《步进电机驱动技术讲义概论课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步进电机驱动技术讲义概论课件（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、步进电动机及其驱动控制系统STEPPING MOTORS AND CONTROL SYSTEMS,电磁与电子技术研究所 Institute of Electromagnetic and Electronic Technology,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,2,张千帆 电磁与电子技术研究所 科学园2C栋402 zhang_ 86413611-8402,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,3,目标：电机驱动控制器的设计与仿真,了解电机原理,选择控制器实现方式,设计控制器主要电路模块,各环节连接,附属设计,建立模型，仿真,绘制原理图,元件参数计算,绘制印制板图,20
2、20/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,4,课程主要内容和学时安排,主要内容 步进电机驱动基础，介绍电动机的工作原理及结构，绕组引线及励磁方式 步进电机各种驱动方式的原理：包括，定电压驱动方式、双电压驱动方式、高低压驱动方式、升频升压驱动方式、恒流斩波驱动方式、细分驱动方式 步进电机驱动器的构成及各部分功能，包括：步进电机的环形分配器、桥式驱动、前级信号耦合方式、续流电路、保护电路。 驱动器实例的原理分析及设计举例，结合两种具体驱动器，自激斩波方式驱动器、由集成电路L297及L298构成的驱动器，讲解驱动器实际设计中的具体问题及解决途径。 学时 授课24学时 实验6学时,2020/9/17
3、,步进电动机及其驱动控制系统,5,学习本门课的要求,学习电机的优越性 电机控制器与自动控制系统、控制理论的关系 课堂学习与自学的关系 自学：看-书、文章、论文、 练-设计、画图、仿真 想-？ 考试方式,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,6,步进电机及其控制器,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,7,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,8,步进电机及其控制器,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,9,步进电动机？,步进电机是一种用电脉冲信号控制，并将电脉冲信号转换成角位移或线位移的控制电机。 位移量与输入脉冲数成正比 转速与单位时间内脉冲数（脉冲频
4、率）成正比 转矩是由于磁阻作用所产生的 方向取决于脉冲的顺序 与其他电机最主重要的区别是脉冲控制,是一种用电脉冲信号控制，并将电脉冲信号转换成角位移或线位移的控制电机。 与输入脉冲数成正比 与单位时间内脉冲数（脉冲频率）成正比 是由于磁阻作用所产生的 取决于通电相序 是脉冲控制,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,10,步进电机的应用,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,11,步进电机的应用,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,12,步进电机的应用,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,13,步进电动机的类型,反应式步进电动机（VR） 混合式步进电
5、动机（HB） 永磁式步进电动机（PM） 旋转步进电动机 直线式步进电动机 平面步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,14,反应式步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,15,混合式步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,16,混合式步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,17,永磁式步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,18,混合式步进电动机工作原理,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,19,混合式步进电动机工作原理,定子电流双向 每通电，相对的定子磁极极性相同 对于3相电机来讲
6、，整步为6拍，半步为12拍 相对于反应式步进电动机而言，相同的转子齿数可以获得更小的步距角 永磁体的存在，增加了电动机的阻尼。,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,20,混合式步进电动机等值磁路图,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,21,混合式步进电动机等值磁路图,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,22,混合式步进电动机的磁路,三维磁路 径向磁路和轴向磁路 定子励磁绕组产生的磁势和转子永磁体产生的磁势共同作用产生电磁转矩,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,23,多极对数同步电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,24,202
7、0/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,25,步进电动机与开关磁阻电机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,26,步进电机与无刷直流电机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,27,步进电动机绕组的接线形式,反应式步进电动机 混合式步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,28,反应式步进电动机绕组接法,A,B,C,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,29,3相混合式步进电动机绕组的接线方式,S,S,N,N,AB通电（励磁）,N,N,S,S,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,30,4相混合式步进电动机的接线形式,S,S,N,N
8、,A,x,B,y,C,z,D,u,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,31,2相混合式步进电动机的接线形式,S,S,N,N,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,32,2相混合式步进电动机的接线形式,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,33,2相混合式步进电动机驱动器主回路,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,34,4相混合式步进电动机驱动器的主回路,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,35,4/2相混合式步进电动机,4相混合式步进电动机2相混合式步进电动机 2相混合式步进电动机4相混合式步进电动机,2020/9/17,步进电动机及其驱
9、动控制系统,36,3相反应式步进电动机驱动器的主回路,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,37,3相混合式步进电动机驱动器的主回路,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,38,步进电动机绕组接线形式的比较,反应式步进电动机 定子相对磁极绕组同名端相反，相对2磁极极性相反。磁场2维分布平面场。绕组电流方向不变。 混合式步进电动机 定子相对磁极绕组同名端相同，相对2磁极极性相通。磁场3维分布。绕组电流方向交变。 4相混合式步进电动机绕组电流方向不变，A, C或B, D相不能同时通电。,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,39,步进电动机,脉冲电动机，阶跃电动机 受
10、电脉冲信号控制的无刷直流电动机 多极同步电动机 开关磁阻电机-反应式 永磁电机-永磁式 混合磁阻电机-混合式,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,40,特点（优点）,1、可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价 2、位移与输入脉冲信号数相对应 3、步距误差不长期累积 4、无刷 5、易于起动、停止、正反转及变速 6、具有自锁能力 7、可低速、大扭矩直接驱动负载 8、可几台同步运行,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,41,特点（缺点）,1、失步 2、振荡 3、带惯性负载能力差 4、需特定电源 5、振动与噪声大,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,42,
11、常用术语,步距角 齿距角 距角特性 失调角 初始稳定平衡位置 最大静转矩特性 精度 响应频率,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,43,步距角,每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角，用符号 表示。,步距角为,（机械角度）,N为运行拍数， ，m为电机相数。,步距角与拍数N及转子齿数Zt有关。减小步距角，可提高控制精度。,在一个齿距内磁场变化一个周期，用电角度表示时，一个齿距就对应360电角度（或 电弧度)。用电角度（或电弧度）表示的齿距角为 。,用电角度表示时，步距角为,（电角度）,（电弧度）,或,用电角度表示步距角时，步距角与转子齿数无关。,2020/9/17,步进电动机及
12、其驱动控制系统,44,失调角,规定定子、转子齿轴线重合的位置为静态空载情况下的初始稳定平衡位置，而转子偏离初始稳定平衡位置的电角度称为失调角 。,初始平衡位置与失调角,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,45,相邻极下，定转子的齿应该错开转子齿距的1/m倍，即位置角360/mZr 转子的齿数应该为Zr=2p(K1/m) 步距角s= 360 /mZrC 转速n=60f/ mZrC,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,46,矩角特性,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,47,最大静转矩特性,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,48,常用术语,运行频率
13、 起动矩频特性 运行矩频特性 惯频特性 单步响应,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,49,惯频特性,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,50,教材及参考书：,1、“步进电动机及其驱动控制系统”， 程树康，刘宝廷等编著，哈尔滨工业大学出版社， 2、李忠杰，宁守信。“步进电动机应用技术”，机械工业出版社， 3、陈理壁，“步进电动机及其应用”，上海科技出版社， 4、“步进电动机” 5、“控制电机” 6、“微电机”、“微特电机”杂志有关步进电动机驱动方面的文章 7、中国期刊网 8、IEEE Xplore全文数据库,2020/9/17,步进电动机及其驱动控制系统,51,大作业,1、设计2相混合步进电机4细分驱动控制器0706111 2、设计3相混合步进电机驱动控制器0706112 3、设计5相混合步进电机驱动控制器0736132 技术指标：电源电压DC24V，电机额定相电流2A，定电流驱动。输入信号：CP脉冲，正、反转指令，起、停指令；输出接电机绕组。 提交文件包括：设计说明书，电路原理图，电路印制版图，元器件清单。提交以上文件的打印版本和电子版（电路图、PCB版图文件采用Protel99Se格式，电子版发至邮箱：zhang_) 完成时间：1月5日前 注意：严禁抄袭，雷同作业全部0分。,
