步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用.docVIP

原理步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。 它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。特點(diǎn)1、 過載性好其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。2、 控制方便步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來了很大的方便，反過來，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開辟了更為廣闊的使用市場(chǎng)。3、 整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。應(yīng)用1、電子鐘表中的應(yīng)用石英鐘表主要由石英諧振器、集成電路、步進(jìn)電機(jī)(用于指針式)、液晶顯示屏（用于數(shù)字式）、手表電池或交流電源組成，此外還包括導(dǎo)電橡膠、微調(diào)電容、照明燈泡、蜂鳴器等元件。指針式石英手表中，為了把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹羔樀霓D(zhuǎn)動(dòng)來指示時(shí)間，采用了作為換能器的微型步進(jìn)電機(jī)以及齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。石英鐘的石英振蕩器多數(shù)采用具有較好溫度頻率特性的4.19MHz的石英諧振器，也有采用32768Hz石英諧振器的；鐘內(nèi)經(jīng)常附加音樂報(bào)時(shí)等功能；步進(jìn)電機(jī)具有較大的輸出力矩等。這些都是為了適應(yīng)石英鐘鐘面較大、使用環(huán)境復(fù)雜等情況而設(shè)計(jì)的。在指針式石英鐘表內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)作為換能器，把秒脈沖信號(hào)變成機(jī)械輪系的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)指針指示時(shí)間。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是低功耗、小體積、轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。常用鐘表步進(jìn)電機(jī)有雙偏心式、單偏心式、雙凹坑式和單凹坑式等徑向充磁的單相永磁步進(jìn)電機(jī)，另外還有軸向充磁的雙定子式步進(jìn)電機(jī)。其中雙凹坑式的定子做成一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗電量小，應(yīng)用較廣。石英鐘用步進(jìn)電機(jī)比石英手表的體積稍大,耗電較多,有較大輸出力矩。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鋼采用矯頑力大、剩磁密度大的合金材料如釤鈷合金等，定子常用坡莫合金，線圈多采用小線徑高強(qiáng)度漆包線。2、 工業(yè)機(jī)器手中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具進(jìn)行操作的機(jī)電一體化自動(dòng)化裝置。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度因而得到了廣泛的應(yīng)用 。控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖，通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量，同時(shí)通過編程控制脈沖頻率進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈 按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。環(huán)行脈沖分配器可分為軟件環(huán)形分配器和硬件環(huán)形分配器。軟件環(huán)形分配器，即PLC利用軟件編程達(dá)到輪流輸出信號(hào)。對(duì)于功率步進(jìn)電機(jī)要求幾十至上百伏特、幾安至十幾安的驅(qū)動(dòng)能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行放大。用PLC控制三相步進(jìn)電機(jī)的方法簡(jiǎn)單易行可靠性高。由于采用了PLC控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)，所以改變控制參數(shù)相當(dāng)方便。只需改變PLC程序中相應(yīng)部分即可。對(duì)任何相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)都可以使用，在設(shè)計(jì)方法上簡(jiǎn)單易行，減少占用PLC的I0口，與PLC接口時(shí)比較方便，這樣在PLC控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中不僅減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量、大大縮短開發(fā)研制周期和節(jié)約了開發(fā)費(fèi)用，而且提高了控制系統(tǒng)的柔性和可靠性，具有較高的推廣和實(shí)用價(jià)值。3、 包裝機(jī)械中的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。齒輪泵計(jì)量是靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，物料通過齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)量精度。步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會(huì)明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)顯著下降。對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果噪聲難以避免，可靠性下降。后來采用直齒輪升速的辦法，降低了步進(jìn)電機(jī)的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計(jì)量度得到了保證。在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給，無論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來可靠完成。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)接到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長供膜。橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時(shí)間的要求。 為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步。4、 礦井提升中的應(yīng)用由于步進(jìn)電機(jī)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下。電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)。電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。作為一種把數(shù)字電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單，功率大，維護(hù)容易，定位精度高，可靠性好，體積小，驕動(dòng)系統(tǒng)多達(dá)32種選擇。并且價(jià)格低無累積位置誤差，可自鎖，控制成本低等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，再加上利用現(xiàn)在比較成熟的微機(jī)技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用控制。可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以上特點(diǎn)完全符合微拖的要求。并且可以實(shí)現(xiàn)礦井提升系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無人值守提升系統(tǒng)。礦井提升中步進(jìn)電機(jī)的控制過程是這樣的首先提升機(jī)減速接近爬行階段，速度降至3ms左右時(shí)。由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)接通電磁閥。電磁閥桿在電磁力的作用下克服閥桿下端彈簧的彈力下移，使壓縮空氣由A腔進(jìn)入B腔通過減速器的空心軸進(jìn)入氣囊離合器。使微拖裝置與主機(jī)連接起來。當(dāng)速度繼續(xù)降至爬行速度時(shí)。通過控制電路切斷主電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)電源，提升機(jī)改由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行平穩(wěn)的低速爬行。提升容器到達(dá)終點(diǎn)進(jìn)行卸載時(shí)，控制電路使電磁閥斷電，步進(jìn)電機(jī)與主機(jī)脫離，完成一次爬行過程，接下來進(jìn)行下一周期的工作。通過改進(jìn)，大大提高卸載時(shí)事故的發(fā)生率，提高煤礦生產(chǎn)的安全，并且為煤礦后來進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)建立基礎(chǔ)。5、 汽車測(cè)試中的應(yīng)用許多汽車制動(dòng)元件的檢測(cè)，例如液壓制動(dòng)系中制動(dòng)主缸助力器總成的檢測(cè)，氣壓制動(dòng)系中氣制動(dòng)閥的檢測(cè)，在測(cè)試系統(tǒng)中需要用到電機(jī)推動(dòng)滾珠絲杠來模擬在實(shí)際汽車制動(dòng)時(shí)踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行制動(dòng)的過程，滾珠絲杠推動(dòng)主缸或者制動(dòng)閥使其達(dá)到汽車制動(dòng)時(shí)所需要的各種工作狀態(tài)，以便來測(cè)試各種性能。而步進(jìn)電機(jī)由于角位移與輸入脈沖嚴(yán)格成正比關(guān)系，在其運(yùn)動(dòng)過程中沒有累計(jì)誤差，跟隨性良好，因此選擇步進(jìn)電機(jī)是汽車制動(dòng)元件測(cè)試系統(tǒng)中性能較好的執(zhí)行元件。系統(tǒng)硬件組成有位移傳感器，力傳感器，步進(jìn)電機(jī)；控制核心采用工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡。步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠組成加力裝置，力傳感器安裝在絲杠頂桿前端，用于測(cè)量步進(jìn)電機(jī)輸出力矩“被測(cè)試件輸入力”的大小，數(shù)據(jù)經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換送工控機(jī)處理，工控機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、前進(jìn)、后退、停止，并按測(cè)試程序控制前進(jìn)和后退的速度，同時(shí)由位移傳感器測(cè)量出步進(jìn)電機(jī)的位移量，并將力和位移的相應(yīng)數(shù)據(jù)通過顯示器表示出來，根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來判斷氣制動(dòng)閥的合格與否。一般采用軟件延時(shí)的方法來對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度、步數(shù)及方向進(jìn)行控制，根據(jù)計(jì)算機(jī)所發(fā)出脈沖的頻率和數(shù)量所需的時(shí)間來設(shè)計(jì)一個(gè)子程序，該子程序包含一定的指令，設(shè)計(jì)者通常要對(duì)這些指令的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算或者精確的測(cè)試，以便確定延時(shí)時(shí)間是否符合要求，每當(dāng)子程序結(jié)束后，可以執(zhí)行下面的操作。采用軟件延時(shí)方式時(shí)，CPU一直被占用，CPU利用率低，這在許多場(chǎng)合是非常不利的。因此需要重新設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制程序，采用PCL-812PG數(shù)據(jù)采集卡，利用812PG卡中自帶可編程計(jì)數(shù)定時(shí)器8254及其他邏輯電路器件設(shè)計(jì)一種步進(jìn)電機(jī)控制方式，僅需要幾條簡(jiǎn)單的指令就可以產(chǎn)生具有一定頻率和數(shù)目的脈沖信號(hào)?？删幊痰挠布〞r(shí)器直接對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖或某一固定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值則由編程決定當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)定的脈沖數(shù)時(shí)，給出定時(shí)時(shí)間到的信號(hào)，得到所需的延時(shí)時(shí)間或定時(shí)間隔，由于計(jì)數(shù)的初始值由編程決定，因而在不改動(dòng)硬件的情況下，只通過程序的變化即可滿足不同的定時(shí)和計(jì)數(shù)要求，因此使用很方便。前景步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展已歸結(jié)為單段式結(jié)構(gòu)的磁阻式、混合式和爪極結(jié)構(gòu)的永磁式三類。爪極電機(jī)價(jià)格便宜，性能指標(biāo)不高，混合式和磁阻式主要作為高分辨率電動(dòng)機(jī)，由于混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有控制功率小，運(yùn)行平穩(wěn)性較好而逐步處于主導(dǎo)地位。最典型的產(chǎn)品是二相8極50齒的電動(dòng)機(jī)，步距角1.8/0.9（全步/半步）；還有五相10極50齒和一些轉(zhuǎn)子100齒的二相和五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。發(fā)展趨勢(shì)之一，是繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展。發(fā)展趨勢(shì)之二，是改圓形電動(dòng)機(jī)為方形電動(dòng)機(jī)。發(fā)展趨勢(shì)之三，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。發(fā)展趨勢(shì)之四，向五相和三相電動(dòng)機(jī)方向發(fā)展。心得通過步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用，讓我徐學(xué)到了很多知識(shí)。通過這次作業(yè)，使我對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了更進(jìn)一步的了解。步進(jìn)電機(jī)在現(xiàn)在工業(yè)中有著重要的作用，當(dāng)然，我們現(xiàn)在對(duì)步進(jìn)電機(jī)只不過是一個(gè)初步的了解，還有更多的知識(shí)等著我們?nèi)W(xué)習(xí)，在這短暫的學(xué)習(xí)和查找中，我學(xué)會(huì)了步進(jìn)電機(jī)的一些基本的理論和應(yīng)用。通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的學(xué)習(xí)，使我對(duì)綜合運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)及其他相關(guān)的知識(shí)有了進(jìn)一步了解，學(xué)會(huì)了用所學(xué)理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用，培養(yǎng)了