1、第七章 步进电机一、步进电机的概述n1、定义n步进电机进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。n特点 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。n虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。n因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业
2、知识。二、步进控制系统的组成二、步进控制系统的组成1、主要由以下三部分组成1）、控制器（plc mcu 定位控制模块）2）、步进驱动器3）、步进电机和工作台n外观图步进电机步进驱动器n2、硬件接线1、步进电机、步进驱动器和plc间的硬件接线 步进电机、步进驱动器和plc间的硬件接线三、步进电机工作原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，点击的转速、停止的位置只取决于控制脉冲信号的频率和脉冲数.脉冲数越多，电机转动的角度越大；脉冲的频率越高，点击转速越快，但不能超过最高频率，否则点击的力矩迅速减小，电机不转。分类方式具体类型按力矩产生的原理1.反应式：转
3、子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行2.激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行。按输出力矩大小1.伺服式：输出力矩在百分之几至十分之几（N.m），只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配用，才能驱动机床工作台等较大的负载。2.功率式：输出力矩在550（N.m）以上，可以直接驱动机床工作台等较大的负载。按定子数1）单定子式 2）双定子式 3）三定子式 4)多定子式按各种绕组分布1.径向分布式：电机各相按圆周依次排列2.轴向分布式：电机各相按轴向依次排列n步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。n当某相定子励磁后，它吸引转子，转子的齿与该相定子
4、磁极上的齿对齐，转子转动一个角度，换一相得电时，转子又转动一个角度。如此每相不停地轮流通电，转子不停地转动。n上述控制方式三相单三拍，得电顺序是ABCA,电机逆时针转动n上述控制方式三相单三拍，得电顺序是ACBA,电机顺时针转动n所以电机运行的方向和通电的相序有关，改变通电的相序，电机的运行方向也就改变。n1:上述介绍的是三相单三拍的工作过程，除此之外还有三相双三拍，三相六拍等工作方式。双相双三拍得电方式同事两相绕组通电：如ABBCCAAB 三相六拍的控制方式是：AABBBCCCAAn2:电机的转速和相序切换的频率有关，切换得越快，电机转动的越快。电机转动的方向和相序有关。n3:电机每拍转动的
5、角度，称步距角，步 距角和电机的结构有关。其中m=定子绕组的相数，z=转子齿数，k为通电方式，当是m相m拍时，k=1；当是m相2m拍时，k=2.如上例中，m=3，z=4，k=1.=360/(3x4x1)=30四、步进驱动器原理四、步进驱动器原理 n从步进电机的转出原理可以得出，要使步进电机正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕组得电。步进驱动器接受外部的信号是方向信号DIR脉冲信号CP。另外步进电机在停止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所以当需要转子松开时，可以使用脱机信号FREE.环型分配器的功能：环型分配器的功能：环型分配器的功能是把外部cp段送进的脉冲进行分配，给功率放大器，功
6、率放大器相应相得晶体管导通，步进电机的线圈得电。步进电机、步进驱动器和步进电机、步进驱动器和plc间的连接间的连接 五、步进驱动器有关细分的设置五、步进驱动器有关细分的设置n什么叫细分？为了提高步进电动机的精度，现在的步进驱动器都有细分的功能，所谓细分，就是通过驱动器中电路的方法把步距角减小。n比如把步进驱动器设置成5细分，假设原来步距角1.8，那么设成5细分后，步距角就是0.36。也就是说原来一步可以走完的，设置成细分后需要走5步。n步进驱动脉冲的频率和输出转矩的关系步进驱动脉冲的频率和输出转矩的关系n当输出频率超过步进电机的最高频率的当输出频率超过步进电机的最高频率的时候，输出转矩会急速下
7、降。时候，输出转矩会急速下降。n步进驱动器细分的设置方法步进驱动器细分的设置方法DIP开关功能与细分设置表开关功能与细分设置表六、应用案例分析六、应用案例分析n例一：控制步进电机转动规定的角度例一：控制步进电机转动规定的角度利用plc作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。现有步进电机，步距角是现有步进电机，步距角是1.8要求设置要求设置4细分，电机的额定电细分，电机的额定电流是流是2.2安安控制要求：控制要求：1）利用）利用plc控制步进电机顺时针转控制步进电机顺时针转2周，停周，停5s，逆时针转，逆时针转1周，周，停停2s，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机，如此循环进行，
8、按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。的轴锁住）。2）要求用静态电流半流控制步进电机。）要求用静态电流半流控制步进电机。3）按下脱机按钮，电机的轴松开。）按下脱机按钮，电机的轴松开。n解题过程：解题过程：1)硬件接线硬件接线n2)I/O定义：x0启动，x1停止，x2脱机；y0脉冲输出，y1控制方向，y2脱机控制 3)设置细分和电流（DIP）通过上表可设置：n4)编写控制程序:分析：l在没有设置细分时，步距角是1.8，也就是200脉冲/转。设置成4细分后，则是800脉冲/转。l控制程序可以用步进指令编写，用plsy指令产生脉冲，脉冲用y0输出，y1控制方向l画出状态功能图画出状态功能图l编
9、写梯形图：编写梯形图：丢步的两个原因：1：负载过高 2：驱动频率过高所以在设置脉冲值的时候，不应给太高的值。例二：在某系统中，要求对某种成圈的线材按固定裁开，例二：在某系统中，要求对某种成圈的线材按固定裁开，裁剪的长度可以通过数字开关设置（裁剪的长度可以通过数字开关设置（099mm），切刀），切刀的时间是的时间是1s。试设计这一系统。滚轴的周长是。试设计这一系统。滚轴的周长是50mm。n解题过程：解题过程：n1）步进电机的选择。）步进电机的选择。步进电机的选择主要考虑两方面：步进电机的选择主要考虑两方面：一是：电机的功率。要求能拖动负载，在本系统中，一是：电机的功率。要求能拖动负载，在本系统中
10、，要把成圈的线材拖动，决定于电机的工作电流，工要把成圈的线材拖动，决定于电机的工作电流，工作电流越大，功率就越大。作电流越大，功率就越大。二是：要选电机的步距角。但是如果选择带细分功二是：要选电机的步距角。但是如果选择带细分功能的驱动器，步距角就没有多大的意义，因为通过能的驱动器，步距角就没有多大的意义，因为通过细分可以改变步距角。细分可以改变步距角。所以主要考虑的是电机的功率。所以主要考虑的是电机的功率。我们选择两相步进电机，步距角是1.8，设置为5细分，所以电机旋转一周1000个脉冲，每个脉冲0.05mm。n2）plc的选择n我们可以选择fx1n或fx2系列的plc，但必须是晶体管式.我们选择fx2n系列的plc根据系统接线，y0输出脉冲，y1控制方向，y3脱机信号，y4切刀信号。数字开关接在x0 x7。启动按钮是x10，停止按钮是x11，脱机按钮式x12。n 3）plc控制程序设计 n4）编写梯形图作业
