《步进电机实验计划》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步进电机实验计划（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、步进电机实验一、 实验目的1. 测定不同型号步进电机的最大空载启动频率。2. 测定不同型号步进电机的空载最高转速。3. 测定不同型号步进电机的空载相电流波形以及随转速变化的规律。4. 测定不同型号步进电机的空载相电压波形以及随转速变化的规律。5. 测定不同型号步进电机的负载相电流波形随转速及负载大小变化的规律。6. 测试不同型号步进电机单步运行。7. 测试不同型号步进电机加减速运行。8. 测试不同型号步进电机带加减速的正反转运行。9. 测试不同型号步进电机带加减速的限定角度范围内运动。10. 测定单相通入不同电流时不同型号步进电机的矩角特性。11. 测定两相通入正弦细分电流时不同型号步进电机的
2、矩角特性。二、 实验器材1. 不同型号的步进电机：2. 步进电机驱动器（1）3. 信号发生器（1）4. 示波器（1）5. 12V开关电源（1）、24V开关电源（1）6. 单片机（1）7. 万用表（1）8. 角度指示盘（自制）9. 电子称（1）10. 沙捅及吊线三、 实验内容、步骤、方法（一）校正信号发生器实验1.实验必要性：由于信号发生器显示的方波频率与实际输出的方波频率之间存在一定的误差，为了使实验更加准确，因而首先需要进行校正。2.校正方法：（1）将信号发生器置于某一频率档位，在这一频率档位下让频率从最低到最高依次变化，并均匀选取20个频率点，记录信号发生器显示的频率值，同时用示波器观察其
3、实际频率值并记录。（2）将信号发生器置于不同的档位，重复上面的操作，做好记录。（二）测定步进电机最大空载启动频率的实验 实验步骤：首先选定某一型号的步进电机，将信号发生器输出方波调至某一频率突加到步进电机驱动器上，观察并记录使得步进电机失步的频率值，则为步进电机的最大启动频率。（三）测定步进电机空载最高转速的实验1.实验方法：（1）通过输入脉冲频率的测定来计算转速： （r/min）（2）通过相电流频率的测定来计算转速： （r/min） 2.实验步骤：首先选定某一型号的步进电机，逐渐增大信号发生器输出方波的频率，直至步进电机发生堵转，此时信号发生器输出方波的频率即为步进电机最高空载转速对应的频率
4、，则步进电机（步距角1.8）的最大转速为： （r/min） ，再用示波器测出此时的相电流波形（具体方法将会在后面介绍），得到相电流频率，则步进电机（步距角1.8）的最大转速为： （r/min） ，（四）测定不同型号步进电机空载相电流波形的实验 1.实验方法：首先选取某一型号步进电机，并用万用表测出每相绕组电阻。根据步进电机相绕组电阻大小，在两相绕组端部各自串接一阻值合适且相等的电阻，通过测定所串电阻两端的电压波形来实现相电流波形的测定。 2.实验步骤：（1）设定信号发生器输出方波频率为一定数值；（2）设置驱动器细分数为1，用示波器测出相绕组上所串电阻两端电压波形，除以电阻阻值则可折算为相电流的
5、波形。理论上的电流波形：（3）设置驱动器细分数为2，测定相电流波形。理论上的电流波形：（4）设置驱动器细分数为4，测定相电流波形。 理论上的波形：（5）设置驱动器细分数为8，测定相电流波形。 理论上的波形：3.误差分析为了分析相绕组端部所串电阻的大小对相电流波形造成影响的程度，可以选取不同阻值的电阻串接，用示波器分别测出其两端的电压。（五）测定不同型号步进电机的空载相电压波形实验步骤：1.选定某一型号步进电机；2.设置信号发生器输出方波频率为一定数值；3.用示波器测出不同细分数下步进电机的相电压波形。（六）测定不同型号步进电机负载电流波形随转速及负载大小变化的规律。（七）步进电机单步运行实验
6、1.实验目的：验证步进电机步进角度与所给脉冲数的定量关系。2.实验原理图： 图7.1 步进电机单步运行实验原理图 图7.2 刻度盘及指针 3.实验方法：如图所示，将刻度盘（精度为3.6）与步进电机机壳固定在一起，指针与转轴固定在一起，则可以用来测定步进电机转过的角度。4.单步运行的实现：用单片机作为步进电机驱动器的脉冲输入源，每按键一次，单片机产生一个脉冲信号，则理论上步进电机将转过一个步距角。 5.理论分析：若步进电机的步距角为1.8，那么步进电机驱动器每输入一个脉冲信号，则步进电机转过1.8机械角度。因此，步进电机转过的总机械角度与步进电机驱动器输入的脉冲个数成正比。 6.实验验证：（1）
7、手动产生单片机脉冲：每按键一次，单片机产生一个脉冲信号。实验中分别按下按键不同的次数，并同时记录按键的次数和指针指示的角度。（2）自动产生单片机脉冲：通过编程实现每按键一次单片机产生一定数量的脉冲数，并同时记录所产生的脉冲数和指针指示的角度。（八）步进电机加减速运行实验 1.理论分析：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
8、密定位控制。2.加减速原理：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。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。 3.实验方法：步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确
9、定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图8.1所示。图8.1 步进电机的速度曲线实验中首先选定步进电机型号以及步进电机驱动器的细分数，下面以16细分数为例，则此时的步距角为。4.加减速运行的单片机实现：步进电机的加速和减速可以通过不断修改定时器初值来实现。在电机加速阶段，从启动瞬时开始，每产生一个脉冲，定时器初值减小某一定数值，则相应脉冲周期减小，即脉冲频率增加；在减速阶段，定时器初值不断增加，则相应脉冲周期增大，即脉冲频率减小。设是单片机晶振脉冲的频率，该实验设计的关键是确定脉冲定时，脉冲时间
10、间隔即脉冲周期和脉冲频率。假设从启动瞬时开始计算脉冲数，加速阶段脉冲数为，并设启动瞬时为计时起点，定时器初值为，定时器初值的减量为。从加速阶段的物理过程可知，第一个脉冲周期，即启动时的脉冲周期，。由于定时器初值的修改，第2个脉冲周期，脉冲定时，则第个脉冲周期为：，脉冲定时为：，脉冲频率为：。若令，即加速阶段相邻两脉冲周期的减量，则上述公式简化为：（九）带加减速的步进电机正反转实验1.实验目的：实现步进电机平滑运行以及快速、精确地定位。2.实验步骤：（十）带加减速的步进电机限定角度范围内运动实验（十一）步进电机单相通入不通电流时的负载实验四、 实验中遇到的问题及解决方法五、 一些需要考虑的问题1
11、. 两种驱动器（0.8A，0.6A），应选用哪一个？2. 空载实验中，步进电机的相电流应该为多大？3. 负载试验中，步进电机的相电流应该为多大？4. 步进电机驱动器输入脉冲的作用？5. 步进电机驱动器应选用多大的输入电压？6. 步进电机负载之后的单步运行实验和加减速实验。7. 考虑步进电机以相对角度（而不是绝对角度）运动的问题。8. 考虑单自由度步进电机初始定位的问题。9. 用步进电机实现加减运算。10.考虑能不能根据实际运行距离来自动判断加速阶段、匀速阶段、减速阶段时间？11.考虑加减速阶段的真正作用：是达到正常运行速度要紧，还是根据实际运行距离进行精确定位要紧，如何保证能够实现精确定位？1
12、2.再考虑实际中的运动应该是这样的：假设现在视线在A点，而目标则在B点，在视线未达到B点之前，就会有偏差，从而产生反馈信号，通过DH坐标系计算出绝对角度，从而控制步进电机转动。也就是说，对于底层的步进电机来说，其直接接受的信号是绝对的步进角度，步进电机所要做的事情就是转动这个绝对角度。可以等效为这么一件事情：给步进电机一个角度信号，控制步进电机转过这个角度，而在转动过程中包含有加速、匀速（可能没有）、减速阶段。由于给定的这个角度信号是一个随机的值，因此要求在编写步进电机控制程序时留出一个接口来接收上位机（这里暂由人手动代替）传送的角度信号，而在程序中则需根据这一角度信号来实现加减速运动。因此应着重考虑以下问题：（1）如何根据不同的角度信号来合理分配加速阶段、匀速阶段、减速阶段的时间；（2）细分数的选择；（3）加减速阶段频率随时间变化的曲线：ft；（4）加速阶段与减速阶段的对称性问题。
