畢業(yè)設(shè)計(jì)焊縫跟蹤系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)控制的課程設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-25 10:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)三種工作方式的性能比較工作方式單三拍雙三拍六拍步進(jìn)周期TTT每相通電時(shí)間T2T3T走齒周期3T3T6T相電流小較大最大高頻性能差較好較好轉(zhuǎn)矩小中大電磁阻尼小較大較大振蕩容易較容易不容易功耗小大中，六拍的性能最好，單三拍的性能最差，因此，在步進(jìn)電機(jī)的控制應(yīng)用中，選擇合適的工作方式非常重要。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動單元與步進(jìn)電動機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動機(jī)微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡單介紹。 單電壓功率驅(qū)動接口單電壓驅(qū)動是指電動機(jī)繞組在工作時(shí)，只用一個(gè)電壓電源對繞組供電，它的特點(diǎn)是電路最簡單。步進(jìn)電機(jī)使用脈沖電源工作，脈沖電源的獲得可通過下圖說明，開關(guān)管T是按照控制脈沖的規(guī)律“開”和“關(guān)”，使直流電源以脈沖方式向繞組L供電，這一過程我們稱為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動。實(shí)用電路如下圖所示。在電機(jī)繞組回路中串有電阻Rs，使電機(jī)回路時(shí)間常數(shù)減小，高頻時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機(jī)的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡單單電壓驅(qū)動線路中，Rs是不可缺少的。： 單電壓功率驅(qū)動接口電路圖，電路中只有一個(gè)電源V，電路中的限流電阻R1決定了時(shí)間常數(shù)，但R1太大會使繞組供電電流減小。這一矛盾不能解決時(shí)，會使電動機(jī)的高頻性能下降，可在R1兩端并聯(lián)一個(gè)電容，以使電流的上升波形變陡，來改善高頻特性，但這樣做又使低頻性能變差。R1在工作中腰消耗一定的能量，所以這個(gè)電路損耗大，效率低，一般只用于小功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動。 雙電壓功率驅(qū)動接口用提高電壓的方法可以使繞組中的電流上升波形變陡，這樣就產(chǎn)生了雙電壓驅(qū)動。雙電壓驅(qū)動有兩種工作方式：雙電壓法和高低壓法。雙電壓驅(qū)動的基本思路是在較低（低頻段）用較低的電壓UL驅(qū)動，而在高速（高頻段）時(shí)用較高的電壓UH驅(qū)動。這種功率接口需要兩個(gè)控制信號，Uh為高壓有效控制信號，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動控制信號。，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh低電平，TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對繞組供電。這種電路可使電機(jī)在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時(shí)功耗減小。其電路圖如下所示： 雙電壓功率驅(qū)動接口電路雖然這方法保證了低頻段仍然具有單電壓驅(qū)動的特點(diǎn)，在高頻段具有良好的高頻特性，但仍沒有擺脫單電壓驅(qū)動的弱點(diǎn)，在限流電阻R上仍然會產(chǎn)生損耗和發(fā)熱。 高低功率驅(qū)動接口高低壓驅(qū)動的設(shè)計(jì)思想是，不論電機(jī)工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動功率接口也有兩個(gè)輸入控制信號Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時(shí)刻跳變，高壓管VTH的導(dǎo)通時(shí)間tl不能太大，也不能太小，太大時(shí)，電機(jī)電流過載；太小時(shí)，動態(tài)性能改善不明顯。一般可取1~3ms。（當(dāng)這個(gè)數(shù)值與電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí)比較合適）。高低壓驅(qū)動電路如下圖所示： 高低壓驅(qū)動接口電路圖高低壓驅(qū)動法是目前普遍應(yīng)用的一種方法，由于這種驅(qū)動在低頻時(shí)電流有較大的上沖，電動機(jī)低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn)象存在，使用時(shí)要注意。 步進(jìn)電機(jī)的控制 用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖 步進(jìn)電機(jī)速度控制步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過單片機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)，對于軟脈沖分配方式，可以采用調(diào)整兩個(gè)控制字之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，對于硬脈沖分配方式，可以控制步進(jìn)脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。控制步進(jìn)電機(jī)的速度的方法可有兩種：1. 軟件延時(shí)法：改變延時(shí)的時(shí)間長度就可以改變輸出脈沖的頻率，但這種方法CPU長時(shí)間等待，占用大量的機(jī)時(shí)，因此沒有實(shí)踐價(jià)值。2. 定時(shí)器中斷法：在中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行脈沖輸出操作，調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種方法占有的CPU時(shí)間較少，在各種單片機(jī)中都能實(shí)現(xiàn)，是一種比較實(shí)用理想的調(diào)速方法。定時(shí)器法利用定時(shí)器進(jìn)行工作，為了產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，要根據(jù)給定的脈沖頻率和單片機(jī)的機(jī)器周期來計(jì)算定時(shí)常數(shù)，這個(gè)定時(shí)器決定了定時(shí)時(shí)間，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到而使定時(shí)器產(chǎn)生溢出時(shí)發(fā)生中斷，這樣就可以得到一個(gè)給定頻率的方波輸出，改變定時(shí)常數(shù)，就可以改變方波的頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 步進(jìn)電機(jī)位置控制步進(jìn)電機(jī)的位置控制，指的是控制步進(jìn)電機(jī)帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個(gè)位置精確地運(yùn)行到另一個(gè)位置，步進(jìn)電機(jī)的位置控制是步進(jìn)電機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)，它可以不用借助位置傳感器而只需要簡單的開環(huán)控制就能達(dá)到足夠的位置精度，因此應(yīng)用很廣。步進(jìn)電機(jī)的位置控制需要兩個(gè)參數(shù)：
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