基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-12-18 14:55 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 luctance，簡(jiǎn)稱 VR)反應(yīng)式步進(jìn) 電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型； (2)永磁式步進(jìn)電機(jī) (Permanent Mag，簡(jiǎn)稱 PM)永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率小 (相比反應(yīng)式 )，但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電； (3)混合式步進(jìn)電機(jī) (Hybrid，簡(jiǎn)稱 HB)混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永 磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)。 混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 結(jié)構(gòu)及基本原理 步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來(lái)產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。每來(lái)一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱為一步。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)脈沖所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是精確的，并 5 可重復(fù)，這就是步進(jìn)電機(jī)為什么在定位應(yīng)用中如此有效的原因。 通過(guò)電磁感應(yīng)定律 我們很容易知道 激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極，見(jiàn)圖 所示。定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。通過(guò)改變定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連 續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 兩相電機(jī)的步進(jìn)順序 兩相電機(jī)的單相通電步進(jìn)順序 在圖 中我們很清晰的展示了在單相通電時(shí)一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)的典型的步進(jìn)順序。在第 1 步中，兩相定子的 A 相通電，因異性相吸，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。當(dāng) A 相關(guān)閉、 B 相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90176。在第 3 步中， B相關(guān)閉、 A 相通電，但極性與第 1 步相反，這促使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn) 90176。在第 4步中， A 相關(guān)閉、 B 相通電，極性與第 2 步相反。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按 90176。的步距角順時(shí)針旋轉(zhuǎn) [8] [9]。 圖 激勵(lì)線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng) 6 圖 兩相電機(jī)的單相通電 步進(jìn)順序 兩相電機(jī)的雙相通電步進(jìn)順序 圖 中顯示的步進(jìn)順序稱為“單相激勵(lì)”步進(jìn)。更常用的步進(jìn)方法是“雙相激勵(lì)”，其中電機(jī)的兩相一直通電。但是，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性，見(jiàn)圖 所示。 在第 1 步中，兩相定子的 A 相和 B 相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step1 位置。在第 2 步中，兩相定子的 A 相關(guān)閉，而 B 和 a 相（此時(shí)的 a 相通電極性與第 1 步 A 相反）同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step2 位置。在第 3 步中，兩相定子的 a 相和 b 相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step3 位置。在第 4 步中，兩相定子的 b 相和A 相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step4 位置。按 照這樣的通電方式電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)了一周 [8] [9]。 兩相步進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子兩相之間的軸線處對(duì)直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”步進(jìn)多提供了 %的力矩，但輸入功率卻為 2 倍。 7 圖 兩相電機(jī)的 雙 相通電步進(jìn)順序 步進(jìn)電機(jī)的半步工作方式 電機(jī)也可在轉(zhuǎn)換相位之間插入一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。這將步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)步距角一分為二。例如，一個(gè) 90176。的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動(dòng) 45176。，見(jiàn)圖 。但是，與“兩相通電”相比，半步進(jìn)通常導(dǎo)致 15%～ 30%的力矩?fù)p失（取決于步進(jìn)速率）。在每交換半步的過(guò)程中，由于其 中一個(gè)繞組沒(méi)有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。 從原理圖我們很容易看到半步工作方式其實(shí)就是將兩相電機(jī)的單相通電工作方式和兩相電機(jī)的雙相通電工作方式相互結(jié)合起來(lái)。 兩相步進(jìn)電機(jī)的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種，其中我們?cè)趫D 和圖 中展示的都叫做兩相四拍工作模式，而下面的 圖展示的就是兩相八拍工作模式 [8] [9]。 8 圖 兩相電機(jī)的半步步進(jìn)順序 9 第 3章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù) 在混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)和工作原理的基礎(chǔ)上，本章就步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技 術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和比較。首先介紹了傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式 :單電壓驅(qū)動(dòng) (包括單電壓串電阻驅(qū)動(dòng) )、雙電壓驅(qū)動(dòng) (包括高低壓驅(qū)動(dòng) )和恒流斬波驅(qū)動(dòng)的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，然后重點(diǎn)介紹了細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式的原理及其模型。 3． 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)概述 一般驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
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