步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）

1、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）     論文關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)調(diào)速系統(tǒng)論文摘要: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(kāi)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(guò)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(wú)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(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈

2、沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)具體控制步進(jìn)角來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。在本設(shè)計(jì)方案中采用AT89C51型單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器改變CP脈沖的頻率從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到CPU在執(zhí)行指令時(shí)可能受到干擾的沖擊,導(dǎo)致程序”跑飛”或者進(jìn)入”死循環(huán)”,因此,設(shè)計(jì)了看門(mén)狗電路,使用的是MAXI公司生產(chǎn)的微處理系統(tǒng)監(jiān)控集成芯片MAXI813。本文還詳細(xì)地給出了相關(guān)的硬件框圖和軟件流程圖，并編制了該匯編語(yǔ)言程序。前 言步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國(guó)人所開(kāi)發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對(duì)于數(shù)字化的控

3、制變得更為容易。以后經(jīng)過(guò)不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴(lài)性等靈活控制性高機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過(guò)程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使用非常方便。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有

4、定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類(lèi)電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類(lèi)的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過(guò)

5、程中起著關(guān)鍵的作用。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。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；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?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0

6、.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。第1章 步進(jìn)電機(jī)概述 1.1步進(jìn)電機(jī)的特點(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)外表允許的溫度高。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。

7、在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，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? TC * MERGEFORMAT 1.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理：    步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電

8、脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī) ,其機(jī)械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 1.3步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)：1.3.1步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)1)    

9、0; 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?)      電機(jī)固有步距角： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這

10、個(gè)步距角可以稱(chēng)之為電機(jī) 固有步距角， 它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。3)      步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)： 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的     為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶(hù)主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿(mǎn)足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則相數(shù)

11、將變得沒(méi)有意義，用戶(hù)只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。4)      保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING  TORQUE）：是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力 矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。 TC * MERGEFORMAT 1.3.2步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：1)&#

12、160;     步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，  四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以?xún)?nèi)。 2)      失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱(chēng)之為失步。 3)      失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。 4)    

13、;  最大空載起動(dòng)頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 5)      最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 6)      運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱(chēng)為運(yùn)行矩特    性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下 圖1-1所示：圖1-1 力矩頻率曲線7)   

14、   電機(jī)的共振點(diǎn)：     步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。    其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)流）平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大

15、，即電機(jī)的頻率特性越硬。如下圖1-2所示：圖1-2 力矩頻率特性曲線其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。1.4步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) 1.4.1 步進(jìn)電機(jī)分為三大類(lèi) ： 1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VAriABle ReluCtAnCe，簡(jiǎn)稱(chēng) VR）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類(lèi)型。 2)永磁式步進(jìn)電機(jī)（PermAnent MAgnet），簡(jiǎn)稱(chēng) PM永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永

16、磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步進(jìn)角比較大，它輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率小（相比反應(yīng)式），但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電。 3)混合式步進(jìn)電機(jī)（HyBrid，簡(jiǎn)稱(chēng) HB） 混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，

17、后來(lái)發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)。由于能夠開(kāi)環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此這種電機(jī)工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 TC 1.4.2步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)外結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A'與齒5相對(duì)齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)如圖1-3所示：圖1-3 定子展開(kāi)圖    電動(dòng)機(jī)定子鐵心和一般電機(jī)一樣由硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)孔表

18、面有開(kāi)口槽。轉(zhuǎn)子裝有一個(gè)軸向磁化永磁體用以產(chǎn)生一個(gè)單向磁場(chǎng)。永磁體產(chǎn)生的磁通，在每一個(gè)氣隙圓周上都是單方向通過(guò)氣隙的，這時(shí)作用在氣隙中的磁勢(shì)是同極性的，稱(chēng)為單極磁勢(shì)。而轉(zhuǎn)子包括兩段，一段經(jīng)永磁體磁化成N 極，另一段磁化為S 極，每段轉(zhuǎn)子齒以一個(gè)齒距間隔均勻分布，但兩段轉(zhuǎn)子的齒相互錯(cuò)開(kāi)1/2 個(gè)轉(zhuǎn)子齒距。A) N 極段截面圖 B) S 極段截面圖如圖1-4所示:A) N 極段截面圖 B) S 極段截面圖                &#

19、160;     圖1-4 三相混合式步進(jìn)電機(jī)截面圖 TC * MERGEFORMAT 1.5 步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理：步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)具體控制步進(jìn)角來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電的調(diào)速。具體的延時(shí)時(shí)間可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就需要采用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制,實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔,單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減法運(yùn)轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種 ,軟

20、件方法指的是依靠延時(shí)程序來(lái)改變脈沖輸出的頻率,其中延時(shí)的長(zhǎng)短是動(dòng)態(tài)的,軟件法在電機(jī)控制中, 要不停地產(chǎn)生控制脈沖, 占用了大量的CPU 時(shí)間,使單片機(jī)無(wú)法同時(shí)進(jìn)行其他工作;硬件方法是依靠單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在每次進(jìn)入定時(shí)中斷后,改變定時(shí)常數(shù),從而升速時(shí)使脈沖頻率逐漸增大,減速時(shí)使脈沖頻率逐漸減小,這種方法占用CPU 時(shí)間較少,在各種單片機(jī)中都能實(shí)現(xiàn),是一種比較實(shí)用的調(diào)速方法。第2章本次設(shè)計(jì)的基本要求     研究步進(jìn)電機(jī)的特性、工作原理、及其具體的調(diào)速原理。 TC * MERGEFORMAT 2.1基本要求 步進(jìn)電機(jī)采用三相步進(jìn)電機(jī)，功率為1W。

21、調(diào)速范圍為0到1000r/min最高轉(zhuǎn)速時(shí)，精度2%要基本上完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，作到步進(jìn)電機(jī)能精確的調(diào)速，正反轉(zhuǎn)、并能在起動(dòng)時(shí)不失步，基本上沒(méi)有振蕩，能完成完整的硬件電路圖，軟件設(shè)計(jì)。第3章方案的論證 3.1  控制方式的確定步進(jìn)電機(jī)控制雖然是一個(gè)比較精確的，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的CP脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。一種是延時(shí)，一種是定時(shí)。延時(shí)方法是在每次換向之后調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向

22、周期。延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡(jiǎn)單，占用資源少，全部由軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實(shí)現(xiàn)不同速度的運(yùn)行。但占用CPU時(shí)間長(zhǎng)，不能在運(yùn)行時(shí)處理其他工作。因此只適合較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程。定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號(hào)，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出CP脈沖的周期。當(dāng)定時(shí)器啟動(dòng)后，定時(shí)器從裝載的初值開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)及其周期進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，定時(shí)器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷子程序。將電機(jī)換向子程序放在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，定時(shí)中斷一次，電機(jī)換向一次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。由于從定時(shí)器裝載完重新啟動(dòng)開(kāi)始至定時(shí)申請(qǐng)中斷止，有一定

23、的時(shí)間間隔，造成定時(shí)時(shí)間增加，為了減少這種定時(shí)誤差，實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，要對(duì)重裝的計(jì)數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個(gè)因素一是中斷響應(yīng)所需的時(shí)間。二是重裝初值指令所占用的時(shí)間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。綜合這兩個(gè)因素后，重裝計(jì)數(shù)初值的修正量取8個(gè)機(jī)器周期，即要使定時(shí)時(shí)間縮短8個(gè)機(jī)器周期。用定時(shí)中斷方式來(lái)控制電動(dòng)機(jī)變速時(shí)，實(shí)際上是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。在控制過(guò)程中，采用離散辦法來(lái)逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計(jì)算裝載值的時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就把各離散點(diǎn)的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的ROM中，系統(tǒng)在運(yùn)行中用查表法查出所需的裝載值，這樣可大幅度減少占用CPU的時(shí)間，提高

24、系統(tǒng)的響應(yīng)速度愿大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)都運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，因?yàn)槌杀据^低，并可提供運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)固有的位置控制，無(wú)須反饋。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇.以下是一些實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制的方法：    1) 步進(jìn)確認(rèn)，這是最簡(jiǎn)單的位移控制，使用一個(gè)低值的光學(xué)編碼器計(jì)算步進(jìn)移動(dòng)的數(shù)量。一個(gè)簡(jiǎn)單的回路與指令校驗(yàn)的步進(jìn)電機(jī)比較，驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)到預(yù)計(jì)的位置；2) 反電動(dòng)勢(shì), 一種無(wú)傳感器的檢測(cè)方法，使用步進(jìn)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)（eleCtromotiveforCe，emf）信號(hào)，測(cè)量和控制速度。當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)電壓降至監(jiān)測(cè)探測(cè)

25、水平時(shí)，閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)環(huán)，完成最終的位移移動(dòng)；3）全伺服控制，指全時(shí)間的使用反饋設(shè)備，用于步進(jìn)電機(jī)-編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進(jìn)電機(jī)位移和轉(zhuǎn)矩。其它的方法包括各種不同的反電動(dòng)勢(shì)控制電機(jī)參數(shù)測(cè)量和軟件技術(shù)，一些制企業(yè)都會(huì)使用這些方法。這里，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)監(jiān)控和測(cè)量電機(jī)線圈，使用電壓額電流信息提高步進(jìn)電機(jī)控制。正阻尼使用這一信息阻擋振動(dòng)的速度，產(chǎn)生更多的可用的轉(zhuǎn)矩輸出，降低轉(zhuǎn)矩的機(jī)械振動(dòng)損耗。無(wú)編碼器安裝監(jiān)測(cè)采用信息檢測(cè)同步速度的損耗。傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制通常采用反饋設(shè)備和非傳感方法，是有效的實(shí)現(xiàn)帶有安全需求、危險(xiǎn)狀況或高精確度要求的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用的方法。  

26、  大多數(shù)基于步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，一般都運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個(gè)低成本的方案。 事實(shí)上，步進(jìn)系統(tǒng)可提高位移控制的的性能，且不需要反饋。但是，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在開(kāi)環(huán)時(shí)運(yùn)行，在命令步幅和實(shí)際步幅之間會(huì)有同步損耗的可能。    閉環(huán)控制，是傳統(tǒng)步進(jìn)控制的一個(gè)部分，能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。在這些步進(jìn)系統(tǒng)中，反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進(jìn)行校正或控制失步、監(jiān)測(cè)電機(jī)停滯，以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。近期，步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)控制（CLC）還能幫助執(zhí)行智能分布運(yùn)動(dòng)架構(gòu)。然而，開(kāi)環(huán)操作會(huì)有失步的風(fēng)險(xiǎn)，這將產(chǎn)生定位失誤。但與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比，閉

27、環(huán)步進(jìn)電機(jī)采用的編碼器成本更低。故選擇閉環(huán)控制。3.2  驅(qū)動(dòng)方式的確定并于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過(guò)CPU直接來(lái)驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜采用，因?yàn)镃PU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；別一種是通過(guò)CPU來(lái)間接驅(qū)動(dòng)，就是把從CPU輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)或是再通過(guò)光電隔離間接來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。固本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。用編碼器還的測(cè)速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速測(cè)量工具,因?yàn)檫x擇了閉環(huán)控制，就必須有反饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測(cè)速發(fā)電機(jī)，把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)，然后通過(guò)顯示器顯示出來(lái)并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；

28、別一種是通過(guò)光同軸的電編碼器把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；兩者相比，后者的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。3.3  驅(qū)動(dòng)電路的選擇步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)、細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)等。單電壓驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，它在本質(zhì)上是一個(gè)單間的反相器。它的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因它的工作效率低，特別是在高頻下更顯的突出。它的外接電阻R要消耗相當(dāng)一部分的熱量，這樣就會(huì)影響電路的穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動(dòng)方式一般只用在小功率的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中。雙電壓驅(qū)動(dòng)是電路一般采用兩種電源電壓

29、來(lái)驅(qū)動(dòng)，因這兩個(gè)電源分別是一個(gè)為高壓一個(gè)為低壓，因此也稱(chēng)為高低壓驅(qū)動(dòng)電路。雙電壓驅(qū)動(dòng)電路的缺點(diǎn)是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)，這樣必然引起力矩在谷點(diǎn)處下降。不宜于電機(jī)的正常運(yùn)行。對(duì)于斬波電路驅(qū)動(dòng)則可以克服這種缺點(diǎn)，并且還可以提高步進(jìn)電機(jī)的效率。所以從提高效率來(lái)看這是一種很好的驅(qū)動(dòng)電路，它可以用較高的電源電壓，同時(shí)無(wú)需外接電阻來(lái)限定期額定電流和減少時(shí)間常數(shù)。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。細(xì)分驅(qū)動(dòng)是用脈沖電壓來(lái)供電的，對(duì)于一個(gè)電壓脈沖，轉(zhuǎn)子就可以轉(zhuǎn)動(dòng)一步，一般會(huì)根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞阻會(huì)輪流切換，固可以使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。細(xì)分控制的電路一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)

30、是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡(jiǎn)單，但效率低。別一種是用單片機(jī)采用數(shù)子脈寬調(diào)制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復(fù)雜的計(jì)算可使細(xì)分后的步距角一致。但因本次設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)芯片8713來(lái)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。3.4  基本方案的確定因本次設(shè)計(jì)的要求，選用三相三拍步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)選用89C51作為控制器。選取用8279來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示和鍵盤(pán)。選用8713作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片并通過(guò)光電耦合來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。然后由于步進(jìn)電機(jī)同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號(hào)經(jīng)CPU處理后再由顯示器顯示出來(lái)。但由鍵盤(pán)輸

31、入的速度數(shù)值了得通過(guò)顯示器來(lái)顯示，固本次設(shè)計(jì)要兩排顯示，一排來(lái)顯示給定的轉(zhuǎn)速一排來(lái)顯示實(shí)際的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)原理框圖如3-1所示：圖3-1 系統(tǒng)原理框圖第4章  硬件電路的設(shè)計(jì)4.1  單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)以CPU選用89C5l作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片89C51的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)達(dá)幾萬(wàn)次以上使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS5l系列單片機(jī)的所有功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗

32、稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案4.1.1單片機(jī)的引腳功能:1）VCC（40）：電源+5V。2）VSS（20）：接地，也就是GND。3）XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。    單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外

33、部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2上加外部時(shí)鐘信號(hào)（詳細(xì)的內(nèi)容將在以后的課程中專(zhuān)門(mén)介紹）。4）PSEN（29）：片外ROM通信號(hào)，低電平有效。5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。6）RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。 7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇 端                      

34、         8）P0口（39-32）：雙向I/O口。9P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。9）P2口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0口。原理圖如4-1所示：圖4-1  AT89C51的引腳圖     4.1.2  主要特性： 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、可編程串行通道

35、、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 1) 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2) 芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě)“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到

36、零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。4.2  步進(jìn)電機(jī)的選擇 因本次設(shè)計(jì)的要求，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)選用三相三拍的步進(jìn)電機(jī)，關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的具體說(shuō)明如下；反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的所以也稱(chēng)為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)以一個(gè)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明其工作原理.圖4-2是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖定子鐵芯為凸極式共有三對(duì)六個(gè)磁極每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極上繞有一相控

37、制繞組轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成也是凸極結(jié)構(gòu)只有四個(gè)齒齒寬等于定子的極靴寬下面通過(guò)幾種基本的控制方式來(lái)說(shuō)明其工作原理.圖4-2 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理圖4.2.1  三相單三拍通電方式當(dāng)A 相控制繞組通電,其余兩相均不通電,電機(jī)內(nèi)建立以定子A 相極為軸線的磁場(chǎng).由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn),使轉(zhuǎn)子齒1, 3 的軸線與定子A 相極軸線對(duì)齊,如圖4-4 (A)所示.若A 相控制繞組斷電,B 相控制繞組通電時(shí),轉(zhuǎn)子在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下,逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30,°使轉(zhuǎn)子齒2,4 的軸線與定子B 相極軸線對(duì)齊,即轉(zhuǎn)子走了一步,如圖4-4(B)所示, 若再斷開(kāi)B相,使C相控制繞組通電,

38、轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)30° 使轉(zhuǎn)子齒1,3 的軸線與定子C相極軸線對(duì)齊,如圖4-4(C)所示.如此按A-BC-A 的順序輪流通電,轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),其轉(zhuǎn)速取決于各相控制繞組通電與斷電的頻率,旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序若按A-C-B-A 的順序通電,則電機(jī)按順時(shí)針?lè)捶较蜣D(zhuǎn)動(dòng).上述通電方式稱(chēng)為三相單三拍運(yùn)行,”三相”是指三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī),”單”是指每次只有一相控制繞組通電,控制繞組每改變一次通電方式稱(chēng)為一拍,三拍是指經(jīng)過(guò)三次改變通電方式為一個(gè)循環(huán),我們稱(chēng)每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為步距角.三相單三拍運(yùn)行時(shí)的步距角為30度.其原理圖如4-2所示:圖4-2-1定轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖（A相繞組

39、通電）4.2.2 三相雙三拍通電方式                                    控制繞組的通電方式為AB-BC-CA-AB 或AB-CA-BC-AB 每拍同時(shí)有兩相繞組通電三拍為一個(gè)循環(huán)，當(dāng)A B 兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)

40、子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì)定子極的作用，只有A 相極和B 相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置如4-2-2 B 所示，可見(jiàn)雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是30°,但雙三拍運(yùn)行時(shí)每一拍總有一相繞組持續(xù)通電，例如由A B 兩相通電變?yōu)锽 C 兩相通電時(shí)，B 相保持持續(xù)通電狀態(tài)C 相磁拉力圖使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，而B(niǎo) 相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。即起到一定的電磁阻尼作用所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運(yùn)行時(shí)由于沒(méi)有這種阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達(dá)到新的平衡位置容易產(chǎn)生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運(yùn)行方式。三相雙三拍運(yùn)行方式AB相與BC相導(dǎo)通的結(jié)構(gòu)如圖4-2-2所示： &#

41、160;               (A)AB 相導(dǎo)通                                 

42、0;                        (B)BC 相導(dǎo)通           圖4-2-2    三相雙三拍運(yùn)行方式在分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)，不僅要知道某一相控制繞組通電時(shí)的矩角特性，而且要知道整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中各相控制繞組通電

43、狀態(tài)下的矩角特性，即所謂矩角特性族以三相單三拍的通電方式為例，若將失調(diào)角的坐標(biāo)軸統(tǒng)一取在A 相磁極的軸線上，顯然A 相通電時(shí)矩角特性如圖4-3中曲線A 所示穩(wěn)定平衡點(diǎn)為O，點(diǎn)B 相通電時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/3 齒距相當(dāng)于轉(zhuǎn)過(guò)2/3 電角度,它的穩(wěn)4-3中曲線C, 這三條曲線就構(gòu)成了三相單三拍通電方式時(shí)的矩角特性族總之矩角特性族中的每一條曲線依次錯(cuò)開(kāi)一個(gè)用電角度表示的步矩角 * MERGEFORMAT  * MERGEFORMAT  * MERGEFORMAT          

44、60;                         (4-1)同理可得到三相單雙六拍通電方式時(shí)的矩角特性族如圖4-4與4-5 所示：圖4-3三拍時(shí)的矩角特性族圖4-4六拍時(shí)的矩角特性族步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的特性它直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和系統(tǒng)的快速反應(yīng)。1)單步運(yùn)行狀態(tài)單步運(yùn)行狀態(tài)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一相或多相控制繞組通電狀態(tài)下僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式.2)動(dòng)穩(wěn)定區(qū)當(dāng)A 相控制繞組通電時(shí)矩角特性如圖1-12中的曲線A 所示，若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為理想空載則轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點(diǎn)* MERGEFORMAT 處，如果將A相通電改變?yōu)锽相通電，那么矩角特性應(yīng)向前移動(dòng)一個(gè)步距角* MERGEFORMAT 變?yōu)榍€B，* MERGEFORMAT 點(diǎn)為新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)由于在改變通電狀態(tài)的初瞬轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及改變還處于=0的位置，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩卻由O 突變?yōu)榍? MERGEFORMAT 線B上的C 點(diǎn)，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子向新的穩(wěn)定平衡位置，移動(dòng)直至到達(dá)* MERGEFO