步進(jìn)電機(jī)的工作原理

1、 步進(jìn)電機(jī) 1、 分類分類概要-工作原理2、 特點(diǎn)特性1.主要特點(diǎn)2.主要特性3.驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)3、 步進(jìn)電機(jī)的類型和接線4、 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)5、 驅(qū)動(dòng)要求6、 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分七、步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題如何避免八、步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1，步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是將給定的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。給定一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，這個(gè)角度就稱作該步進(jìn)電機(jī)的步距角。連續(xù)給定脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角存在的這種線性關(guān)系，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的使用至少需要三個(gè)方面的配合，一是電脈沖信號(hào)發(fā)生器，

2、它按照給定的設(shè)置重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號(hào)，這種信號(hào)大多數(shù)由可編程控制器或單片機(jī)來(lái)完成；二是驅(qū)動(dòng)器(信號(hào)放大器)，它除了對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以外，還可以通過(guò)它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能；三是步進(jìn)電機(jī)，它有多種控制原理和型號(hào)，現(xiàn)在常用的有反應(yīng)式、感應(yīng)子式、混合式等。步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過(guò)輸入的脈沖頻率快慢實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率減小時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度就下降；反之，速度就加快。還可以通過(guò)頻率的改變而提高步進(jìn)電機(jī)的速度或位置精度。步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，當(dāng)停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機(jī)需要給定的脈沖數(shù)。 2，永磁式步進(jìn)電機(jī)

3、永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。 ,3，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動(dòng)態(tài)性能差。 4，混合式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8

4、度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 二、特點(diǎn)特性1，主要特點(diǎn)1一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 2步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 3步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流

5、減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 4步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 2，主要特性1 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，

6、 驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。2 騰龍版步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個(gè)脈沖完成。3 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。4 改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人，等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。 3，驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)（1）構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的專用集成電路A、脈沖分配器集成電路。B、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路。 C、只含功率驅(qū)動(dòng)（或包含電流控制、保護(hù)電路）的驅(qū)動(dòng)器集成電路。 D、將脈沖分配器、功

7、率驅(qū)動(dòng)、電流控制和保護(hù)電路都包括在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)控制器集成電路，。 （2）“細(xì)分驅(qū)動(dòng)”概述：將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無(wú)關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級(jí)近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。三、步進(jìn)電機(jī)的類型和接線l 單極性步進(jìn)電機(jī) 這種步進(jìn)電機(jī)之所以稱為單極性是因?yàn)槊總€(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)。它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗缓袃蓚€(gè)線圈。兩個(gè)線圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上

8、，具有同一個(gè)中間抽頭。單極性步進(jìn)電機(jī)還被稱為 4 相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗?4個(gè)激勵(lì)繞組。單極性步進(jìn)電機(jī)的引線有 5 或6根。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 5 根，那么其中一根是公共線(連接到 V+)，其他 4 根分別連到電機(jī)的 4 相。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 6 根，那么它是多段式單極性步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組分別有一個(gè)中間抽頭引線。1分辨5 線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭 2分辨6 線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭 回收打印機(jī)舊電機(jī)時(shí)最常遇到這種類型的單極性步進(jìn)電機(jī)。6 線單極性步進(jìn)電機(jī)通?？雌饋?lái)像是兩個(gè)單段式電機(jī)疊放在一起，每個(gè)單段有 3 根線引出(參見(jiàn)圖 6)。這種步進(jìn)電機(jī)的引線非常容易分辨。 分辨 6 線步進(jìn)電機(jī)引

9、線順序的工作相當(dāng)簡(jiǎn)單。如果它的結(jié)構(gòu)形式是多段式步進(jìn)電機(jī)，那么引線的順序?qū)嶋H上已經(jīng)給出了，用數(shù)字萬(wàn)用表可以找出每對(duì)繞組的公共線。只要保持繞組對(duì)的兩根引線對(duì)應(yīng)一致，它們的順序并無(wú)關(guān)緊要，僅會(huì)影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向而已。 l 單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式 單極性步進(jìn)電機(jī)可以來(lái)用三種步進(jìn)方式：?jiǎn)闻?、雙拍、半拍方式。單拍步進(jìn)方式是指每次僅給一個(gè)繞組通電，結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)子永磁體與具有相反極性的繞組對(duì)齊的位置。雙拍方式同時(shí)給兩個(gè)組通電，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并在永磁體到達(dá)兩個(gè)通電繞組的中間位置點(diǎn)時(shí)平衡。雙拍方式的優(yōu)點(diǎn)是比單拍方式多獲得 41.4的輸出力矩，不過(guò)代價(jià)是需要花費(fèi)后者兩倍的能量，因?yàn)樗袃上嗬@

10、組同時(shí)通電。最后，半拍方式工作時(shí)則讓兩個(gè)繞組通電與單個(gè)繞組通電方式交替地進(jìn)行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，隨設(shè)計(jì)不同，在 15 30之間變化，不過(guò)它可以獲得雙拍方式兩倍的步進(jìn)分辨率(每周兩倍的步數(shù))。 l 雙極性步進(jìn)電機(jī) 雙極性步進(jìn)電機(jī)之所以如此命名，是因?yàn)槊總€(gè)繞組都可以兩個(gè)方向通電。因此每個(gè)繞組都既可以是 N 極又可以是 S 極。它又被稱為單繞組步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槊繕O只有單一的繞組，它還被稱為兩相步進(jìn)電機(jī)，為具有兩個(gè)分離的線圈。 雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線，每個(gè)繞組兩條。與同樣尺寸和重量的單極性步進(jìn)電極相比，雙極性步進(jìn)電機(jī)具有更大的驅(qū)動(dòng)能力，原因在于其磁極(不是中間抽頭的單一線圈)中的場(chǎng)強(qiáng)是單

11、性步進(jìn)電機(jī)的兩倍。雙極性步進(jìn)電機(jī)的每個(gè)繞組需要一個(gè)可逆電源，通常由 H 橋驅(qū)動(dòng)電路提供。由于雙極性步進(jìn)電機(jī)比單極性步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，因此總是應(yīng)用于空間有限的設(shè)計(jì)中。這也是軟盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭步進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)之所以總是采用雙極性步進(jìn)電機(jī)的原因。 可以相當(dāng)簡(jiǎn)單地使用數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)查找兩個(gè)繞組。如果在某兩根引線之間能夠測(cè)量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個(gè)繞組，其他兩根線之間是另外一個(gè)繞組。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步距通常是 1.8°，也就是 200 步。 l 雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式 雙極性步進(jìn)電機(jī)具有和單極性步進(jìn)電機(jī)相同的步進(jìn)方式，僅僅由于繞組配置的不同，在實(shí)現(xiàn)上存在一些差別。l 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方

12、式的相似之處 如果讀者是聰明的，或者在實(shí)踐時(shí)很細(xì)心，也許就會(huì)注意到單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步進(jìn)電機(jī)在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式上是極其相似的。l 通用步進(jìn)電機(jī) 1，分辨通用步進(jìn)電機(jī)繞組的極性 2配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的方法 l 有關(guān)步進(jìn)電機(jī)極性配置的結(jié)束語(yǔ) 至今為止，讀者可能已看到了 6 線單極性步進(jìn)電機(jī)和串聯(lián)配置的通用步進(jìn)電機(jī)之間的令人驚異的相同點(diǎn)。事實(shí)上，可以通過(guò)忽略兩條公共繞組的連接，將一個(gè) 6 線單極性步進(jìn)電機(jī)用作雙極性步進(jìn)電機(jī)。作者已經(jīng)測(cè)試過(guò)，并且工作狀態(tài)良好。 如何獲得步進(jìn)電機(jī) 如今步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格仍然比較昂貴，但幸運(yùn)的是，它們?cè)谂f貨市場(chǎng)上比較常見(jiàn)。幾乎在每一家舊貨商店中都有剩余步進(jìn)電機(jī)處理出售。麻煩

13、的是，很少有商店能向顧客提供步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格性能說(shuō)明書(shū)，因?yàn)樗麄円膊恢?。如果知道，他們?dāng)然是會(huì)提供的。四、優(yōu)缺點(diǎn)1，優(yōu)點(diǎn)1 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)； 2 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）； 3 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性； 4 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)； 5 由于沒(méi)有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命； 6 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本； 7 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。 8 由于速度正比于脈沖頻

14、率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。 2，缺點(diǎn)1 如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振； 2 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。 3. 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 4. 在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，能源利用率低。 5. 超過(guò)負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步，高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。 五、驅(qū)動(dòng)原理及要求原理步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。以兩相步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖信號(hào)和一個(gè)正方向信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器和功率放大后，給電機(jī)繞組通電的順序?yàn)?，其四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若方向信號(hào)變?yōu)樨?fù)時(shí)，通電時(shí)序就變?yōu)?電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

15、。 分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖，當(dāng)T 導(dǎo)通時(shí)有：R 為電路中存在的等效電阻。如果，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E0，則：要求（1） 能夠提供較快的電流上升和下降速度，使電流波形盡量接近矩形。具有供截止期間釋放電流流通的回路，以降低繞組兩端的反電動(dòng)勢(shì)，加快電流衰減。 （2） 具有較高韻功率及效率。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。也就是說(shuō)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，就可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，就可以對(duì)電機(jī)精確定位。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有很多，我們應(yīng)以實(shí)

16、際的功率要求合理的選擇驅(qū)動(dòng)器，下面分別介紹各類典型的驅(qū)動(dòng)器。 六、步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)是一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置,它具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在當(dāng)今工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，但其步矩角較大，一般為1.5o3o，往往滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)是減小步距角、提高步進(jìn)分辨率、增加電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性的一種行之有效的方法。本文在選擇了合理的電流波形的基礎(chǔ)上，提出了基于Intel 80C196MC單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案，其運(yùn)行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很強(qiáng)的實(shí)用性細(xì)分控制原理： 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使

17、用要求時(shí)，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變A，B相電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角，從而可將一個(gè)步距角細(xì)分為多步。仍以二相步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)A、B相繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將停在A、B相磁極中間，如圖若通電方向順序按AA AA BB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8 個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步，為45度，8個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一周。與圖2.1相比， 它的步距角小了一半。驅(qū)動(dòng)器一般都具有細(xì)分功能，常見(jiàn)的細(xì)分倍數(shù)有：1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64；或：1/5，1/10，1/20。細(xì)分后步進(jìn)電機(jī)步距角按下列方法計(jì)算

18、：步距角= 電機(jī)固有步距角/ 細(xì)分?jǐn)?shù)例如：一臺(tái)1.8°電機(jī)設(shè)定為4細(xì)分，其步距角為1.8°/ 4 = 0.45°。當(dāng)細(xì)分等級(jí)大于1/4后，電機(jī)的定位精度并不能提高，只是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)。1，細(xì)分電流波形的選擇及量化步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩均勻細(xì)分控制，必須合理控制電機(jī)繞組中的電流，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場(chǎng)的

19、幅值恒定，而且每個(gè)進(jìn)給脈沖所引起的合成磁場(chǎng)的角度變化也要均勻。我們知道在空間彼此相差2p/m的m相繞組，分別通以相位上相差2p/m而幅值相同的正弦電流，合成的電流矢量便在空間作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且幅值保持不變。這點(diǎn)對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)比較困難，因?yàn)榉磻?yīng)式步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只與繞組電流的絕對(duì)值有關(guān)，而與電流的正反流向無(wú)關(guān)。以比較經(jīng)濟(jì)合理的方式對(duì)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)步距角的任意細(xì)分，繞組電流波形宜采用如圖1所示的形式。圖中，a為電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的角度。ib滯后于ia，ic超前于ia。此時(shí)，合成電流矢量在所有區(qū)間bIme-ja，從而保證合成磁場(chǎng)幅值恒定，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。且步進(jìn)電機(jī)在這種情況下也最

20、為平穩(wěn)。將繞組電流根據(jù)細(xì)分倍數(shù)均勻量化后，所得細(xì)分步距角也是均勻的。為了進(jìn)一步得到更加均勻的細(xì)分步距角，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取一組在通入量化電流波形時(shí)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分步距的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其誤差進(jìn)行差值補(bǔ)償，求得實(shí)際的補(bǔ)償電流曲線。這些工作大部分由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。步進(jìn)電機(jī)是一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置,它具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在當(dāng)今工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，但其步矩角較大，一般為1.5o3o，往往滿足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)是減小步距角、提高步進(jìn)分辨率、增加電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性的一種行之有效的方法。本文在選擇了合理的電流波形的基礎(chǔ)上，提

21、出了基于Intel 80C196MC單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案，其運(yùn)行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。圖2 硬件系統(tǒng)原理框圖    步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩均勻細(xì)分控制，必須合理控制電機(jī)繞組中的電流，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場(chǎng)的幅值恒定，而且每個(gè)進(jìn)給脈沖所引起的合成磁場(chǎng)的角度變化也要均勻。我

22、們知道在空間彼此相差2p/m的m相繞組，分別通以相位上相差2p/m而幅值相同的正弦電流，合成的電流矢量便在空間作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且幅值保持不變。這點(diǎn)對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)比較困難，因?yàn)榉磻?yīng)式步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只與繞組電流的絕對(duì)值有關(guān)，而與電流的正反流向無(wú)關(guān)。以比較經(jīng)濟(jì)合理的方式對(duì)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)步距角的任意細(xì)分，繞組電流波形宜采用如圖1所示的形式。圖中，a為電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的角度。ib滯后于ia，ic超前于ia。此時(shí)，合成電流矢量在所有區(qū)間bIme-ja，從而保證合成磁場(chǎng)幅值恒定，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。且步進(jìn)電機(jī)在這種情況下也最為平穩(wěn)。將繞組電流根據(jù)細(xì)分倍數(shù)均勻量化后，所得細(xì)分步距角也是均勻

23、的。為了進(jìn)一步得到更加均勻的細(xì)分步距角，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取一組在通入量化電流波形時(shí)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分步距的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其誤差進(jìn)行差值補(bǔ)償，求得實(shí)際的補(bǔ)償電流曲線。這些工作大部分由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。在取得校正后的量化電流波形之后，以相應(yīng)的數(shù)字量存儲(chǔ)于EEPROM中的不同區(qū)域，量化的程度決定了細(xì)分驅(qū)動(dòng)的分辨率。2.斬波恒流細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案及硬件實(shí)現(xiàn)斬波恒流細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案的原理為：由單片機(jī)輸出EEPROM中存儲(chǔ)的細(xì)分電流控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，再與取樣信號(hào)進(jìn)行比較，形成斬波控制信號(hào)，控制各功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)繞組中電流的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)步距的精確細(xì)分。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。3.控制電

24、路控制電路主要由80C196MC單片機(jī)、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、EEPROM存儲(chǔ)器及可編程鍵盤/顯示控制器Intel-8279等組成，受控步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分倍數(shù)、運(yùn)行脈沖頻率、正反轉(zhuǎn)、運(yùn)行速度、單次運(yùn)行線位移、啟/停等的控制，既可由鍵盤輸入，也可以通過(guò)串行通信接口由上位機(jī)設(shè)置。狀態(tài)顯示提供當(dāng)前通電相位、相電流大小、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、正反轉(zhuǎn)、當(dāng)前運(yùn)行速度、線位移及相關(guān)計(jì)數(shù)等信息顯示，并將工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。傳感器(霍爾傳感器)用于檢測(cè)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。單片機(jī)是控制系統(tǒng)的核心其主要功能是輸出EEPROM中存儲(chǔ)的細(xì)分電流控制信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求，D/A轉(zhuǎn)換器既可以選擇8位的，亦

25、可選擇12位的。本控制系統(tǒng)選用的是8位D/A轉(zhuǎn)換器MAX516，MAX516把4個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器與4個(gè)比較器組合在單個(gè)的CMOS IC上，4個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器共享一個(gè)參考輸入電壓VREF。每個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓均可采用下式表示：VDACi=VREFN/256N0，l，.，255，對(duì)應(yīng)于8位的DAC的輸入碼D0D7(此處為細(xì)分電流控制信號(hào))。通過(guò)調(diào)節(jié)VREF的變化范圍，便可調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中電流的幅值。4.功率驅(qū)動(dòng)電路工作中，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電流控制信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換值Ui輸入到MAX516內(nèi)部各比較器COMPi的同向輸入端，繞組電流取樣信號(hào)Vi輸入到COMPi的反向輸入端。斬波恒流驅(qū)動(dòng)采用固定頻率的方波與比

26、較器輸出信號(hào)調(diào)制成斬波控制信號(hào)，控制繞組的通電時(shí)間，使反饋電壓Vi始終跟隨D/A轉(zhuǎn)換輸出的控制電壓Ui。合理選擇續(xù)流回路就可使繞組中的電流值在一定的平均值上下波動(dòng)，且波動(dòng)范圍不大。調(diào)制用方波信號(hào)頻率為21.74KHz，由80C196MC的P6.6/PWM0端產(chǎn)生，且各相是同頻斬波，不會(huì)產(chǎn)生差拍現(xiàn)象，所以消除了電磁噪聲。為防止因比較器漂移或干擾導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管誤導(dǎo)通，讓斬波控制信號(hào)和相序控制信號(hào)相與后控制功放管。當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，并聯(lián)RC、快恢復(fù)續(xù)流二極管D、繞組L及主電源構(gòu)成泄放回路。與單純電阻釋能電路相比，RC釋能電路使功耗和電流紋波增加較小，而電流下降速度大大加快。電流取樣信號(hào)由精密電流傳感放

27、大器MAX471完成。當(dāng)繞組電流流過(guò)其內(nèi)部35m精密取樣電阻時(shí)，經(jīng)內(nèi)部電路變化，轉(zhuǎn)換為輸出電壓信號(hào)：VOUT=ROUT×(ILOAD×500mA/A)其中ROUT為MAX471外部調(diào)壓電阻，阻值按設(shè)計(jì)要求選定。ILOAD為流過(guò)精密電阻的相繞組電流。MAX471同時(shí)具有電流檢測(cè)與放大功能，從而大大方便了整個(gè)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試功率開(kāi)關(guān)管(功放管)是功放電路中的關(guān)鍵部分，影響著整個(gè)系統(tǒng)的功耗和體積。由于所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)額定電流3A、額定電壓27V以下的步進(jìn)電機(jī)，故選用高頻VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管IRF540(VDS=100V，RDS(on)=0.052W，ID=27A)作

28、為開(kāi)關(guān)管。IRF540導(dǎo)通電阻很小，因此，即使電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，該VMOS管殼本身的溫度也比較低，無(wú)須外加風(fēng)扇為了提高步進(jìn)電機(jī)的工作可靠性，消除電機(jī)電感性繞組的串?dāng)_，本系統(tǒng)無(wú)論從驅(qū)動(dòng)部分還是反饋部分都進(jìn)行了隔離。驅(qū)動(dòng)隔離采用高速光電耦合器6N137為隔離元件，一方面可以實(shí)現(xiàn)前級(jí)控制電路同步進(jìn)電機(jī)繞組的隔離；另一方面使功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)變得方便可靠。反饋通道的濾波部分采用無(wú)源低通濾波器，其作用是高速衰減繞組(電感線圈)在開(kāi)關(guān)時(shí)截止頻率以上的瞬時(shí)高頻電壓信號(hào)，從而避免控制電路做出太迅速的反應(yīng)，可以有效地防止步進(jìn)電機(jī)的振蕩。線性光耦合電路的作用是將濾波后的采樣電阻反饋信號(hào)線性地傳輸給比較器。5.軟件設(shè)計(jì)

29、步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件主要由主控程序、細(xì)分驅(qū)動(dòng)程序、鍵處理程序、顯示數(shù)據(jù)處理及顯示驅(qū)動(dòng)程序、通信監(jiān)控程序等部分組成。細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的主控制程序控制整個(gè)程序的流程，主要完成程序的初始化、中斷方式的設(shè)置、計(jì)數(shù)器工作方式的設(shè)置及相關(guān)子程序的調(diào)用等。初始化包括8279各寄存器、8279的顯示RAM、80C916MC的中斷系統(tǒng)及內(nèi)部RAM等。在80C196MC的各中斷中，使用了INT15、INT14和INT13這三個(gè)中斷，其中，INT15為高優(yōu)先級(jí)。在運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)有停止鍵按下時(shí)，則INT15中斷服務(wù)程序?qū)1關(guān)閉，從而使步進(jìn)電機(jī)停止。T1控制每一步的步進(jìn)周期，該服務(wù)程序基本上只作重置定時(shí)器和置標(biāo)志位

30、的操作，而其它操作均在主程序中完成。主程序流程圖見(jiàn)本刊網(wǎng)站。細(xì)分驅(qū)動(dòng)程序中，細(xì)分電流控制信號(hào)的輸出采用單片機(jī)片內(nèi)EEPROM軟件查表法，用地址選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)不同通電方式下的可變步距細(xì)分，從而實(shí)時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角位置。其流程圖如圖4所示。步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制是通過(guò)改變電機(jī)通電相序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)啟/停運(yùn)行過(guò)程的快速和精確控制，從其動(dòng)力學(xué)特性出發(fā)，推導(dǎo)出符合步進(jìn)電機(jī)矩頻特性的曲線應(yīng)該是指數(shù)型運(yùn)行曲線，并將這一曲線量化后，存入EEPROM。步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，每個(gè)通電狀態(tài)保持時(shí)間的長(zhǎng)短，由當(dāng)前速度對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間值決定。圖3 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制主程序流程圖七步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題如何避免步進(jìn)電機(jī)

31、作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件，在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。許多用戶朋友在使用步進(jìn)電機(jī)的時(shí)候，感覺(jué)電機(jī)工作時(shí)有較大的發(fā)熱，心存疑慮，不知這種現(xiàn)象是否正常。實(shí)際上發(fā)熱是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)普遍現(xiàn)象，但怎樣的發(fā)熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱呢?首先，要了解步進(jìn)電機(jī)為什么會(huì)發(fā)熱對(duì)于各種步進(jìn)電機(jī)而言，內(nèi)部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻，通電會(huì)產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說(shuō)的銅損，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，還會(huì)產(chǎn)生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。銅損和鐵損都會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，從而影響

32、電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。再者，將步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱控制在合理范圍內(nèi)電機(jī)發(fā)熱允許到什么程度，主要取決于電機(jī)內(nèi)部絕緣等級(jí)。內(nèi)部絕緣性能在高溫下(130度以上)才會(huì)被破壞。所以只要內(nèi)部不超過(guò)130度，電機(jī)便不會(huì)損壞，而這時(shí)表面溫度會(huì)在90度以下。所以，步進(jìn)電機(jī)表面溫度在70-80度都是正常的。簡(jiǎn)單的溫度測(cè)量方法有用點(diǎn)溫計(jì)的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上，不超過(guò)60度;用手只能碰一下，大約在70-80度;滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了；當(dāng)然也可

33、以用測(cè)溫槍來(lái)檢測(cè)。第三，步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱隨速度變化的情況采用恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在靜態(tài)和低速下，電流會(huì)維持相對(duì)恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，電機(jī)內(nèi)部反電勢(shì)升高，電流將逐步下降，力矩也會(huì)下降。因此，因銅損帶來(lái)的發(fā)熱情況就與速度相關(guān)了。靜態(tài)和低速時(shí)一般發(fā)熱高，高速時(shí)發(fā)熱低。但是鐵損(雖然占的比例較小)變化的情況卻不盡然，而電機(jī)整個(gè)的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是一般情況。第四，發(fā)熱帶來(lái)的影響電機(jī)發(fā)熱雖然一般不會(huì)影響電機(jī)的壽命，對(duì)大多數(shù)客戶來(lái)說(shuō)沒(méi)必要理會(huì)。但是，嚴(yán)重的發(fā)熱會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。如電機(jī)內(nèi)部各部分熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化和內(nèi)部氣隙的微小變化，會(huì)影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高速會(huì)容

34、易失步。又如有些場(chǎng)合不允許電機(jī)的過(guò)度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測(cè)試設(shè)備等。因此對(duì)電機(jī)的發(fā)熱應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的控制。最后，減少電機(jī)的發(fā)熱減少發(fā)熱，就是減少銅損和鐵損。 減少銅損有兩個(gè)方向，減少電阻和電流，這就要求在選型時(shí)盡量選擇電阻小和額定電流小的電機(jī)，對(duì)兩相電機(jī)，能用串聯(lián)的電機(jī)就不用并聯(lián)電機(jī)。但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對(duì)于已經(jīng)選定的電機(jī)，則應(yīng)充分利用驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)半流控制功能和脫機(jī)功能，前者在電機(jī)處于靜態(tài)時(shí)自動(dòng)減少電流，后者干脆將電流切斷。另外，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器由于電流波形接近正弦，諧波少，電機(jī)發(fā)熱也會(huì)較少。 減少鐵損的辦法不多，電壓等級(jí)與之有關(guān)，高壓驅(qū)動(dòng)的電機(jī)雖然會(huì)帶來(lái)高速特性的提升，但也帶來(lái)

35、發(fā)熱的增加。所以應(yīng)當(dāng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)，兼顧高速性，平穩(wěn)性和發(fā)熱，噪音等指標(biāo)。八、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展及電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用, 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的研制和發(fā)展進(jìn)入了新階段。步進(jìn)電機(jī)除了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、工作可靠, 在精度高等特點(diǎn)。還有下列優(yōu)點(diǎn): 步距值不受各種干擾因素的影響。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的速度主要取決于脈沖信號(hào)的頻率。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的總位移量則取決于總的脈沖信號(hào)數(shù)。誤差不積累。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度與理論步距值之間總有一定的誤差, 走任意步數(shù)以后, 也總有一定的誤差。但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零, 所以步距的誤差不積累?？刂菩阅芎谩Ｆ饎?dòng)、轉(zhuǎn)向及其他任何運(yùn)行方式的改變,

36、都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成。在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí), 任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟一步的。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有上述特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在機(jī)械、治金、電力、紡織、電信、電子、儀表、化工、輕工、辦公自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療、印刷以及航空航天、船舶、兵器、核工業(yè)等國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。 1步進(jìn)電機(jī)在物料計(jì)量方面的應(yīng)用1.粉狀物料的計(jì)量 螺桿計(jì)量是常用的容積式計(jì)量方式，它是通過(guò)螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少來(lái)達(dá)到計(jì)量的多少，為了達(dá)到計(jì)量大小可調(diào)和提高計(jì)量精度的目的，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)和位置定位準(zhǔn)確，使用步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。 例如粉劑包裝機(jī)的計(jì)量采用了步進(jìn)電機(jī)控制螺桿的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)，不僅簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且使得控制非常方便。在不過(guò)

37、載的情況下，步進(jìn)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，這與電磁離合器控制的螺桿計(jì)量相比，具有明顯的精度優(yōu)勢(shì)，更加適合于比重變化比較大的物料計(jì)量。步進(jìn)電機(jī)與螺桿采用直接連接的方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。值得指出的是，如步進(jìn)電機(jī)的過(guò)載能力較代，當(dāng)輕微過(guò)載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的噪聲。因此，在計(jì)量工況確定以后，就要選用較大的過(guò)載系數(shù)，以保證步進(jìn)電機(jī)平衡工作。2.粘稠體物料的計(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、白酒、油料、番茄醬等的輸送。目前在對(duì)這些物料的計(jì)量方面大多使用活塞泵，存在著調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便維修、功耗大、計(jì)量不準(zhǔn)等缺點(diǎn)。而齒輪泵計(jì)量是

38、靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，物料通過(guò)齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來(lái)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(lái)說(shuō)，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開(kāi)始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，噪聲難以避免，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)量精度得到了保證。2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在紅外窯爐監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用回轉(zhuǎn)窯筒體溫度紅外掃描計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由安裝在控制室的工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和安裝在窯體現(xiàn)場(chǎng)的紅外

39、測(cè)溫儀、窯體位置編碼器(碼盤) 、窯體同步信號(hào)發(fā)生器及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備箱體等組成。通過(guò)檢測(cè)窯體的同步信號(hào)和碼盤數(shù)據(jù)來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度及方向,即紅外掃描的速度和方向；采集當(dāng)前溫度值及碼盤數(shù)據(jù)并向上位機(jī)實(shí)時(shí)傳送,通過(guò)上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警。窯體的一端裝有同步觸發(fā)裝置及測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的碼盤。在測(cè)量過(guò)程中,窯體本身作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所帶的紅外探頭作軸向掃描。紅外探頭的掃描檢測(cè)為單方向的,即沿軸向從左向右掃描采集溫度值,遇到右限位開(kāi)關(guān)則快速返回不進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。規(guī)定在窯爐的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)每隔90°為一個(gè)新的掃描起。窯爐旋轉(zhuǎn)一周完成四次軸向掃描;在下一個(gè)窯爐旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的起始掃描位置將滯后

40、于前一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的起始掃描點(diǎn)9°,這樣窯爐旋轉(zhuǎn)10周可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的窯體體表溫度掃描過(guò)程,保證整個(gè)爐面沒(méi)有盲區(qū)。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量與輸入脈沖嚴(yán)格成正比關(guān)系,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有累計(jì)誤差,具有良好的開(kāi)環(huán)跟隨性;動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,調(diào)速與定位控制性能好;角位移變化范圍寬,而且通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的分析,控制精度將大幅度提高。采用二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī),由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)紅外探頭作軸向掃描,配套驅(qū)動(dòng)器為RD - 0214M8,可以實(shí)現(xiàn)八細(xì)分,最小步距角為01225°。在軸向掃描采樣過(guò)程中,雖然采樣點(diǎn)的間隔是均勻的,但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在每次抵達(dá)下一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度不同,必須根據(jù)掃描距離的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖數(shù)。而且調(diào)整規(guī)則與紅外探頭相對(duì)于窯爐的安裝位置有關(guān),窯爐旋轉(zhuǎn)速度變化則采集的速度作相應(yīng)變化,旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置即進(jìn)行采樣。3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控改造,是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的重要一方面,特別是對(duì)我國(guó)在本世紀(jì)來(lái)說(shuō),就顯得尤為重要。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置可直接接收指令脈沖信號(hào),且可直