三相六拍步进电机

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2019-2020年电大考试《机电一体化》形成性考核

号一、判断题（共10 道试题，共40 分。

）1. 步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分2. 传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分3. 电液伺服系统的过载能力强，在强力驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分4. 直流伺服电动机和永磁同步交流伺服电动机都可以采用PWM控制方式进行调速控制。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分5. 通常，步进电机的最高连续工作频率远大于它的最高启动频率。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分6. 步进电动机的转动惯量越大，同频率下的起动转矩就越大。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分7. 对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分8. 迟滞是传感器的一种动态误差，是由于在传感器的正反行程中的输出输入特性曲线不重合引起的。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分9. 直流伺服电动机的调速特性是电机转速与其输出转矩的关系。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分10. 永磁型步进电动机即使其定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用于定位驱动。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分4号2. 气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分3. 传感器的静态特性是特指输入量为常量时，传感器的输出与输入之间的关系。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分4. 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分5. 驱动部分在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。

（）A. 错误B. 正确满分：4 分6. 气压伺服系统的过载能力强，在大功率驱动和高精度定位时性能好，适合于重载的高加减速驱动。

三相六拍步进电机解析

常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5 度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5 度，但噪声和振动都很大。

在欧美等发达国家80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。

它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72 度。

这种步进电机的应用最为广泛。

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。

三相六拍步进电机的驱动电压为12V，步进角有7.5度，也有15度，这里讲解7.5度步进电机。

步进电机转一周360度，所以这里步进电机转一周需要48个脉冲。

一个脉冲包括六个节拍，反转和正转是两个相反的过程，即输入的脉冲与正转的相反，即可驱动步进电机反转。

按上面的分析，改变转速，只要改变P1.0~P1.3轮流变低电平的时间即可达到要求，这个时间不应采用延时来实现，因为会影响到其他功能的实现。

这里以定时的方式来实现。

下面首先计算一下定时时间。

按要求，最低转速为25 转/分，而上述步进电机的步距角为7.5，即每48 个脉冲为 1 周，即在最低转速时，要求为1200 脉冲/分，相当于50ms/脉冲。

而在最高转速时，要求为100转/分，即48000 脉冲/分，相当于12.5ms/脉冲。

可以列出下表表 1 步进电机转速与定时器定时常数关系速度单步时间(us) TH1 TL1 实际定时（us）25 50000 76 0 49996.826 48077 82 236 48074.1827 46296 89 86 46292.6128 44643 95 73 44640.155…… …100 12500 211 0 12499.2表中不仅计算出了TH1和TL1，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的定时时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。

作业解答第二版

2 F1<0
3 F2<0
4 F3<0
坐标进给
-x +y +y +y
偏差计算`
F0=0
F1=F0–2X0+1 =–11 F2=F1+2Y1+1 =–10 F3=F2+2Y2+1 =-7
F4=F3+ Y3+1 =–2
坐标计算
X0=6 Y0=0 X1=X0–1=5 Y1=0
X2=5 Y2=Y1+1=1
X3=5 Y3=Y2+1=2
答：(1) 第一象限直线插补程序设内存中三个单元XE、YE、FM分别存放直线终点横坐标、终点纵坐标、加工点偏差。
data segment XE DB xe YE DB yz FM DB 0 ZF DB 0
data ends
MOV ADD MOV LAB1：MOV CMP
AL，XE AL，YE CL，AL ；CL存NXY AL，FM AL，00H
1)
(1
z 1)Z
10
s
2
(0.1s
1)
10(1
z
1
)Z
1 s2
0.1 s
0.1 s 10
10(1
z
1
)
(1
z 1 z 1
)
2
0.1
1
1 z
1
0.1 1
1 z 1e101
(1
9z1(1 0.1z1) z1)(1 4.5105
z
1 )
阶跃输入对应 q 1 由被控对象传递函数，得 d 0 由广义对象传递函数，得 v 1, j 1,u 0
修改通道号和计数器修改采样值缓冲区指针

三相六拍步进电动机

三相六拍步进电动机三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。

它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。

定子铁芯由电工钢片叠压而成。

定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。

三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。

在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。

此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C 相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。

步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。

矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。

改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。

三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。

“三相三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。

1.三相单三拍运行方式图9-3所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使a相绕组通电，b,c相绕组不通电，在a相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果9-3（a）所示。

第二个脉冲到来，使b相绕组通电，而a、c相绕组不通电；b相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与b 相磁极对齐，如果9-3（b）所示，与图9-3（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。

第三个脉冲到来后，是c相绕组通电，而a、b 相不通电，这时转子的1、3齿会与c组对齐，转子的位置如图9-3（c)所示，与图9-3（b)比较，又逆时针转过了一个角度。

步进电机工作原理及控制电路

//按键标志变量
flag1=0;
//步进数标志变量
init();
//液晶初始化子程序
while(1)
{
keyscan();
//键盘扫描子程序
if(flag==1)
{
zz();
//正转子程序
}
else if(flag==3) {
fz(); } writebjs(8,count); } }
//反转子程序
it 动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励
磁顺序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
A-B 表4.3 1-2 相励磁法
步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。下面介绍的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图和各线圈通电顺序如图4.2和表4.1所示：
6
法增大起动电流，以提高步进电机转动力矩，即提高其工作频率。由于步进电机
是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲i为：
i = IH (1 − e−1/Tj )
(4.4)
公式
其中：i是电流脉冲瞬时值；
IH 是在开关回路电压为u时的电流稳态值；
Tj 是开关回路的时间常数，Tj = L / ( RL + RC )
θ s = 2Π / Nrk
公式（4.1）或
θ s = 360o / Nrk
公式（4.2）
其中：k是步进电机工作拍数，Nr是转子的齿数。

步进电机工作原理

间的夹角称为齿距角
注意：步进电机通的是直流电脉冲.
t
360 Zr
第四页，编辑于星期日：二十三点十六分。
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型（2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相
第三页，编辑于星期日：二十三点十六分。
步进电动机结构
步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。定
、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极,定子定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组, 转子上没有绕组。转子上相邻两齿
S
360 ZrN
即转过整个圆周的1/(ZrN）, 也就是1/(ZrN）转
因此每分钟转过的圆周数，即转速为
n6f0 6f0 3 6 0 sf
Z rN 3 6 Z rN 0 6
(r/min
步距角一定时，通电状态的切换频率越高，即脉冲
频率越高时，步进电动机的转速越高。脉冲频率一
定时，步距角越大、即转子旋转一周所需的脉冲数
在外部接成共阳方式：把CP+和DIR+接在一起作为共阳端，由电气箱中PLC的Y0端子输出脉冲信号，脉冲信号接入CP-端，方向信号接入 DIR-端。
第十八页，编辑于星期日：二十三点十六分。
步进驱动器与电机的接线
当CP+和DIR+输入+24V时，在脉冲信号接入端CP-，方向信号接入端DIR-分别接入2K限流电阻（本模块已在内部接入2K电阻）。分别把电机的A相、B相接入驱动器的A相、B相输出端。

数控机床电气传动 02四单元习题库(带答案)

单元四步进驱动系统习题一、单项选择（共17题，每题1分，共17分。

选择一个正确的答案，将相应的字母填入题内的括号中。

）1.步进电动机多相通电可以( A )A.减小步距角 B 增大步距角C.提高电动机转速D.往往提能高输出转矩2.步进电动机主要用于（ A ）A.经济型数控机床的进给驱动B.加工中心的进给驱动C.大型数控机床的进给驱动D.数控机床的主轴驱动3.可用于开环伺服控制的电动机是( D )A.交流主轴电动机B.永磁宽调速直流电动机C.无刷直流电动机D.功率步进电动机4.数控机床进给系统不能采用（ D ）电机驱动。

A.直流伺服B.交流伺服C.步进D.笼式三相交流5.在步进电机性能中，矩频特性是指（ B ）A.输出转矩与启动频率的关系B.输出转矩与运行频率的关系C.输入脉冲频率与电机运行频率的关系D.步进电机运行平稳性与频率的关系6．( C )是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件。

A ．交流电动机B ．直流电动机C ．步进电动机7．正常情况下步进电机的转速取决于( A )A.控制绕组通电频率B.绕组通电方式C.负载大小D.绕组的电流8．某三相反应式步进电机的转子齿数为50，其齿距角为( A )A.7.2°B.120°C.360°电角度D.120°电角度9．某四相反应式步进电机的转子齿数为60，其步距角为( A )A.1.5°B.0.75°C.45°电角度D.90°电角度10．某三相反应式步进电机的初始通电顺序为C B A →→，下列可使电机反转的通电顺序为（ A ）A.A B C →→B.A C B →→C.B C A →→D.C A B →→11．下列关于步进电机的描述正确的是（ C ）A.抗干扰能力强B.带负载能力强C.功能是将电脉冲转化成角位移D.误差不会积累12. 三相步进电动机的步距角是1.5°，若步进电动机通电频率为2000Hz，则步进电动机的转速为 ( B )r／min。

PLC应用技术第6章典型例题分析

LD OUT
LD ANI
T1 T0 K10 T0 T1 K10 M30 T3 T2 K5 T2 T3 K5 M30 T5
第K66章典型例题分析
K1 LD M5 OR M0 OR M1 OUT M100 LD M1 OR M2 OR M3 OUT M102 LD M3 OR M4
K5 LD T2 OUT T3
本章知识点：典型例题分析。
6.1 机床工作台的PLC控制
用PLC对机床工作台进行控制，控制要求如下：试设计一个双速电机驱动的工作台的PLC控制程序，工艺过程如图6.1所示，要求能够实现单周期和连续自动两种运行方式。
第6章典型例题分析
图6.1 机床工作台示意图
第6章典型例题分析
要求：画出I/O连接图，编制PLC程序，并调试直至符合要求为止。
解：(1) 先画出PLC的I/O连接图，如图6.2所示。 (2) 状态转移图(流程图)如图6.3所示。 (3) 梯形图如图6.4所示。
第6章典型例题分析
图6.2 以PLC控制机床工作台的I/O连接图
第6章典型例题分析
图6.3 以PLC控制机床工作台的状态转移图
第6章典型例题分析
图6.4 以PLC控制机床工作台的梯形图
第6章典型例题分析
(4) 锅炉水位控制：锅炉工作启动后，当水位低于下限时，进水阀门打开，排水阀门关闭。当水位超过上限时，排水阀门打开，进水阀门关闭。
问题分析：本题中火力控制与水位控制应当同时考虑，应用 MC/MCR主控电路块指令比较方便。解：(1) 首先画出I/O连接图，如图6.19所示。
第6章典型例题分析
移位寄存器中各位的内容可在移位脉冲的作用下依照一定的方向移动，比如，我们在移位寄存器的第一位中存放一个“1”，当移位脉冲信号到来时，这个“1”就移到了第二位，下次就移到了第三位，这样一来，就可大大减少编程的工作量。

步进电机(计算)

Ji —— 第i个转动部件的转动惯量 kg . m2
Vj —— 第j个移动部件的移动速度 m/min Mj —— 第j个移动部件的质量 kg
2)步进电机选择步骤
② 计算惯量
i. 图示的一级齿轮减速系统
nz1 nz2
nm nz2
n V= z2 . t
式中 V——工作台移动速度 m/min
t——丝杆导程 m
3．某数控机床的进给伺服系统中，已知齿轮分度圆直径d1=64mm，d2=80mm，齿轮宽度B=20mm，丝杠直径d3=40mm，长度l=1500mm，工作台质量 m=150kg。在某一时刻，齿轮转速n1=500r/min，n2=400r/min，工作台移动速度v=2m/min，试求此系统转换到电动机轴上的等效转动惯量。
0.005 360
i=
=
导程 θ
4 0.75
3 = 0.6 =
5
所以，减速器传动比为 3:5。
返回
2、如图示，一台五相十拍运行的步进电动机，通过一对减速齿轮，滚珠丝杠副带动工作台移动。齿轮1的齿数选定为Z1=27，步进电动机转子转子齿数 Zr=48，并设定步进电动机每走一步，工作台移动5μm。当丝杠导程t=4mm，时，试求齿轮2的齿数Z2。
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4.步进电机的选择
1)步进电机选择原则： ① 步矩角与机械系统相匹配，以得到系统所需的
= t/360 i
② 保证电机输出转矩，大于负载所需转矩
③ 能与机械系统的负载惯量相匹配为使电机具有良好的起动性能及较快的响应速度
推荐 Jleq/Jm<=4 式中 Jleq为系统等效负载转动惯量
开环伺服系统
一、组成伺服驱动单元、执行元件、传动机构

PLC实训程序--步进电机的PLC控制

步进电机的PLC控制一、实验目的1、掌握PLC控制的基本原理，掌握移位寄存器的使用。

2、掌握步进电机的工作原理，掌握环形分配器的使用方法。

3、掌握运用PLC驱动步进的方法。

二、实验器材1、PLC-2型可编程控制器实验台1台2、步进电机的PLC控制演示板1块3、PC机或手持编程器1台4、编程电缆1根5、自锁式连接导线若干图16.1三、实验原理与实验步骤1、步进电机的PLC控制演示板如图16.1所示。

2、实验原理本演示装置采用的四相步进电机，运用PLC设计一个步进电机的环形分配器的软件程序。

以此来实现步进电机的单步，连续运转。

四相步进电机的结构如下图所示。

演示板上四个LED发光管分别代表步进电机的四个相位。

3、设计要求：按照步进电机的工作方式，设四相线圈分别为A、B、C、D，公共端为E、F。

当电机正向转动时其工作时序如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA当电机反向转动时其工作时序如下：A←AB←B←BC←C←CD←D←DA要求慢速度为I S—格，快速度为0.1S—格。

4、实验步骤：（1）打开PLC-2型实验台电源，编程器与PLC连接。

（2）根据具体情况编制输入程序，并检查是否正确。

（3）实验台与PLC-DOME008连接，检查连线是否正确。

（4）按下启动按钮，观察运行结果。

四、设计程序清单1、I/O地址分配清单：输入地址：正向启动X0 反向启动X1停止X2 速度控制X3 输出地址： A Y0 B Y1C Y2 C Y3E\F COM2、程序（1）指令表0 LD X0001 OR S02 ANI X0013 ANI X0024 OUT S06 LD X0017 OR S18 ANI X0009 ANI X00210 OUT S112 LD X00313 CJ P0 16 LDI T33 26 OUT Y01527 LDI X00328 CJ P131 P032 LDI T3333 OUT T32 K136 LD T3237 OUT T33 K140 OUT S242 OUT Y01543 P144 LD S245 PLS M1051 ANI M552 ANI M653 ANI M754 AND S155 LDI M256 ANI M357 ANI M458 ANI M559 ANI M660 ANI M761 ANI M862 AND S063 ORB68 AND S069 SFTR M0 M1 K8 K178 MPP79 AND S180 SFTL M0 M2 K8 K189 LD M190 OR M291 OR M892 OUT Y00093 LD M294 OR M395 OR M496 OUT Y00117 OUT T32 K520 LD T3221 OUT T33 K5 24 OUT S2101 LD M6102 OR M7 47 LDI M148 ANI M249 ANI M350 ANI M4103 OR M864 OUT M065 LD M800266 OR M1067 MPS104 OUT Y00397 LD M498 OR M599 OR M6100 OUT Y002105 END梯形图接线图※FX系列的输出继电器的公共端：FX2N－32MR为COM0～COM4;FX2N－48MR为COM0～COM5; FX1N－60MR为COM0～COM7五、思考题1、如果是三相步进电机，工作方式为三相六拍，程序该如何编制？2、如果是E、F公共端不接，作为二相时机使用，程序又该如何处理？。

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