A 相以同樣的時(shí)間按下過(guò)程減小電流Ie－ ……－－0，如此，步進(jìn)電機(jī)就完成了十細(xì)分。我們可以看到，細(xì)分就是使電機(jī)各相電流有序升級(jí)，降級(jí)，來(lái)提高精度。 圖36 步進(jìn)電機(jī)步矩角細(xì)分示意圖我們選擇恒頻斬波細(xì)分控制，它就是斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路的進(jìn)一步改進(jìn)。在驅(qū)動(dòng)電路里，繞組電流的大小是由比較器給定的電壓值決定的，實(shí)際上這個(gè)給定的電壓是一個(gè)固定值?，F(xiàn)在給定的電壓值用階梯電壓來(lái)替換，我們就會(huì)得到階梯電流波。該電路驅(qū)動(dòng)如下37，單片機(jī)為主體，經(jīng)過(guò)T0輸出20kHz方波，送給D觸發(fā)器，當(dāng)作信號(hào)。單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)送到到D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)作控制信號(hào)。階梯電壓每一次變化都會(huì)使轉(zhuǎn)子走步。 恒頻斬波細(xì)分原理就在于D/A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓不確定時(shí)，恒頻信號(hào)上升沿會(huì)使D觸發(fā)器動(dòng)作，使其輸出的電平為高電平，開關(guān)管VTVT2開始動(dòng)作，繞組電流自然上升，取樣電阻R2的壓降提高，壓降大于，比較器就會(huì)輸出低的電平，然后D觸發(fā)器輸出低電平，VTVT2斷開，繞組電流降低。當(dāng)R2壓降小于，比較器輸出的就是高電平，然后D觸發(fā)器輸出的電平也為高電平，V