步进电机驱动及控制专业技术解答
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步进电机驱动器及细分控制原理引言:步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械转动的电动机。
步进电机驱动器是一种用于控制步进电机旋转的设备。
步进电机可以通过控制驱动器提供的电流和脉冲信号来精确地控制旋转角度和速度。
本文将介绍步进电机驱动器的工作原理以及细分控制的原理。
一、步进电机驱动器的工作原理:1.输入电流转换:驱动器将输入的电流信号转换为电压信号。
电流信号通常由控制器产生,通过选择合适的电阻来控制输入电流的大小。
2.逻辑控制:驱动器还会接收来自控制器的脉冲信号。
这些脉冲信号会相互间隔地改变驱动器输出的电压,从而驱动步进电机旋转。
脉冲信号的频率和脉冲数量会影响步进电机的转速和旋转角度。
3.输出电压控制:驱动器会根据输入的电流和脉冲信号控制输出的电压,使其适应步进电机的工作要求。
输出电压的频率和脉冲数有助于控制步进电机旋转的速度和角度。
二、细分控制原理:细分控制是指通过控制驱动器输出的电压脉冲信号来实现更精确的步进电机控制。
细分控制可以将步进电机的每个脉冲细分成更小的步进角度,从而提高步进电机的转动分辨率。
1.脉冲信号细分:通过改变驱动器的输出脉冲信号频率和脉冲数来实现脉冲信号的细分。
例如,如果驱动器输入100个脉冲,但只输出50个脉冲给步进电机,那么每个输入的脉冲就会分为两个输出脉冲,步进电机的旋转角度将更精确。
2.电流细分:通过改变驱动器输出的电流大小来实现电流的细分。
通常情况下,驱动器的输出电流会根据步进电机的转动需要进行控制。
细分控制可以使驱动器能够实现更精确的电流控制,进而控制步进电机的转动精度。
3.微步细分:微步细分是一种更高级的细分控制方法,通过改变驱动器输出的电压波形进行微步细分。
微步细分将步进电机的每个步进角度再次细分为更小的角度,进一步提高了步进电机的转动分辨率和平滑性。
总结:步进电机驱动器是通过将控制器产生的电流和脉冲信号转换为驱动步进电机的电压信号的设备。
细分控制是通过改变驱动器输出的电流和脉冲信号来实现更精确的步进电机控制。
有关步进电动机驱动系统的基本知识1、系统常识:步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。
步进电动机驱动系统的性能,不但取决于步进电动机自身的性能,也取决于步进电动机驱动器的优劣。
对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。
2、系统概述:步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。
当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号(来自控制器),它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
3、系统控制:步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的驱动电源(步进电动机驱动器)。
控制器(脉冲信号发生器)可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
4、用途:步进电动机是一种控制用的特种电机,作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,随着微电子和计算机技术的发展(步进电动机驱动器性能提高),步进电动机的需求量与日俱增。
步进电动机在运行中精度没有积累误差的特点,使其广泛应用于各种自动化控制系统,特别是开环控制系统。
5、步进电机按结构分类:步进电动机也叫脉冲电机,包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)等。
(1)反应式步进电动机:也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电动机。
其定子和转子均由软磁材料制成,定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组,定、转子周边均匀分布小齿和槽,通电后利用磁导的变化产生转矩。
一般为三、四、五、六相;可实现大转矩输出(消耗功率较大,电流最高可达20A,驱动电压较高);步距角小(最小可做到10‟);断电时无定位转矩;电机内阻尼较小,单步运行(指脉冲频率很低时)震荡时间较长;启动和运行频率较高。
(2)永磁式步进电动机:通常电机转子由永磁材料制成,软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组,定、转子周边没有小齿和槽,通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。
步进电动机的驱动和控制技术步进电动机的驱动和控制技术步进电动机与交直流电动机不同之处是,仅仅接上供电电源它是不会运行的,图11.29表示步进电动机的驱动和控制系统的基本组成。
该系统包括步进电动机、脉冲发生器、脉冲分配器、功率放大器以及直流功率电源等五个部分。
较复杂的驱动控制系统带有位置反馈的环节,组成闭环系统。
脉冲发生器和脉冲分配器脉冲发生器是产生步进电动机角位移或速度的控制脉冲电路。
步进电动机运行的转角或转速由脉冲发生器的脉冲频率(Hz或脉冲/s)所确定。
步进电动机的转角正比于输入的脉冲数,对应于脉冲信号数量,它是频率和时间的乘积。
例如一个步距角为1.8。
的步进电动机要旋转90°,则根据1.8×N=90,得到脉冲信号数量N=50。
θ=Nθ0式中θ-转角(°);N-脉冲个数;θ0-步距角(°/步)。
步进电动机的步距角是由其设计结构决定的,在以一般方式运行时,步进电动机的转角只能是步距角的整数倍,因此在设计步进电动机驱动系统时,必须考虑其步距角。
由硬件制作的脉冲发生器电路不胜枚举,学过数字电路的读者应该比较熟悉。
在当前微处理器大量渗透传动技术的形势下,利用微处理器的软硬件资源实现脉冲发生器的功能也是很容易的,在第12章中将对此有所介绍。
脉冲分配器是时序逻辑电路的一种,它接受脉冲发生器的控制脉冲信号,输出按一定时序排列的多路电平信号。
通常电机的脉冲分配器为环形分配器,即时序按环形移位封闭排列。
脉冲分配器的工作方式是与步进电动机的相数、拍数、运行状态、正反转等要求有关。
脉冲分配器可以由分立元件组成数字电路,但较复杂、可靠性差。
目前,脉冲分配器大多采用专用集成电路来组成,以完成各种脉冲分配方式。
PMM8713是一个16引脚的专门用于步进电机脉冲分配的集成电路芯片,具有把时钟脉冲分配给三相或四相绕组的功能,其原理图见图11.30。
它有六种脉冲分配方式可供选择(三相三种,四相三种)。
步进电机、步进电机驱动器常见问题解答步进电机、步进电机驱动器常见问题解答1.什么是步进电机,什么是步进电机驱动器?步进电机是⼀种作为控制⽤的特种电机, 它的旋转是以固定的⾓度(称为“步距⾓”)⼀步⼀步运⾏的, 其特点是没有积累误差, 所以⼴泛应⽤于各种开环控制。
步进电机的运⾏要有⼀电⼦装置进⾏驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的⾓位移, 或者说: 控制系统每发⼀个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转⼀步距⾓。
所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正⽐。
所以,控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位⽬的。
2.什么是驱动器的细分?什么是运⾏拍数?步距⾓如何计算?要了解“细分”,先要弄清“步距⾓”这个概念:它表⽰控制系统每发⼀个步进脉冲信号,电机所转动的⾓度。
电机出⼚时给出了⼀个步距⾓的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表⽰半步⼯作时为0.9°、整步⼯作时为1.8°),这个步距⾓可以称之为…电机固有步距⾓?,它不⼀定是电机实际⼯作时的真正步距⾓,真正的步距⾓和驱动器有关,参见下表(以86BYG250A电机为例):简单地讲,细分数就是指电机运⾏时的真正步距⾓是固有步距⾓(整步)的⼏分指⼀。
从上表可以看出:驱动器⼯作在10细分状态时,其步距⾓只为…电机固有步距⾓?的⼗分之⼀,也就是说:当驱动器⼯作在不细分的整步状态时,控制系统每发⼀个步进脉冲,电机转动1.8°;⽽⽤细分驱动器⼯作在10细分状态时,电机只转动了0.18°,这就是细分的基本概念。
更为准确地描述驱动器细分特性的是运⾏拍数,运⾏拍数指步进电机运⾏时每转⼀个齿距所需的脉冲数。
86BYG250A 电机有50个齿,如果运⾏拍数设置为160,那么步进电机旋转⼀圈总共需要50×160=8000步;对应步距⾓为360°÷8000=0.045°。
步进电机控制系统答辩问题1. 请介绍一下步进电机控制系统及其原理。
步进电机控制系统是一种用于控制步进电机运动的系统,由步进电机、驱动电路和控制器组成。
步进电机是一种特殊设计的电动机,通过控制驱动电路中的电流和脉冲信号,使步进电机按照一定的步进角度进行转动。
控制器负责产生和发送恰当的脉冲信号,驱动电路则将这些信号转换为恰当的电流来驱动步进电机。
步进电机控制系统的原理是通过控制驱动电路中的电流大小和脉冲信号的频率来控制步进电机的运动。
每个脉冲信号使步进电机转动一定的步进角度,而电流的大小决定了步进电机扭矩的大小。
通过不同的脉冲信号和电流控制,可以实现步进电机的精确定位、速度控制和方向控制。
2. 在步进电机控制系统中,有哪些常用的驱动方式?步进电机控制系统中常用的驱动方式有两相与五相驱动方式。
两相驱动方式是最常见和简单的驱动方式,将两个步进电机相的线圈连接在一起,然后使用脉冲信号逐相驱动步进电机转动。
这种驱动方式适用于低速应用。
五相驱动方式利用步进电机有五个线圈的特点,通过控制不同线圈的电流来驱动步进电机。
这种驱动方式能够提供更高的扭矩和速度,适用于高速应用。
3. 运用步进电机控制系统,如何实现步进电机的精确定位?通过控制脉冲信号的数量和频率,可以实现步进电机的精确定位。
步进电机每接收一个脉冲信号就转动一个步进角度,通过控制发送的脉冲信号数量来控制步进电机的位置。
在实际应用中,可以通过控制控制器发送的脉冲信号的数量和频率来达到所需的定位精度。
4. 步进电机控制系统的速度控制如何实现?步进电机的速度由脉冲信号的频率决定,控制器可以通过改变脉冲信号的频率来控制步进电机转动的速度。
频率越高,步进电机转动的速度越快。
当频率较低时,步进电机转动的速度较慢。
通过控制脉冲信号频率,并结合步进电机特性,可以精确控制步进电机的速度。
5. 在步进电机控制系统中,如何实现正转和反转?通过改变驱动电路中相的线圈的顺序和电流的方向,可以实现步进电机的正转和反转。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发,42系列低压三相混合式步进电机,57系列低压、高压三相混合式步进电机,86系列低压、高压三相混合式步进电机,110、130系列高压三相混合式步进电机,YK3605MA,TK3411MA,YK3822MA,YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作,转子和定子的直径比高达50%,高速时工作扭矩大,低速时运行极其平稳,几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入,三相正弦输出,输出电流可设置,具有十细分和半流额定值60%功能;控制方式灵活,有“脉冲+方向控制”,也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式;有过热保护功能,因此使用起来十分的方便。
1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进行控制,输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积累误差。
但是,步进电机运行存在许多不足之处,如低频振荡、噪声大、分辨率不高等,又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系,可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加平稳均匀。
总体来说,细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈,所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小,从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域,其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成,本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
步进电机的原理及控制方法步进电机是一种常见的电机类型,具有精准定位、简单控制等优点,在许多应用领域得到广泛应用。
本文将介绍步进电机的工作原理以及常见的控制方法。
1. 工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的电机。
其工作原理基于磁场相互作用,根据电磁学原理可分为单相和双相两种类型。
1.1 单相步进电机单相步进电机由定子和转子两部分组成,定子上绕有线圈,通电时产生磁场。
转子上装有磁性材料,根据两者之间磁场相互作用来实现旋转。
1.2 双相步进电机双相步进电机比单相步进电机更常见,其定子上有两组线圈,通电时可以产生不同方向的磁场,从而实现精确的步进运动。
2. 控制方法步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。
2.1 开环控制开环控制是指通过给步进电机提供一定频率和脉冲数的信号来实现旋转运动,但无法保证绝对的位置精准度。
这种方法简单易实现,适用于一些对位置要求不高的应用场景。
2.2 闭环控制闭环控制通过在步进电机系统中加入位置反馈传感器,实时监测电机位置并与设定位置进行比较,从而调整控制信号以实现精确的位置控制。
闭环控制能够提高系统的稳定性和精度,适用于对位置要求较高的应用。
3. 应用领域步进电机在许多领域得到广泛应用,如打印设备、数控机床、医疗设备等。
其精准性和简单控制特点使其成为自动化设备中重要的驱动元件。
结语步进电机作为一种重要的电机类型,具有独特的工作原理和控制方法,为许多自动化设备的驱动提供了可靠保障。
通过深入了解步进电机的原理和控制方法,可以更好地应用于实际场景中,发挥其优势,实现精准的位置控制和运动控制。
步进电机驱动器及细分控制原理(最全)word资料步进电机驱动器及细分控制原理步进电机驱动器原理:步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大,使步进电机绕组按一定顺序通电。
以两相步进电机为例,当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时,驱动器经过环形分配器和功率放大后,给电机绕组通电的顺序为AABB A A B B,其四个状态周而复始进行变化,电机顺时针转动;若方向信号变为负时,通电时序就变为AA B BA A BB,电机就逆时针转动。
随着电子技术的发展,功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是:在电机绕组回路中,串联一个电流检测回路,当绕组电流降低到某一下限值时,电流检测回路发出信号,控制高压开关管导通,让高压再次作用在绕组上,使绕组电流重新上升;当电流回升到上限值时,高压电源又自动断开。
重复上述过程,使绕组电流的平均值恒定,电流波形的波顶维持在预定数值上,解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题,使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时,供给驱动器的电压值对电机性能影响较大,电压越高,步进电机转速越高、加速度越大;在驱动器上一般设有相电流调节开关,相电流设的越大,步进电机转速越高、力距越大。
细分控制原理:在步进电机步距角不能满足使用要求时,可采用细分驱动器来驱动步进电机。
细分驱动器的原理是通过改变A,B相电流的大小,以改变合成磁场的夹角,从而可将一个步距角细分为多步。
定子A转子SNB B BSNA A(a(bAS NB B N S BS NA(c(d图3.2步进电机细分原理图仍以二相步进电机为例,当A、B相绕组同时通电时,转子将停在A、B相磁极中间,如图3.2。
若通电方向顺序按AA AABB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而复始进行变化,电机顺时针转动;电机每转动一步,为45度,8个脉冲电机转一周。
步进电机基本原理讲解步进电机是一种特殊类型的电机,主要通过数字控制来完成精密转动和定位。
步进电机可以实现非常精确的运动控制,广泛应用于各种设备和机器人系统中。
本文将介绍步进电机的基本原理和工作方式。
1. 步进电机的构成步进电机基本上由两部分组成:转子和定子。
转子是电机旋转的部分,它由可旋转的磁极和磁性材料组成。
定子是电机静止的部分,它由电枢线圈和永磁体组成。
2. 步进电机的工作原理步进电机是通过不断改变电流方向来实现旋转的。
电流会产生磁场,当磁场和永磁体相互作用时,就会形成旋转力。
步进电机通过改变电流来控制磁场和旋转力。
步进电机的运行速度由提供的电压和电流控制。
步进电机驱动器会根据设定值改变电流方向和大小,控制电机旋转的速度和方向。
每次改变电流方向都会使电机旋转一个步距,所以步进电机转动的角度可以精确地控制,从而可以精确定位。
3. 步进电机的工作方式步进电机工作时,一般驱动器会按照指定的步进角度进行操作。
步进角度可以是1.8度、0.9度、0.45度或更小。
启动电机时,驱动器会向电机提供电压和电流,控制转子旋转。
控制电流方向和大小可确定电机的转角和速度。
这是一个相对精确的过程,因为每次改变电流方向都会使电机旋转一个步距,因此可以准确控制步进电机的位置和速度。
步进电机通常使用双极性或四极性驱动,也就是说,每次驱动电机时,都会使电机旋转两个或四个步数。
双极性驱动需要两个控制信号,而四极性驱动则需要四个。
四极性驱动具有更高的分辨率和精度,因为旋转步数更小,但也需要更复杂的控制。
4. 步进电机的应用步进电机常用在需要准确控制位置和速度的系统中。
例如精密仪器和设备、电子石英钟、纺织机、数控机床、打印机和绘图仪等。
步进电机还广泛用于机器人领域,包括自动化制造和堆垛机器人、医疗器械和照片扫描仪等。
在自动化制造行业中,步进电机可以帮助机器人、自动化设备和其他工业设备实现非常精确的位置和速度控制。
步进电机也可以在汽车发动机和机器人手臂等可更换关键零部件中使用,以便进行快速、准确的位置定位。
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发,42系列低压三相混合式步进电机,57系列低压、高压三相混合式步进电机,86系列低压、高压三相混合式步进电机,110、130系列高压三相混合式步进电机,YK3605MA,TK3411MA,YK3822MA,YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作,转子和定子的直径比高达50%,高速时工作扭矩大,低速时运行极其平稳,几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入,三相正弦输出,输出电流可设置,具有十细分和半流额定值60%功能;控制方式灵活,有“脉冲+方向控制”,也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式;有过热保护功能,因此使用起来十分的方便。
1.前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进行控制,输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积累误差。
但是,步进电机运行存在许多不足之处,如低频振荡、噪声大、分辨率不高等,又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系,可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加平稳均匀。
总体来说,细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈,所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小,从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域,其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成,本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
步进电机驱动及控制技术解答南京步进电机厂技术部1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作?步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角(转子与定子的机械结构所决定)一步一步运行的, 其特点是每旋转一步,步距角始终不变,能够保持精密准确的位置。
所以无论旋转多少次,始终没有积累误差。
由于控制方法简单,成本低廉,广泛应用于各种开环控制。
步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动,这就是步进电机驱动器。
它接收控制系统发出的脉冲信号,按照步进电机的结构特点,顺序分配脉冲,实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。
控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。
步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
角位移量与脉冲个数相关。
步进电机停止旋转时,能够产生两种状态:制动加载能够产生最大或部分保持转矩(通常称为刹车保持,无需电磁制动或机械制动)及转子处于自由状态(能够被外部推力带动轻松旋转)。
步进电机驱动器,必须与步进电机的型号相匹配。
否则,将会损坏步进电机及驱动器。
2.什么是驱动器的细分?运行拍数与步距角是什么关系?“细分”是针对“步距角”而言的。
没有细分状态,控制系统每发一个步进脉冲信号,步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。
步进电机的参数,都会给出一个步距角的值。
如110BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这是步进电机固有步距角。
通过步进电机驱动器设置的细分状态,步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度,从而实现更为精密的定位。
步进电动机的驱动和控制技术步进电动机的驱动和控制技术步进电动机与交直流电动机不同之处是,仅仅接上供电电源它是不会运行的,图11.29表示步进电动机的驱动和控制系统的基本组成。
该系统包括步进电动机、脉冲发生器、脉冲分配器、功率放大器以及直流功率电源等五个部分。
较复杂的驱动控制系统带有位置反馈的环节,组成闭环系统。
脉冲发生器和脉冲分配器脉冲发生器是产生步进电动机角位移或速度的控制脉冲电路。
步进电动机运行的转角或转速由脉冲发生器的脉冲频率(Hz或脉冲/s)所确定。
步进电动机的转角正比于输入的脉冲数,对应于脉冲信号数量,它是频率和时间的乘积。
例如一个步距角为1.8。
的步进电动机要旋转90°,则根据1.8×N=90,得到脉冲信号数量N=50。
θ=Nθ0式中θ-转角(°);N-脉冲个数;θ0-步距角(°/步)。
步进电动机的步距角是由其设计结构决定的,在以一般方式运行时,步进电动机的转角只能是步距角的整数倍,因此在设计步进电动机驱动系统时,必须考虑其步距角。
由硬件制作的脉冲发生器电路不胜枚举,学过数字电路的读者应该比较熟悉。
在当前微处理器大量渗透传动技术的形势下,利用微处理器的软硬件资源实现脉冲发生器的功能也是很容易的,在第12章中将对此有所介绍。
脉冲分配器是时序逻辑电路的一种,它接受脉冲发生器的控制脉冲信号,输出按一定时序排列的多路电平信号。
通常电机的脉冲分配器为环形分配器,即时序按环形移位封闭排列。
脉冲分配器的工作方式是与步进电动机的相数、拍数、运行状态、正反转等要求有关。
脉冲分配器可以由分立元件组成数字电路,但较复杂、可靠性差。
目前,脉冲分配器大多采用专用集成电路来组成,以完成各种脉冲分配方式。
PMM8713是一个16引脚的专门用于步进电机脉冲分配的集成电路芯片,具有把时钟脉冲分配给三相或四相绕组的功能,其原理图见图11.30。
它有六种脉冲分配方式可供选择(三相三种,四相三种)。
步进电机驱动及控制技术解答1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作?步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角(转子与定子的机械结构所决定)一步一步运行的, 其特点是每旋转一步,步距角始终不变,能够保持精密准确的位置。
所以无论旋转多少次,始终没有积累误差。
由于控制方法简单,成本低廉,广泛应用于各种开环控制。
步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。
它接收控制系统发出的脉冲信号,按照步进电机的结构特点,顺序分配脉冲,实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。
控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。
步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
角位移量与脉冲个数相关。
步进电机停止旋转时,能够产生两种状态:制动加载能够产生最大或部分保持转矩(通常称为刹车保持,无需电磁制动或机械制动)及转子处于自由状态(能够被外部推力带动轻松旋转)。
步进电机驱动器必须与步进电机的型号相匹配。
否则将会损坏步进电机及驱动器。
2.什么是驱动器的细分?运行拍数与步距角是什么关系?“细分”是针对“步距角”而言的。
没有细分状态,控制系统每发一个步进脉冲信号,步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。
步进电机的参数,都会给出一个步距角的值。
如110BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这是步进电机固有步距角。
通过步进电机驱动器设置的细分状态,步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度,从而实现更为精密的定位。
以110BYG250A电机为例,列表说明:可以看出,细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步)的几分指一。
例如,驱动器工作在10细分状态时,其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。
当驱动器工作在不细分的整步状态时,控制系统每发一个步进脉冲,步进电机旋转1.8°;而用细分驱动器工作在10细分状态时,电机只转动了0.18°。
其实,细分就是步进电机按照微小的步距角旋转,也就是常说的微步距控制。
当然,不同的场合,有不同的控制要求。
并不是说,驱动步进电机必须要求细分。
有些步进电机的步距角设计为3.6°、7.5°、15°、36°、180°,就是为了加大步距角,以适应特殊的工况条件。
细分功能,只由驱动器采用精确控制步进电机的相电流方法,与步进电机的步距角无关,而与步进电机实际工作状态相关。
运行拍数与驱动器细分的关系是:运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。
例如:110BYG250A电机有50个齿,如果运行拍数设置为160,那么步进电机旋转一圈总共需要50×160=8000步;对应步距角为360°÷8000=0.045°。
这就是驱动器设置为40细分状态。
对于用户来说,没有必要去计算几步几拍,这是生产厂家配套的事情。
用户只要知道:控制系统所发出的脉冲率数,除以细分数,就是步进电机整步运行的脉冲数。
例如:步进电机的步距角为1.8°时,每秒钟200个脉冲,步进电机就能够在一秒钟内旋转一圈;当驱动器设置为40细分状态,步进电机每秒钟旋转一圈的脉冲数,就要给到8000个。
3.驱动器细分有什么好处?步进电机驱动器采用细分功能,能够消除步进电机的低频共振(震荡)现象,减少振动,降低工作噪音。
随着驱动器技术的不断提高,当今,步进电机在低速工作时的噪音已经与直流电机相差无几。
低频共振是步进电机(尤其是反应式电机)的固有特性,只有采用驱动器细分的办法,才能减轻或消除。
利用细分方法,又能够提高步进电机的输出转矩。
驱动器在细分状态下,提供给步进电机的电流显得“持续、强劲”,极大地减少步进电机旋转时的反向电动势。
驱动器的细分功能,改善了步进电机工作的旋转位移分辨率。
因此,步进电机的步距角,就没有必要做得更小。
选择现有的常规标准步距角的步进电机,配置40细分以下的驱动器,就能够完成精密控制任务。
由于步进电机步距角的原因,驱动器的细分数再加大,已经没有实际意义。
通常选择5、8、10、20细分就能够适应各种工控要求。
4.步进电机的运行方向有几种方法调整?平时采用三种方法来该变步进电机的旋转方向。
一、改变控制系统的方向信号,即高电平或低电平。
二、对于有两路脉冲输入的驱动器,改变脉冲的顺序。
三、调整步进电机其中一组线圈的两个线头位置,重新接入驱动器。
具体方法见下表:5.四相六根和八根线的,如何使用两相四线驱动器?四相混合式步进电机,可以认为是二相混合式步进电机。
多组线圈多个抽头,是为了适应不同工控条件而设计的。
由于步进电机的线圈,与转速、转矩有着密切的关系。
高速与低速工作的步进电机参数有所不同。
通常,高速步进电机的电感要求小一点,低速工作时要求大一点的电感量。
但是,这也不是绝对的。
更多的实际应用,还考虑权衡其它众多相关因素。
下面就几种步进电机的线圈绕组及出线,采用双极性驱动器,说明接线方法:两相四线电机:1和2为一相,分别接A和/A;3和4为一相,分别接B和/B。
参考下图。
四相六线电机,两种方法接线:一、1和2为一相,分别接A和/A;5和6为一相,分别接B和/B。
3和4不用,分别悬空(不要相连)。
二、1、3为一相,定义A、/A;4、6为一相,定义为B、/B。
2和5分别悬空不用(不要相连)。
参考下图。
四相八线电机,有两种接法。
一、并联接法:1和3相连,2和4相连,分别接A和/A;5和7相连,6和8相连,分别接B和/B。
二、串联接法:1和4为一相,分别接A和/A;2、3连接好不用;5、8为一相,分别接B、/B,6、7连接好不用。
6.四相五线步进电机如何接驱动器?上述四相六线、八线步进电机,都可在生产过程中,接为五线制,适应特殊需要。
驱动器就要选择单极性驱动方式,例如HSM8672单极性步进电机驱动器。
如上图:四相六线步进电机的2、5并联为一线;四相八线步进电机的2、3、6、7并联为一线。
7.电机在低速运行时正常,为何稍高一点的频率略就会堵转?步进电机跑高速需要高电压支持。
步进电机的工作电压,能够适应在较大范围内调整。
只要将输入电压加高一点,就可以解决。
但是要特别注意驱动器的输入电压不能高于驱动器电源端标注的最高电压,否则会烧毁驱动器。
8.接线全部完好,为何开机时步进电机在抖动而不能运行?步进电机只能够由数字信号控制运行的,当脉冲提供给驱动器时,在过于短的时间里,控制系统发出的脉冲数太多,也就是脉冲频率过高,将导致步进电机堵转。
要解决这个问题,必须采用加减速的办法。
就是说,在步进电机起步时,要给逐渐升高的脉冲频率,减速时的脉冲频率需要逐渐减低。
这就是我们常说的“加减速”方法。
步进电机转速度,是根据输入的脉冲信号的变化来改变的。
从理论上讲,给驱动器一个脉冲,步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。
实际上,如果脉冲信号变化太快,步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用,转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化,将导致堵转和丢步。
所以步进电机在高速启动时,需要采用脉冲频率升速的方法,在停止时也要有降速过程,以保证实现步进电机精密定位控制。
加速和减速的原理是一样的。
下面就加速实例加以说明:加速过程,是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。
跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率,此频率不能太大,否则会产生堵转和丢步。
加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线,当然也可采用直线或正弦曲线等。
使用单片机或者PLC,都能够实现加减速控制。
对于不同负载、不同转速,需要选择合适的基础频率与跳变频率,才能够达到最佳控制效果。
指数曲线,在软件编程中,先算好时间常数存贮在计算机存贮器内,工作时指向选取。
通常,完成步进电机的加减速时间为300ms以上。
如果使用过于短的加减速时间,对绝大多数步进电机来说,很难实现步进电机的高速旋转。
很多工控场合,要求步进电机运行平稳、振动小、噪音低、瞬间完成执行指令、高精度定位,都需要在编写软件时使用加减速方法。
脉冲频率的不同时间常数,对于某个工控现场步进电机的运行,将会产生不同的控制效果。
这就要求控制程序的编写人员,深入了解控制要求,明确控制目标,做到锦上添花,力求完美。
9.有些场合,步进电机为何还要闭环控制?本来步进电机使用开环控制,能够省去很多检测、反馈器件及控制电路,以简单的控制方法,价廉物美的优势,取代很多伺服电机的控制。
尤其在低速控制(3000转/分钟以下)环境中,使用步进电机精密控制,有很好的性价比。
就是采用闭环控制,其成本也要远低于伺服电机的控制系体成本。
在某些工控环境中,负载有可能会随机发生过载现象,使用步进电机开环控制,就会发生丢步。
此时控制系统无法知道丢了多少步,继续按照既定目标工作,导致工作失误。
这样就要求在步进电机带动的主轴上安装旋转编码器,或者安装光电探头、磁敏探头、行程开关等器件,来识别位移物体是否到位,采集到的信号反馈到控制系体,适时修正工作参数,指令步进电机准确动作。
10.控制器与驱动器的连线是否要求屏蔽?如果只有步进电机一种动力源的工控环境,通常不需要将信号线屏蔽。
当步进电机周围有其它动力源或能够产生干扰信号的高压电磁场,就必须将信号线屏蔽,以保证控制信号的指令,能够正确指令步进电机运动。
只要控制信号线中有任何由外部干扰源产生的跳变信号,电流强度达到几个毫安,能够推动光耦合,就能够致使步进电机误动作。
因此为保证步进电机正确执行指令,最好将控制器与驱动器连线加以屏蔽。
11.远距离控制步进电机如何布线?步进电机与驱动器之间的连线、控制器与驱动器之间的连线,都允许延长。
主要测算好电压衰减参数,补偿信号衰减,都能够实现远距离控制步进电机。
12.步进电机与驱动器之间的连线是否要求屏蔽?绝大多数的工控环境中,无需屏蔽。
某些特殊的工控环境中,由于高压强磁场的干扰,还是要求采用屏蔽保护。