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1、复习1.执行元件的种类、特点及根本要求；执行元件的种类、特点及根本要求；2.步进电机技术指标；步进电机技术指标；3.机电一体化系统机电一体化系统(或产品或产品)对执行元件的根本要求；对执行元件的根本要求；4.控制用电机的根本要求、种类、特点及选用；控制用电机的根本要求、种类、特点及选用；5.掌握步进电机的工作原理掌握步进电机的工作原理-步进电机环形脉冲分配方式步进电机环形脉冲分配方式-步距角的计算步距角的计算 6.步进电机的运行特性及性能指标步进电机的运行特性及性能指标 7.步进电机的驱动与控制步进电机的驱动与控制 驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成驱动电源由脉冲分配器、功率放大器组成(1)
2、环形脉冲分配器环形脉冲分配器(2)功率放大器功率放大器 单电压功率放大电路。单电压功率放大电路。上下压功率放大电路。上下压功率放大电路。8.步进电机的选用方法步进电机的选用方法精选课件精选课件本次课的内容本次课的内容(2)功率放大器 单电压功率放大电路。上下压功率放大电路。恒流源功率放大电路。细分驱动电路 步进电机的微机控制 步进电机的选用方法精选课件精选课件(2)功率放大器 步进电机所使用的功率放大电路有电压型和电流型。电压型又有单电压型、双电压型(上下压型)。电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。单电压功率放大电路：主要用于对速度要求不高的小型步进电机。环环形形脉脉冲冲分分配配器器精选课件精选课
3、件上下压功率放大电路 图为采用脉冲变压器TI组成的上下压控制电路原理图。A相精选课件精选课件单稳触发器组成的上下压控制电路原理图单稳触发器组成的上下压控制电路原理图0100触发触发1101定时定时结束结束10精选课件精选课件单稳触发器组成的上下压控制电路特点单稳触发器组成的上下压控制电路特点高压导通的时间由单稳态电路决定，通过调节Rc参数使高压开通的时间恰好使绕组的电流上升到额定值左右再关闭。时间的调节要非常小心，时间稍长即可能烧毁晶体管。上下压功率放大电路由于仅在脉冲开始的一瞬间接通高压电源，其余的时间均由低压供电，故效率很高，由于电流上升率高，故高速运行性能好，但由于电流波形陡，有时还会产
4、生过冲，故谐波成分丰富，电机运行时振动较大(尤其在低速运行时)。精选课件精选课件恒流源功率放大电路恒流源功率放大电路 当当当当A A处处处处输输输输入入入入为为为为低低低低电电电电平平平平 时时时时，T1(3DK2)T1(3DK2)截截截截 止止止止，这这这这 时时时时 由由由由T2(3DK4)T2(3DK4)及及及及T3(3DDl5)T3(3DDl5)组组组组成成成成的的的的达达达达林林林林顿顿顿顿管管管管导导导导通通通通，电电电电流流流流由由由由电电电电源源源源正正正正端端端端流流流流经经经经电电电电机机机机绕绕绕绕组组组组及及及及达达达达林林林林顿顿顿顿复复复复合合合合管管管管经经经经由
5、由由由PNPPNP型型型型大大大大功功功功率率率率管管管管T4(2955)T4(2955)组组组组成成成成的的的的恒恒恒恒流流流流源源源源流流流流向向向向电源负端。电源负端。电源负端。电源负端。精选课件精选课件恒流源功率放大电路恒流源功率放大电路特点特点电电电电流流流流的的的的大大大大小小小小取取取取决决决决于于于于恒恒恒恒流流流流源源源源的的的的恒恒恒恒流流流流值值值值，当当当当发发发发射射射射极极极极电电电电阻阻阻阻减减减减小小小小时时时时，恒恒恒恒流流流流值值值值增增增增大大大大；当当当当电电电电阻阻阻阻增增增增大大大大时时时时，恒恒恒恒流流流流值值值值减减减减小小小小。由由由由于于于于
6、恒恒恒恒流流流流源源源源的的的的动动动动态态态态电电电电阻阻阻阻很很很很大大大大，故故故故绕绕绕绕组组组组可可可可在在在在较较较较低低低低的的的的电电电电压压压压下下下下取取取取得得得得较较较较高高高高的的的的电电电电流流流流上上上上升升升升率率率率。由由由由于于于于此此此此时时时时电电电电路路路路为为为为反反反反相相相相驱驱驱驱动动动动，故故故故脉脉脉脉冲冲冲冲在在在在进进进进入入入入恒恒恒恒流流流流源源源源驱驱驱驱动动动动电电电电源源源源前应反相后再送入输入端。前应反相后再送入输入端。前应反相后再送入输入端。前应反相后再送入输入端。在在在在较较较较低低低低的的的的电电电电压压压压上上上上，
7、有有有有一一一一定定定定的的的的上上上上升升升升率率率率，可可可可用用用用在在在在较较较较高高高高频频频频率率率率的的的的驱驱驱驱动动动动上上上上。由由由由于于于于电电电电源源源源电电电电压压压压较较较较低低低低，功功功功耗耗耗耗将将将将减减减减小小小小，效效效效率率率率有有有有所所所所提提提提高高高高。由由由由于于于于工工工工作作作作在在在在放放放放大大大大区区区区，管管管管压压压压降降降降较较较较大大大大，功耗很大，故必须采用较大的散热片散热。功耗很大，故必须采用较大的散热片散热。功耗很大，故必须采用较大的散热片散热。功耗很大，故必须采用较大的散热片散热。精选课件精选课件 斩波恒流功率放大
8、电路输入的一个脉冲绕组的电压波形绕组的电流波形00=0U1=0010U10U1001U1UR比较器输出为比较器输出为001精选课件精选课件 调频调压功放电路。电源电压一定电源电压一定,绕组电流的上冲值随频率的升高降低，输出转矩随转速的提高降低；要提高转绕组电流的上冲值随频率的升高降低，输出转矩随转速的提高降低；要提高转矩，需提高供电电压；矩，需提高供电电压；调频调压：低频时，供电电压低，高频时，供电电压高；调频调压：低频时，供电电压低，高频时，供电电压高；脉冲信号脉冲信号调压信号调压信号0UctUct输出负脉冲，输出负脉冲，输出负脉冲，输出负脉冲，V1V1和和和和v2v2导通，电导通，电导通，
9、电导通，电源电压源电压源电压源电压UlUl作用在电感作用在电感作用在电感作用在电感LsLs和电机绕组和电机绕组和电机绕组和电机绕组 WW上，上，上，上，LsLs感应出负电动势，电流逐渐感应出负电动势，电流逐渐感应出负电动势，电流逐渐感应出负电动势，电流逐渐增大，并对电容增大，并对电容增大，并对电容增大，并对电容CC充电，充电时间由充电，充电时间由充电，充电时间由充电，充电时间由负脉冲宽度决定。在负脉冲宽度决定。在负脉冲宽度决定。在负脉冲宽度决定。在UcTUcT负脉冲过后，负脉冲过后，负脉冲过后，负脉冲过后，V1V1和和和和V2V2截止，截止，截止，截止，LsLs又产生感应电动又产生感应电动又产
10、生感应电动又产生感应电动势，其方向是势，其方向是势，其方向是势，其方向是U2U2处为正。此时，假设处为正。此时，假设处为正。此时，假设处为正。此时，假设 v3v3导通，该感应电动势便经电机绕组导通，该感应电动势便经电机绕组导通，该感应电动势便经电机绕组导通，该感应电动势便经电机绕组 WW、RsRs、V3V3、VD1VD1、LsLs回路泄放，同回路泄放，同回路泄放，同回路泄放，同时电容时电容时电容时电容cc也向绕组也向绕组也向绕组也向绕组WW放电。由此可见，放电。由此可见，放电。由此可见，放电。由此可见，向电机供电的电压向电机供电的电压向电机供电的电压向电机供电的电压U2U2取决于取决于取决于取
11、决于V1V1和和和和v2v2的开通时间，即取决于负脉冲的开通时间，即取决于负脉冲的开通时间，即取决于负脉冲的开通时间，即取决于负脉冲UcTUcT的宽的宽的宽的宽度。负脉冲宽度越大度。负脉冲宽度越大度。负脉冲宽度越大度。负脉冲宽度越大,U2,U2越高。因此，越高。因此，越高。因此，越高。因此，根据根据根据根据UcPUcP的频率，调整的频率，调整的频率，调整的频率，调整UcTUcT的负脉冲的负脉冲的负脉冲的负脉冲宽度，便可实现调频调压宽度，便可实现调频调压宽度，便可实现调频调压宽度，便可实现调频调压11精选课件精选课件(3)细分驱动在每次输人脉冲切换时，不是将绕组电流全部通在每次输人脉冲切换时，不
12、是将绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一局部，入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一局部，那么电机转子的每步运动也只有步距角的一局部。那么电机转子的每步运动也只有步距角的一局部。这里绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，额定这里绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，电流分成多少个台电流是台阶式的投入或切除，电流分成多少个台阶，那么转子就以同样的个数转过一个步距角。阶，那么转子就以同样的个数转过一个步距角。这样将一个步距角细分成假设干步的驱动方法称这样将一个步距角细分成假设干步的驱动方法称为细分驱动。为细分驱动。细分驱动的特点是：细分驱动的特点是：a在不改动
13、电机结构参数的情况下，能使步距角在不改动电机结构参数的情况下，能使步距角减小。但细分后的步距角精度不高，功率放大驱减小。但细分后的步距角精度不高，功率放大驱动电路也相应复杂；动电路也相应复杂；b能使步进电机运行平稳，提高匀速性，并能减能使步进电机运行平稳，提高匀速性，并能减弱或消除振荡。弱或消除振荡。精选课件精选课件例:精选课件精选课件采用多路功率开关采用多路功率开关精选课件精选课件用叠加的信号控制用叠加的信号控制精选课件精选课件阶梯波供电的方法阶梯波供电的方法先放大、后叠先放大、后叠加的供电方法加的供电方法先叠加、后放先叠加、后放大的供电方法大的供电方法精选课件精选课件恒频脉宽调制细分驱动电
14、路恒频脉宽调制细分驱动电路精选课件精选课件(4)步进电机的微机控制步进电机的微机控制 有串行和并行两种控制方式有串行和并行两种控制方式:串行控制：串行控制：具有串行控制功能的单片机系统与步进电机具有串行控制功能的单片机系统与步进电机驱动电源之间具有较少的连线就可以将信号送入步进电机驱驱动电源之间具有较少的连线就可以将信号送入步进电机驱动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。见图。含有环形分配器。见图。精选课件精选课件并行控制：并行控制：用微型计算机系统的数个端口直接去控制步进电机各相驱用微型计算机系统的数个端口直接
15、去控制步进电机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电机驱动电源内，不包括环动电路的方法称为并行控制。在电机驱动电源内，不包括环形分配器，而其功能必须由微型计算机系统完成。形分配器，而其功能必须由微型计算机系统完成。系统实现脉冲分配器的功能又有两种方法：系统实现脉冲分配器的功能又有两种方法：第一种是纯软件方法第一种是纯软件方法.第二种是软、硬件相结合的方法。第二种是软、硬件相结合的方法。并行控制方案的示意图见图。并行控制方案的示意图见图。精选课件精选课件(5)步进电机的速度控制步进电机的速度控制步进电动机速度控制：控制系统发出脉步进电动机速度控制：控制系统发出脉冲的频率或者是换相周期，其方法有两冲
16、的频率或者是换相周期，其方法有两种：种：一种是软件延时：调用延时子程序，一种是软件延时：调用延时子程序，占用占用CPUCPU的时间来实现。的时间来实现。另一种是用定时器：通过设定定时另一种是用定时器：通过设定定时的时间常数来实现。的时间常数来实现。精选课件精选课件步进电机的加减速控制步进电机的加减速控制对于点位控制系统来说：对于点位控制系统来说：1.如果系统要求的运行频率小于极限启动频率，那么可以直接如果系统要求的运行频率小于极限启动频率，那么可以直接起动和运行；起动和运行；2.如果系统要求的运行频率大于极限启动频率，为了保证正常如果系统要求的运行频率大于极限启动频率，为了保证正常启动或者启动时不丢步，其运行需要一个过程：启动或者启动时不丢步，其运行需要一个过程：“加速一恒速一减速一加速一恒速一减速一(低恒速低恒速)一停止一停止如图如图精选课件精选课件升速规律一般可有两种选择：升速规律一般可有两种选择：一是按照直线规律升速；加速度是恒定值，步进电一是按照直线规律升速；加速度是恒定值，步进电机的转矩也应该是恒定值，但是由于电机本身的机的转矩也应该是恒定值，但是由于电机本身的矩矩-频特性可
