1、项目步进电动机的控制与调速技术项目步进电动机的控制与调速技术 任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装 任务任务.步进电动机控制电路的安装与调试步进电动机控制电路的安装与调试 任务任务.步进电动机应用实例步进电动机应用实例返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装.任务目标任务目标()掌握步进电动机结构分类和工作原理。掌握步进电动机结构分类和工作原理。()知道步进电动机的工作方式。知道步进电动机的工作方式。()能够拆装和维护步进电动机。能够拆装和维护步进电动机。.任务内容任务内容()明白步进电动机结构分类和工作原理。明白步进电动机结构分类和工作原理。()了解步进电动机的拆装工艺和拆装要求
2、。了解步进电动机的拆装工艺和拆装要求。()学会拆装和维护步进电动机。学会拆装和维护步进电动机。下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装.必备知识必备知识.步进电动机的结构分类步进电动机的结构分类.步进电动机的结构步进电动机的结构步进电动机由定子和转子两大部分组成。步进电动机由定子和转子两大部分组成。定子由硅钢片叠成定子由硅钢片叠成,有一定有一定数量的磁极和绕组数量的磁极和绕组,转子用软磁材料做成凸极结构。转子用软磁材料做成凸极结构。图图 所示所示为为步进电动机外形结构步进电动机外形结构,图图 所示所示为步进电动机的内部结构为步进电动机的内部结构,图图 所示所示为步进电动机内部结构示
3、意。为步进电动机内部结构示意。.步进电动机的分类步进电动机的分类上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装步进电动机的分类方式很多步进电动机的分类方式很多,常见的分类方式有按产生力矩的原理、常见的分类方式有按产生力矩的原理、按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等。如表如表 所示所示,根据不同的分类方式根据不同的分类方式,列举了常用步进电动机的类型。列举了常用步进电动机的类型。其中反应式步进电动机是我国目前使用最广泛的一种其中反应式步进电动机是我国目前使用最广泛的一种,它具有惯性小它具有惯性小、反应快和速度高的特点、反应
4、快和速度高的特点。.步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理.三相反应式步进电动机的结构三相反应式步进电动机的结构三相反应式步进电动机由定子和转子两部分组成。三相反应式步进电动机由定子和转子两部分组成。定子、转子用硅定子、转子用硅钢片或其他软磁材料制成钢片或其他软磁材料制成,定子上有定子上有 个磁极个磁极,每个磁极上绕有励磁绕每个磁极上绕有励磁绕组组,相对的两个磁极组成一相相对的两个磁极组成一相,分成、分成、三相三相。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装转子上有转子上有 个均匀分布的齿个均匀分布的齿,无绕组无绕组,它是由带齿的铁芯做成的它是由带齿的铁芯做成的,如图如图
5、所示。所示。.三相反应式步进电动机的工作原理三相反应式步进电动机的工作原理三相反应式步进电动机有三种运行方式三相反应式步进电动机有三种运行方式:三相单三拍运行三相单三拍运行;三相双三三相双三拍运行拍运行;三相单、双六拍运行三相单、双六拍运行。“三相三相”是指步进电动机的相数是指步进电动机的相数;“单单”是指每次只给一相绕组通是指每次只给一相绕组通电电;“双双”则是每次同时给二相绕组通电则是每次同时给二相绕组通电;定子绕组每改变一次通电定子绕组每改变一次通电方式方式,就称为一拍就称为一拍;“三拍三拍”是指经过三次切换控制绕组的通电状态为是指经过三次切换控制绕组的通电状态为一个循环。一个循环。上一
6、页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装)三相单三拍工作方式三相单三拍工作方式三相反应式步进电动机的工作原理如三相反应式步进电动机的工作原理如图图 所示所示。它的定子上有它的定子上有六个极六个极(、),每个极上都装有控制绕组每个极上都装有控制绕组,每相对每相对的两极组成一相。的两极组成一相。转子由四个均匀分布的齿组成转子由四个均匀分布的齿组成,其上没有绕组。其上没有绕组。当当 相控制绕组通电时相控制绕组通电时,因磁通要沿着磁阻最小的路径闭合因磁通要沿着磁阻最小的路径闭合,将使转子齿将使转子齿、和定子磁极、和定子磁极、对齐对齐,如图如图()所示。所示。当当 相断电相断电 相控制绕
7、组通电时相控制绕组通电时,转子将在空间顺时针转过转子将在空间顺时针转过,即步距角即步距角,转子齿、转子齿、与定子磁极、与定子磁极、对齐对齐,如图如图()所所示。示。如再使如再使 相断电相断电 相控制绕组通电相控制绕组通电,转子将又在空间顺时针转过转子将又在空间顺时针转过,使转子齿、使转子齿、和定子磁极、和定子磁极、对齐对齐,如图如图()所示。所示。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装如此循环往复如此循环往复,按按 顺序通电顺序通电,电动机转子便按顺时针方电动机转子便按顺时针方向转动。向转动。电动机的转速取决于控制绕组与电源接通或开断的变化频电动机的转速取决于控制绕组与电
8、源接通或开断的变化频率。率。若按若按 的顺序通电的顺序通电,则电动机反向转动。则电动机反向转动。控制绕组控制绕组与电源的接通或断开与电源的接通或断开,通常是由电子逻辑线路或微处理器来控制完成通常是由电子逻辑线路或微处理器来控制完成的。的。三相单三拍通电运行方式中三相单三拍通电运行方式中,步进电动机的步距角为步进电动机的步距角为。)三相双三拍工作方式三相双三拍工作方式在实际使用中在实际使用中,单三拍通电运行方式由于在切换时一相控制绕组断电单三拍通电运行方式由于在切换时一相控制绕组断电后而另一相控制绕组才开始通电后而另一相控制绕组才开始通电,这种情况容易造成失步。这种情况容易造成失步。上一页 下一
9、页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装此外此外,由单一控制绕组通电吸引转子由单一控制绕组通电吸引转子,也容易使转子在平衡位置附近产也容易使转子在平衡位置附近产生振荡生振荡,故运行的稳定性较差故运行的稳定性较差,所以很少采用。所以很少采用。三相双三拍运行方式的每个通电状态都有两相控制绕组同时通电三相双三拍运行方式的每个通电状态都有两相控制绕组同时通电,通通电状态切换时总有一相绕组不断电电状态切换时总有一相绕组不断电,不会产生振荡不会产生振荡,所以通常将它改为所以通常将它改为“双三拍双三拍”通电运行方式通电运行方式,按按 的通电顺序的通电顺序,即即每拍都有两个绕组同时通电。每拍都有两个绕
10、组同时通电。假设此时电动机为正转假设此时电动机为正转,那么按那么按 的通电顺序运行时电动机则反转。的通电顺序运行时电动机则反转。在双三拍通电在双三拍通电方式下步进电动机的转子位置如图方式下步进电动机的转子位置如图 所示。所示。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装当、当、两相同时通电时两相同时通电时,转子齿的位置同时受到两个定子磁极的作转子齿的位置同时受到两个定子磁极的作用用,只有只有 相磁极和相磁极和 相磁极对转子齿所产生的磁拉力相等时转子才相磁极对转子齿所产生的磁拉力相等时转子才平衡平衡,如图如图()所示所示。当、当、两相同时通电时两相同时通电时,转子齿的位置转子齿的
11、位置同时受到两个定子磁极的作用同时受到两个定子磁极的作用,只有相磁极和只有相磁极和 相磁极对转子齿所相磁极对转子齿所产生的磁拉力相等时转子才平衡产生的磁拉力相等时转子才平衡,如如图图()所示所示。当、当、两两相同时通电时相同时通电时,原理相同原理相同,如图如图()所示所示。由上述分析可以看出双拍运行时由上述分析可以看出双拍运行时,同样三拍为一循环同样三拍为一循环,而按双三拍通电而按双三拍通电方式运行时方式运行时,它的步距角与单三拍通电方式相同它的步距角与单三拍通电方式相同,也是也是。)三相单、双六拍通电运行方式三相单、双六拍通电运行方式上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆
12、装若控制绕组的通电顺序为若控制绕组的通电顺序为,或是或是,则称步进电动机工作在三相单则称步进电动机工作在三相单、双六拍通电方式。、双六拍通电方式。这种通电方式这种通电方式,定子三相控制绕组需经过六次切定子三相控制绕组需经过六次切换通电状态才能完成一个循环换通电状态才能完成一个循环,故称故称“六拍六拍”。在通电时在通电时,有时是单个有时是单个控制绕组通电控制绕组通电,有时又为两个控制绕组同时通电有时又为两个控制绕组同时通电,因此称为因此称为“单、双六单、双六拍拍”。在这种通电方式时在这种通电方式时,步距角也有所不同步距角也有所不同。如图如图 所示所示,当当 相控制绕组通电时和单三拍运行的情况相同
13、相控制绕组通电时和单三拍运行的情况相同,转子齿、转子齿、和定子和定子磁极、磁极、对齐对齐,如图如图()所示。所示。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装当、当、相控制绕组同时通电时相控制绕组同时通电时,转子齿、转子齿、在定子磁极、在定子磁极、的的吸引下使转子沿顺时针方向转动吸引下使转子沿顺时针方向转动,直至转子齿、直至转子齿、和定子磁极、和定子磁极、之间的作用力与转子齿、之间的作用力与转子齿、和定子磁极、和定子磁极、之间的作用力相之间的作用力相平衡为止平衡为止,如图如图()所示。、所示。、两相同时通电时和双拍运行两相同时通电时和双拍运行方式相同。方式相同。当断开当断开 相
14、控制绕组而由相控制绕组而由 相控制绕组通电时相控制绕组通电时,转子将继转子将继续沿顺时针方向转过一个角度使转子齿、续沿顺时针方向转过一个角度使转子齿、和定子磁极、和定子磁极、对对齐齐,如图如图()所示。所示。在这种通电方式下在这种通电方式下,/。若继续按若继续按 的顺序通电的顺序通电,步进电动机就按顺步进电动机就按顺时针方向连续转动。时针方向连续转动。如通电顺序变为如通电顺序变为,则电动机将按逆时针方向转动。则电动机将按逆时针方向转动。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装因此因此,即使同一台步进电动机即使同一台步进电动机,若通电运行方式不同若通电运行方式不同,其步距角也
15、不相同其步距角也不相同。所以一般步进电动机会给出两个步距角所以一般步进电动机会给出两个步距角,例如例如/.、./.等。等。三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半,因而精度更高因而精度更高,且转换过程中始终保证有一个绕组通电且转换过程中始终保证有一个绕组通电,工作稳定工作稳定,因此这种工作方式因此这种工作方式被大量采用。被大量采用。.小步距角三相反应式步进电动机工作原理小步距角三相反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机结构虽然简单反应式步进电动机结构虽然简单,但是步距角较大但是步距角较大,往往满足不了系统往往满足不了系统的精度要求的精度要求
16、,如使用在数控机床中就会影响到加工工件的精度。如使用在数控机床中就会影响到加工工件的精度。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装所以所以,在实际中常采用在实际中常采用图图 中所示中所示的一种小步距角的三相反应式的一种小步距角的三相反应式步进电动机。图步进电动机。图 中所示的三相反应式步进电动机中所示的三相反应式步进电动机,它的定子上它的定子上有六个极有六个极,上面装有控制绕组组成、上面装有控制绕组组成、三相三相,转子上均匀分布转子上均匀分布 个齿个齿,定子每个极面上也各有定子每个极面上也各有 个齿个齿,定、转子的齿宽和齿距都相同。定、转子的齿宽和齿距都相同。当相控制绕组通
17、电时当相控制绕组通电时,电动机中产生沿电动机中产生沿 极轴线方向的磁场极轴线方向的磁场,因磁通因磁通总是沿磁阻最小的路径闭合总是沿磁阻最小的路径闭合,转子受到磁阻转矩的作用而转动转子受到磁阻转矩的作用而转动,直至转直至转子齿和定子子齿和定子 极面上的齿对齐为止。极面上的齿对齐为止。因转子上共有因转子上共有 个齿个齿,每个齿每个齿的齿距为的齿距为/,而每个定子磁极的极距为而每个定子磁极的极距为/,所以每一个极距所占的齿距数不是整数。所以每一个极距所占的齿距数不是整数。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装从从图图 给给出的步进电动机定、转子展开图中可以看出出的步进电动机定、
18、转子展开图中可以看出,当当 极极面下的定、转子齿对齐时面下的定、转子齿对齐时,极和极和 极极面下的齿就分别和转子齿相极极面下的齿就分别和转子齿相错三分之一的转子齿距错三分之一的转子齿距,即即。设反应式步进电动机的转子齿数的大小由步距角的大小所决定设反应式步进电动机的转子齿数的大小由步距角的大小所决定,但是为了能实现但是为了能实现“自动错位自动错位”,转子的齿数必须满足一定的条件转子的齿数必须满足一定的条件,而不而不能是任意数值。能是任意数值。当定子的相邻极为相邻相时当定子的相邻极为相邻相时,在某一极下若定、转子在某一极下若定、转子的齿对齐的齿对齐,则要求在相邻极下的定、转子齿之间应错开转子齿距
19、的则要求在相邻极下的定、转子齿之间应错开转子齿距的/,即它们之间在空间位置上错开即它们之间在空间位置上错开/。由此可得出由此可得出这时转子齿数应符合下式条件这时转子齿数应符合下式条件:上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装从图从图 中可以看到中可以看到,若断开若断开 相控制绕组而由相控制绕组而由 相控制绕组通相控制绕组通电电,这时电动机中产生沿这时电动机中产生沿 极轴线方向的磁场。极轴线方向的磁场。同理同理,在磁阻转矩的作在磁阻转矩的作用下用下,转子按顺时针方向转过转子按顺时针方向转过使定子极面下的定子齿和转子齿使定子极面下的定子齿和转子齿对齐对齐,相应定子相应定子 极与
20、极与 极面下的齿又分别和转子齿相错三分之一的极面下的齿又分别和转子齿相错三分之一的转子齿距。转子齿距。依此依此,当控制绕组按当控制绕组按 顺序循环通电顺序循环通电,转子就转子就沿顺时针方向以每一拍转过沿顺时针方向以每一拍转过的方式转动。的方式转动。若改变通电顺序若改变通电顺序,即按即按 顺序循序通电顺序循序通电,转子便沿反方向同样以每拍转过转子便沿反方向同样以每拍转过的方式转动的方式转动,此时为单三拍通电方式运行。此时为单三拍通电方式运行。若采用三相单、双六拍通若采用三相单、双六拍通电方式电方式,与前述道理一样与前述道理一样,只是步距角将要减小一半只是步距角将要减小一半,即即.。上一页 下一页
21、返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装电动机相数越多电动机相数越多,相应电源就越复杂相应电源就越复杂,造价也越高。造价也越高。所以所以,步进电动机一步进电动机一般最多做到六相般最多做到六相,只有个别电动机才做成更多相数。只有个别电动机才做成更多相数。.任务实施任务实施.步进电动机的拆装步进电动机的拆装.拆装准备拆装准备准备好拆装工具准备好拆装工具,装配前应清理好场地装配前应清理好场地,并在接头线、端盖与外壳、轴并在接头线、端盖与外壳、轴承盖与端盖等上作好标记承盖与端盖等上作好标记,以免装配时弄错。以免装配时弄错。.步进电动机的一般拆卸方法步进电动机的一般拆卸方法上一页 下一页返回任务任
22、务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装()卸下皮带或脱开联油器的连接销卸下皮带或脱开联油器的连接销;()拆下接线盒内的电源接线和接地线拆下接线盒内的电源接线和接地线;()卸下皮带轮或联轴器卸下皮带轮或联轴器;()卸下底脚螺母和垫圈卸下底脚螺母和垫圈;()卸下前轴承外盖卸下前轴承外盖;()卸下前端盖卸下前端盖;()拆下风叶罩拆下风叶罩;()卸下风叶卸下风叶;()卸下后轴承外盖卸下后轴承外盖;上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装()卸下后端盖卸下后端盖;()抽出转子抽出转子;()拆下前后轴承及前后轴承的内盖。拆下前后轴承及前后轴承的内盖。.步进电动机的装配步进电动机的装配对于
23、一般中、小型步进电动机对于一般中、小型步进电动机,其装配方法与拆卸步骤相反。其装配方法与拆卸步骤相反。.步进电动机主要零部件的拆装方法步进电动机主要零部件的拆装方法.皮带轮或联轴器的拆装皮带轮或联轴器的拆装拧下固定螺钉和销子拧下固定螺钉和销子,然后用拉具慢慢地拉出。然后用拉具慢慢地拉出。如果拉不出如果拉不出,可在内孔可在内孔浇点煤油再拉。浇点煤油再拉。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装若仍拉不出若仍拉不出,可用急火围绕皮带轮或联轴器迅速加热可用急火围绕皮带轮或联轴器迅速加热,同时用湿布包好同时用湿布包好轴轴,并不断浇冷水并不断浇冷水,以防热量传入电动机内部。以防热量传
24、入电动机内部。装配时装配时,先用细铁砂布把先用细铁砂布把转轴、皮带轮或联轴器的轴孔磨光滑转轴、皮带轮或联轴器的轴孔磨光滑,将皮带轮或联轴器对准键槽套将皮带轮或联轴器对准键槽套在轴上在轴上,用熟铁或硬木块垫在键的一端用熟铁或硬木块垫在键的一端,轻轻将键敲入槽内。键在槽内轻轻将键敲入槽内。键在槽内要松紧适度要松紧适度,太紧或太松都会伤键和伤槽太紧或太松都会伤键和伤槽,太松还会使皮带打滑或振动太松还会使皮带打滑或振动。.轴承盖的拆装轴承盖的拆装轴承外盖的拆卸轴承外盖的拆卸,只要拧下固定轴承盖的螺钉只要拧下固定轴承盖的螺钉,就可取下前后轴承外盖就可取下前后轴承外盖。前后两个轴承外盖要分别标上记号前后两
25、个轴承外盖要分别标上记号,以免装配时前后装错。以免装配时前后装错。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装轴承外盖的装配方法是将外盖穿过转轴套在端盖外面轴承外盖的装配方法是将外盖穿过转轴套在端盖外面,插上一颗螺钉插上一颗螺钉,一手顶住这颗螺钉一手顶住这颗螺钉,一手转动转轴一手转动转轴,使轴承内盖也跟着转到与外盖的螺使轴承内盖也跟着转到与外盖的螺钉孔对齐时钉孔对齐时,便可将螺钉顶入内盖的螺孔中并拧紧便可将螺钉顶入内盖的螺孔中并拧紧,最后把其余两颗螺最后把其余两颗螺钉也装上拧紧。钉也装上拧紧。.端盖的拆装端盖的拆装首先应在端盖与机座的接缝处作好标记首先应在端盖与机座的接缝处作好
26、标记,然后拧下固定端盖的螺钉然后拧下固定端盖的螺钉,用用螺丝刀慢慢地撬下端盖螺丝刀慢慢地撬下端盖(拧螺钉和撬端盖都要对角线均匀对称地进行拧螺钉和撬端盖都要对角线均匀对称地进行),前后端盖要作上记号前后端盖要作上记号,以免装配时前后搞错。以免装配时前后搞错。装配时装配时,对准机壳和端盖对准机壳和端盖的接缝标记的接缝标记,装上端盖。装上端盖。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装插入螺钉拧紧插入螺钉拧紧(要按对角线对称地旋进螺钉要按对角线对称地旋进螺钉,而且要分几次旋紧而且要分几次旋紧,且不可且不可有松有紧有松有紧,以免损伤端盖以免损伤端盖),同时要随时转动转子同时要随时转动
27、转子,以检查转动是否灵活。以检查转动是否灵活。.转子的拆装转子的拆装前后端盖拆掉后前后端盖拆掉后,便可抽出转子。便可抽出转子。但是应注意切勿碰坏定子线圈。但是应注意切勿碰坏定子线圈。对对于小型电动机转子于小型电动机转子,抽出时要一手握住转子抽出时要一手握住转子,把转子拉出一些把转子拉出一些,再用另一再用另一只手托住转子只手托住转子,慢慢地外移。慢慢地外移。对于大型电动机对于大型电动机,抽出转子时要两人各抬抽出转子时要两人各抬转子的一端转子的一端,慢慢外移。慢慢外移。装配时装配时,要按上述逆过程进行要按上述逆过程进行,并且要对准定子并且要对准定子腔中心小心地送入。腔中心小心地送入。上一页 下一页
28、返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装.滚动轴承的拆装滚动轴承的拆装装配滚动轴承的方法与拆卸皮带轮类似。装配滚动轴承的方法与拆卸皮带轮类似。可用两根铁扁担夹住转轴可用两根铁扁担夹住转轴,使转子悬空使转子悬空,然后在转轴上端垫木块或铜块后然后在转轴上端垫木块或铜块后,用锤敲打使轴承脱开拆用锤敲打使轴承脱开拆下下(或用拉具或用拉具),操作过程中要注意安全。操作过程中要注意安全。装配时装配时,可找一根内径略大于可找一根内径略大于转轴外径的平口铁管套入转轴转轴外径的平口铁管套入转轴,使管壁正好顶在轴承的内圈上使管壁正好顶在轴承的内圈上,便可在便可在管口垫木块用手锤敲打管口垫木块用手锤敲打,使轴
29、承套入转子定位处。使轴承套入转子定位处。注意轴承内圆与转注意轴承内圆与转轴间不能过紧。轴间不能过紧。如果过紧如果过紧,可用细砂布打磨转轴表面四周可用细砂布打磨转轴表面四周,使轴承套入使轴承套入后能保持一般的紧密度即可。另外轴承外圈与端盖之间也不能太紧。后能保持一般的紧密度即可。另外轴承外圈与端盖之间也不能太紧。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机的拆装步进电动机的拆装总装步进电动机时要特别注意总装步进电动机时要特别注意,如果没有将端盖、轴承盖装到正确位如果没有将端盖、轴承盖装到正确位置置,或没有掌握好螺钉的松紧度和均匀度或没有掌握好螺钉的松紧度和均匀度,都会引起电动机转子偏心都会引起电动机转
30、子偏心,造造成扫膛等不良运行故障。成扫膛等不良运行故障。.任务考核任务考核任务考核任务考核,按按表表 来实施。来实施。上一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试.任务目标任务目标()掌握步距角与转速的计算方法。掌握步距角与转速的计算方法。()学会驱动程序的编写。学会驱动程序的编写。()学会控制电路的安装与调试方法。学会控制电路的安装与调试方法。.任务内容任务内容()步进电动机驱动程序的编写。步进电动机驱动程序的编写。()控制电路的安装与调试。控制电路的安装与调试。.必备知识必备知识下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与
31、调试.步进电动机步距角与转速的计算步进电动机步距角与转速的计算.步进电动机的步距角步进电动机的步距角每输入一个脉冲信号每输入一个脉冲信号,步进电动机所转过的角度称为步距角。步进电动机所转过的角度称为步距角。步距角步距角不受电压波动和负载变化的影响不受电压波动和负载变化的影响,也不受温度、振动等环境因素的干也不受温度、振动等环境因素的干扰。扰。步距角的大小由转子的齿数、运行相数步距角的大小由转子的齿数、运行相数 决定决定,它们之间的关系它们之间的关系可表示如下可表示如下:齿距角齿距角:上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试步距角步距角:.步进电动
32、机的转速步进电动机的转速步进电动机步距角步进电动机步距角的大小是由转子的齿数、控制绕组的相数的大小是由转子的齿数、控制绕组的相数 和通电方式所决定的和通电方式所决定的,它们之间的关系为它们之间的关系为若步进电动机通电脉冲的频率为若步进电动机通电脉冲的频率为,由于转子经过由于转子经过 个脉冲旋转个脉冲旋转一周一周,则步进电动机的转速为则步进电动机的转速为上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试步进电动机除了做成三相外步进电动机除了做成三相外,也可以做成二相、四相、五相、六相或也可以做成二相、四相、五相、六相或更多的相数。更多的相数。.驱动程序的编写
33、驱动程序的编写利用微处理器对步进电动机进行控制已得到广泛的应用。利用微处理器对步进电动机进行控制已得到广泛的应用。用微处理用微处理器对步进电动机进行控制时器对步进电动机进行控制时,控制方法可分为串行控制和并行控制两控制方法可分为串行控制和并行控制两类类,具体有具体有 系列、系列、系列、系列、系列和驱动系列和驱动卡系列等多种方法卡系列等多种方法,但其控制原理基本相同但其控制原理基本相同,本任务主要以本任务主要以 单片机为例介绍控制方法。单片机为例介绍控制方法。.并行控制并行控制上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试)纯软件控制的方法纯软件控制的方
34、法在并行控制中在并行控制中,不需要专用的脉冲分配器不需要专用的脉冲分配器,其功能可以由其功能可以由 单单片机用纯软件的方法实现或用软件和硬件结合的方法来实现。片机用纯软件的方法实现或用软件和硬件结合的方法来实现。如图如图 所示所示,单片机通过并行口单片机通过并行口,直接发出多相脉冲波信号直接发出多相脉冲波信号,再通过功再通过功率放大后率放大后,送入步进电动机的各相绕组。送入步进电动机的各相绕组。这样就不再需要脉冲分配器这样就不再需要脉冲分配器了了,但这种并行控制方式占用单片机硬件资源较多。但这种并行控制方式占用单片机硬件资源较多。在这种方法中在这种方法中,脉冲分配器的功能全部由软件来完成。脉冲
35、分配器的功能全部由软件来完成。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试以图以图 为例为例,其中单片机其中单片机 的的.四个四个引脚作为并行口输出引脚作为并行口输出,依次循环输出驱动四相反应式步进电动机所需依次循环输出驱动四相反应式步进电动机所需的八个状态为的八个状态为:,即即单、双单、双 拍通电运行方式。拍通电运行方式。采用这种纯软件方法采用这种纯软件方法,需要在单片机的程序存储器中开辟一个存储空需要在单片机的程序存储器中开辟一个存储空间以存放这间以存放这 种状态种状态,形成一张状态表。形成一张状态表。控制系统的应用程序按照电控制系统的应用程序按
36、照电动机正、反转的要求动机正、反转的要求,顺序将状态表的内容取出来送至顺序将状态表的内容取出来送至 的的 口。口。现设定从程序存储器的地址现设定从程序存储器的地址 处开始处开始,用用 个字个字节存储四相八拍正转工作状态表节存储四相八拍正转工作状态表;从程序存储器的地址从程序存储器的地址 处处开始开始,用用 个字节存储四相八拍反转工作状态表。个字节存储四相八拍反转工作状态表。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试再设定功率驱动接口设计成反相放大再设定功率驱动接口设计成反相放大,口线为低电平时绕组通电口线为低电平时绕组通电,高电平时绕组断电高电平时
37、绕组断电,则存放状态表的则存放状态表的 区有关单元的内容区有关单元的内容如表如表 所示。所示。于是对电动机的控制可变成顺序查表以及写于是对电动机的控制可变成顺序查表以及写 口的软件处理过程口的软件处理过程。若设定若设定 作为状态计数器作为状态计数器,按每拍加一进行操作按每拍加一进行操作;对于八拍运行对于八拍运行,从从 开始开始,最大计数值为。最大计数值为。电动机正转子程序如下电动机正转子程序如下:上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试:INCR0;正转加正转加1CJNER0,#08H,CW1;计数值不是计数值不是8,正常计数正常计数MOVR0,
38、#00H;计数值超过计数值超过7,则清零则清零,回到表首回到表首:MOVA,R0;计数值送计数值送AMOVDPTR,#0F00H;正转状态表首地址为正转状态表首地址为0F00HMOVCA,A+DPTR;取出表中状态取出表中状态MOVPl,A;送输出口送输出口RET上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试反转程序与正转程序的差别反转程序与正转程序的差别,仅仅在于指针应指向反转状态表的表首仅仅在于指针应指向反转状态表的表首地址地址0FFAH。反转子程序如下反转子程序如下:CCW:INCR0;反转加反转加1CJNER0,#08H,CCW1;计数值不是计
39、数值不是8,正常计数正常计数MOVR0,#00H;计数值超过计数值超过7,则清零则清零,回到表首回到表首:MOVA,R0;计数值送计数值送AMOVDPTR,#0FFAH;反转状态表首地址为反转状态表首地址为0FFAHMOVCA,A+DPTR;取出表中状态取出表中状态上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试MOVPl,A;送输出口送输出口RET当然当然,若对地址为若对地址为 的状态表的状态表,每次逆向查表每次逆向查表,同同样可以实现反转样可以实现反转,这只要把正转程序中的这只要把正转程序中的 部分修改成部分修改成:DECR0;反转减反转减1CJNE
40、R0,#FFH,CW1;在正常范围在正常范围,正常计数正常计数MOVR0,#07H;计数值退出正常范围计数值退出正常范围,修改指针修改指针上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试采用上述程序实现反转采用上述程序实现反转,可省去状态表中地址为可省去状态表中地址为 的部分的部分,而且可以采用同一个计数器指针而且可以采用同一个计数器指针,在正转任意步后接着在正转任意步后接着反转时反转时,不用为了避免乱步而调整指针的位置不用为了避免乱步而调整指针的位置。用纯软件方法代替脉冲分配器是比较灵活的。用纯软件方法代替脉冲分配器是比较灵活的。例如要求用例如要求用
41、的的 口输出、口输出、四相脉冲四相脉冲,以控制四相混合式步进电以控制四相混合式步进电动机动机,则可采用更简单的方法则可采用更简单的方法:设定设定 口线为低电平时绕组通电口线为低电平时绕组通电,并并用用 口的口的.、.、.、.分别驱动、分别驱动、四相功率接口四相功率接口,则四相单、双八拍的工作状态如表则四相单、双八拍的工作状态如表 所示所示。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试观察表观察表 后不难后不难发现发现,要使步进电动机走步要使步进电动机走步,只要对只要对 口的字节口的字节内容进行循环移位就可以了。内容进行循环移位就可以了。设数据左移时电
42、动机正转设数据左移时电动机正转,则数据右移则数据右移时电动机反转。时电动机反转。只要在程序初始化时只要在程序初始化时,对对 口装载表口装载表 中的任中的任一数据一数据,再通过调用下列再通过调用下列 或或 子程序就可让电动机正转或反子程序就可让电动机正转或反转一步。转一步。程序如下程序如下:(略略)MOVP1,#0F8H;初始化初始化P1 口口,A 相通电相通电(略略):MOVA,Pl;状态送状态送A上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试RLA;左循环位移左循环位移MOVP1,A;送输出口送输出口,正转一步正转一步RET:MOVA,Pl;状态送状
43、态送ARRA;右循环位移右循环位移MOVPl,A;送输出口送输出口,反转一步反转一步RET)软、硬件相结合的控制方法软、硬件相结合的控制方法上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试软、硬件相结合的控制方法软、硬件相结合的控制方法,可比纯软件控制方法减少计算机工作时可比纯软件控制方法减少计算机工作时间的占用。间的占用。图图 所示所示为一台四相步进电动机软、硬件相结合为一台四相步进电动机软、硬件相结合的控制系统示意图。的控制系统示意图。以以 的的 口作为信号的输出口口作为信号的输出口,.空置不空置不用用,其值可为任意其值可为任意,仅以仅以.三条线接到
44、一个三条线接到一个 的低三位地址线上的低三位地址线上,可选通可选通 的的 个地址单元个地址单元,相应于相应于 种种状态。状态。的低四位数据输出线作为步进电动机、的低四位数据输出线作为步进电动机、各相的控制线各相的控制线,硬件设计成低电平时绕组通电。硬件设计成低电平时绕组通电。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试本系统中本系统中 作为一种解码器使用作为一种解码器使用,通过其输入输出关系可以通过其输入输出关系可以使系统设计得更便于微机控制。使系统设计得更便于微机控制。因为只有因为只有.上的数据上的数据对步进电动机的通电状态有影响对步进电动机的通电
45、状态有影响,于是于是 的输入地址和输出的输入地址和输出数据可采用如下的对应关系数据可采用如下的对应关系(输出线低电平时输出线低电平时,绕组通电绕组通电):输入输入:输出输出:通电绕组通电绕组:上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试此处此处,表示随机数表示随机数,既可为既可为,也可为。也可为。这样这样,只要把只要把 中的某一寄存器认定为可逆计数器中的某一寄存器认定为可逆计数器,每次对它每次对它进行加进行加 或减或减 操作操作,然后送然后送 口即可。口即可。脉冲分配器的功能由软脉冲分配器的功能由软、硬件分担、硬件分担,以减少以减少 的负担。的负担。
46、初始化程序及正转或反转一步的子程序可编写如下初始化程序及正转或反转一步的子程序可编写如下:上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试;主程序中其他操作主程序中其他操作CW:INCR0;正转子程序正转子程序,计数器加计数器加1MOVP1,R0;计数值送输出口计数值送输出口,运行一拍运行一拍RETCCW:DECR0;反转子程序反转子程序,计数器减计数器减1MOVPl,R0;计数值送输出口计数值送输出口,运行一拍运行一拍RET.串行控制串行控制上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试利用利用 单片机对步进电
47、动机进行串行控制的系统组成如单片机对步进电动机进行串行控制的系统组成如图图 所示所示。单片机与步进电动机的功率接口之间只单片机与步进电动机的功率接口之间只要两条控制线要两条控制线:一条用以发送走步脉冲信号一条用以发送走步脉冲信号();另一条用以发送控另一条用以发送控制旋转方向的电平信号。制旋转方向的电平信号。此时的单片机相当于前面所讲的变频信号此时的单片机相当于前面所讲的变频信号源。源。同并行控制方式相比同并行控制方式相比,串行控制方式占用单片机硬件资源较少串行控制方式占用单片机硬件资源较少,编编程也更为简单程也更为简单,但需要外加脉冲分配器但需要外加脉冲分配器,增加了系统成本。增加了系统成本
48、。)单片机串行控制方式的硬件单片机串行控制方式的硬件 单片机通过串行控制来驱动步进电动机单片机通过串行控制来驱动步进电动机,中间需要脉冲分中间需要脉冲分配器。配器。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与调试与调试脉冲分配器除可采用由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路外脉冲分配器除可采用由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路外,还还可以使用专用芯片。可以使用专用芯片。在单片机或其他微处理器的控制中在单片机或其他微处理器的控制中,还可以把还可以把 和可逆计数器组合起来和可逆计数器组合起来,构成通用型脉冲分配器构成通用型脉冲分配器,如图如图 所示。所示。其工作原
49、理是其工作原理是:设计一个二进制可逆计数器设计一个二进制可逆计数器,使其计数长度使其计数长度(即循环计即循环计数值数值)等于步进电动机的运行拍数等于步进电动机的运行拍数(或拍数的整数倍或拍数的整数倍)。计数器的输出计数器的输出端接到端接到 的几条低位地址线上的几条低位地址线上,并使并使 总处于读出总处于读出状态。状态。这样这样,计数器每一个输出状态都对应计数器每一个输出状态都对应 的一个地址的一个地址,该该 地址单元中的内容即可确定地址单元中的内容即可确定 数据输出端各条数据输出端各条线上的电平状态。线上的电平状态。上一页 下一页返回任务任务.步进电动机控制电路的安装步进电动机控制电路的安装与
50、调试与调试只要根据要求设计好计数器的计数长度只要根据要求设计好计数器的计数长度,并按要求固化在并按要求固化在 中中,就能完成所要求的脉冲分配器的输入输出逻辑关系。就能完成所要求的脉冲分配器的输入输出逻辑关系。还可考虑改还可考虑改变变 高位地址线的电平以区分出几个不同的地址区域高位地址线的电平以区分出几个不同的地址区域(页面页面),并在不同的页面中设定不同的逻辑关系并在不同的页面中设定不同的逻辑关系,从而实现诸如单拍、双拍和从而实现诸如单拍、双拍和单、双拍等各种运行方式的脉冲分配功能。单、双拍等各种运行方式的脉冲分配功能。)单片机串行控制的软件单片机串行控制的软件在图在图 所示的所示的串行控制电
