怎么確定步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率

1、怎么確定步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)解答南京步進(jìn)電機(jī)廠技術(shù)部1. 步進(jìn)電機(jī)為什么要配步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器才能工作？步進(jìn)電機(jī)作為一種控制精密位移及大范圍調(diào)速專用的電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以自身固有的步距角角（轉(zhuǎn)子與定子的機(jī)械結(jié)構(gòu)所決定）一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是每旋轉(zhuǎn)一步，步距角始終不變，能夠保持精密準(zhǔn)確的位置。所以無論旋轉(zhuǎn)多少次，始終沒有積累誤差。由于控制方法簡單，成本低廉，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控 制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要有脈沖分配的功率型電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它接收控制系統(tǒng)發(fā)岀的脈沖信號(hào)，按照步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，順序分配脈沖，實(shí)現(xiàn)控制角位移、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向、 制動(dòng)加載狀態(tài)、自由狀

2、態(tài)?？刂葡到y(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)器就能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。角位移量與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)。步進(jìn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，能夠產(chǎn)生兩 種狀態(tài)：制動(dòng)加載能夠產(chǎn)生最大或部分保持轉(zhuǎn)矩（通常稱為剎車保持，無需電磁制動(dòng)或機(jī)械制動(dòng)）及轉(zhuǎn)子 處于自由狀態(tài)（能夠被外部推力帶動(dòng)輕松旋轉(zhuǎn)）。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，必須與步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)相匹配。否則， 將會(huì)損壞步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器。2. 什么是驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分？運(yùn)行拍數(shù)與步距角是什么關(guān)系？細(xì)分”是針對 步距角”而言的。沒有細(xì)分狀態(tài)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就按照整步旋 轉(zhuǎn)一個(gè)特定的角度。 步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)，都會(huì)給出一個(gè)步距角的值。如11

3、0BYG250A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 ，這是步進(jìn)電機(jī)固有步距角。通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè) 置的細(xì)分狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)按照細(xì)分的步距角旋轉(zhuǎn)位移角度，從而實(shí)現(xiàn)更為精密的定位。以110BYG250A電機(jī)為例，列表說明： 電機(jī)固有步距角運(yùn)行拍數(shù)細(xì)分?jǐn)?shù)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的真正步距角0.9 71.8 8 2細(xì)分，即半步狀態(tài) 0.9 0.9 o/1.8 20 5 細(xì)分狀態(tài) 0.36 0.9 o/1.8 40 10 細(xì)分狀態(tài) 0.18 0.9 71.8 80 20 細(xì)分狀態(tài) 0.09 0.9 71.8 160 40 細(xì)分狀態(tài) 0.045 （整步）的幾分指一。例如

4、，驅(qū)動(dòng)器工作可用看出，細(xì)分?jǐn)?shù)就是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)的真正步距角是固有步距角 在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只有步進(jìn)電機(jī)固有步距角的十分之一。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)1.8 而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在 10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了 0.18。其實(shí)，細(xì)分就是步進(jìn)電機(jī)按照微小的步距角旋轉(zhuǎn)，也就是常說的微步距控制。當(dāng)然，不同的場合，有不同的控制要求。并不是說，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)必須要求細(xì)分。有些步進(jìn)電機(jī)的步距角設(shè)計(jì)為3.6 7.5 15 36 180就是為了加大步距角，以適應(yīng)特殊的工況條件。細(xì)分功能，只是是由驅(qū)動(dòng)器采用精確控制 步進(jìn)電機(jī)的相電流方法，與步進(jìn)電機(jī)的步距角無關(guān)，而

5、與步進(jìn)電機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)相關(guān)。運(yùn)行拍數(shù)與驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的關(guān)系是：運(yùn)行拍數(shù)指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)每轉(zhuǎn)一個(gè)齒距所需的脈沖數(shù)。例如：110BYG250A電機(jī)有50個(gè)齒，如果運(yùn)行拍數(shù)設(shè)置為 160，那么步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈總共需要50X160 = 8000步;對應(yīng)步距角為360。充000 = 0.045。這就是驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為 40細(xì)分狀態(tài)。對于用戶來說，沒有必要去計(jì)算幾 步幾拍，這是生產(chǎn)廠家配套的事情。用戶只要知道：控制系統(tǒng)所發(fā)岀的脈沖率數(shù)，除以細(xì)分?jǐn)?shù)，就是步進(jìn) 電機(jī)整步運(yùn)行的脈沖數(shù)。例如：步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8 時(shí)，每秒鐘200個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就能夠在一秒鐘內(nèi)旋轉(zhuǎn)一圈；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為40細(xì)分狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)每秒鐘旋轉(zhuǎn)

6、一圈的脈沖數(shù)，就要給到8000個(gè)。3. 驅(qū)動(dòng)器細(xì)分有什么好處？步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用細(xì)分功能，能夠消除步進(jìn)電機(jī)的低頻共振（震蕩）現(xiàn)象，減少振動(dòng)，降低工作噪音。隨著驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的不斷提高，當(dāng)今，步進(jìn)電機(jī)在低速工作時(shí)的噪音已經(jīng)與直流電機(jī)相差無幾。低頻共振是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，只有采用驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的辦法，才能減輕或消除。利用細(xì)分方法，又能夠提高步進(jìn)電機(jī)的輸岀轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)器在細(xì)分狀態(tài)下，提供給步進(jìn)電機(jī)的電流顯得持續(xù)、強(qiáng)勁”，極大地減少步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的反向電動(dòng)勢。驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分功能，改善了步進(jìn)電機(jī)工作的旋轉(zhuǎn)位移分辨率。因此，步進(jìn)電機(jī)的步距角，就沒有必要做得更小。選擇現(xiàn)有的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)步距角的步進(jìn)電機(jī)

7、，配置40細(xì)分以下的驅(qū)動(dòng)器，就能夠完成精密控制任務(wù)。由于步進(jìn)電機(jī)步距角的原因，驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)再加大，已經(jīng)沒有實(shí)際意義。通常，選擇5、8、10、16、20細(xì)分，就能夠適應(yīng)各種工控要求。4. 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向有幾種方法調(diào)整？平時(shí)，采用三種方法來該變步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。一、改變控制系統(tǒng)的方向信號(hào)，即高電平或低電平。二、對于有兩路脈沖輸入的驅(qū)動(dòng)器，改變脈沖的順序。三、調(diào)整步進(jìn)電機(jī)其中一組線圈的兩個(gè)線頭位置，重新接入驅(qū)動(dòng)器。具體方法見下表：電機(jī)接線方式原來接線序列換向后接線序列兩相四線 A，A，B，B A，A，B，B或者 A，A，B，B三相三線A, B, C B, A, C或者A, C , B三相六線

8、 A, A, B , B, C, C B, B, A, A, C , C或者 A , A , C, C , B , B五相五線 A , B , C , D , EE , D , C , B , A5 四相六根和八根線的，如何使用兩相四線驅(qū)動(dòng)器？四相混合式步進(jìn)電機(jī)，可以認(rèn)為是二相混合式步進(jìn)電機(jī)。多組線圈多個(gè)抽頭，是為了適應(yīng)不同工況條件 而設(shè)計(jì)的。由于步進(jìn)電機(jī)的線圈，與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩有著密切的關(guān)系。高速與低速工作的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)有所不 同。通常，高速步進(jìn)電機(jī)的電感要求小一點(diǎn)，低速工作時(shí)要求大一點(diǎn)的電感量。但是，這也不是絕對的。更多的實(shí)際應(yīng)用，還考慮權(quán)衡其它眾多相關(guān)因素。下面就幾種步進(jìn)電機(jī)的線圈繞組及岀線

9、，采用雙極性驅(qū) 動(dòng)器，說明接線方法：兩相四線電機(jī)：1和2為一相,分別接 A和/A ; 3和4為一相,分別接 B和/B。參考下圖：四相六線電機(jī)，兩種方法接線：一、1和2為一相，分別接 A和/A ; 5和6為一相，分別接B和/B。3和4不用，分別懸空（不要相連）。二、1、3為一相，定義A、/A; 4、6為一相，定義為B、/B。2和5分別懸空不用（不要相連）。 參考下圖：四相八線電機(jī)，有兩種接法。并聯(lián)接法：1和3相連=A , 2和4相連=/A ; 5和7相連=B , 6和8相連=/B。聯(lián)接法：1和4為一相，分別接 A和/A ; 2、3連接好不用；5、8為一相，分別接B、/B , 6、7連接好不 用。

10、參考下圖：6. 四相五線步進(jìn)電機(jī)如何接驅(qū)動(dòng)器？上述四相六線、八線步進(jìn)電機(jī)，都可在生產(chǎn)過程中，接為五線制，適應(yīng)特殊需要。驅(qū)動(dòng)器就要選擇單極性驅(qū)動(dòng)方式，例如HSM8672單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。如上圖：四相六線步進(jìn)電機(jī)的2、5并聯(lián)為一條線接公共電源；四相八線步進(jìn)電機(jī)的 2、3、6、7并聯(lián)為一條線接公共電源。其它四條線分別接：A、/A、B、/B7. 電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)正常，為何稍高一點(diǎn)的頻率略就會(huì)堵轉(zhuǎn)？步進(jìn)電機(jī)跑高速需要高電壓支持。步進(jìn)電機(jī)的工作電壓，能夠適應(yīng)在較大范圍內(nèi)調(diào)整。只要將輸入電壓加高一點(diǎn)，就可以解決。但是，要特別注意驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓不能高于驅(qū)動(dòng)器電源端標(biāo)注的最高電壓，否 則，會(huì)燒毀驅(qū)動(dòng)器。8

11、. 接線全部完好，為何開機(jī)時(shí)步進(jìn)電機(jī)在抖動(dòng)而不能運(yùn)行？步進(jìn)電機(jī)只能夠由數(shù)字信號(hào)控制運(yùn)行的，當(dāng)脈沖提供給驅(qū)動(dòng)器時(shí)，在過于短的時(shí)間里，控制系統(tǒng)發(fā)岀的脈沖數(shù)太多，也就是脈沖頻率過高，將導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)。要解決這個(gè)問題，必須采用加減速的辦法。就 是說，在步進(jìn)電機(jī)起步時(shí)，要給逐漸升高的脈沖頻率，減速時(shí)的脈沖頻率需要逐漸減低。這就是我們常說 的加減速方法。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速度，是根據(jù)輸入的脈沖信號(hào)的變化來改變的。從理論上講，給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī) 就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角（細(xì)分時(shí)為一個(gè)細(xì)分步距角）。實(shí)際上，如果脈沖信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于內(nèi)部的 反向電動(dòng)勢的阻尼作用，轉(zhuǎn)子與定子之間的磁反應(yīng)將跟隨不上電信號(hào)的變化，

12、將導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)和丟步。所以步 進(jìn)電機(jī)在高速啟動(dòng)時(shí)，需要采用脈沖頻率升速的方法，在停止時(shí)也要有降速過程，以保證實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)精 密定位控制。加速和減速的原理是一樣的。下面就加速實(shí)例加以說明：加速過程，是由基礎(chǔ)頻率（低于步進(jìn)電機(jī)的直接起動(dòng)最高頻率）與跳變頻率（逐漸加快的頻率）組成加速曲線（降速過程反之）。跳變頻率是指步進(jìn)電機(jī)在基礎(chǔ)頻率上逐漸提高的頻率，此頻率不能太大，否則會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步。加減速曲線一般為指數(shù)曲線或經(jīng)過修調(diào)的指數(shù)曲線，當(dāng)然也可采用直線或正弦曲線等。使用單片機(jī)或者PLC，都能夠?qū)崿F(xiàn)加減速控制。對于不同負(fù)載、不同轉(zhuǎn)速，需要選擇合適的基礎(chǔ)頻率與跳 變頻率，才能夠達(dá)到最佳控制效果。指數(shù)曲線，在軟

13、件編程中，先算好時(shí)間常數(shù)存貯在計(jì)算機(jī)存貯器內(nèi)， 工作時(shí)指向選取。通常，完成步進(jìn)電機(jī)的加減速時(shí)間為300ms以上。如果使用過于短的加減速時(shí)間，對絕大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)來說，很難實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)。很多工控場合，要求步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低、瞬間完成執(zhí)行指令、高精度定位，都需要在編寫軟件時(shí)使用加減速方法。脈沖頻率的不同時(shí)間常數(shù)，對于某個(gè)工控現(xiàn)場步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，將會(huì)產(chǎn)生不 同的控制效果。這就要求控制程序的編寫人員，深入了解控制要求，明確運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，做到錦上添花，力求 宀 完美。9. 有些場合，步進(jìn)電機(jī)為何還要閉環(huán)控制？本來步進(jìn)電機(jī)，使用開環(huán)控制，能夠省去很多檢測、反饋器件及控制電路，以簡單的控制

14、方法，價(jià)廉物美的優(yōu)勢，取代很多伺服電機(jī)的控制。尤其在低速控制（3000轉(zhuǎn)/分鐘以下）環(huán)境中，使用步進(jìn)電機(jī)精密控制，有很好的性價(jià)比。就是采用閉環(huán)控制，其成本也要遠(yuǎn)低于伺服電機(jī)的控制系體成本。在某些工控環(huán) 境中，負(fù)載有可能會(huì)隨機(jī)發(fā)生過載現(xiàn)象，使用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，就會(huì)發(fā)生丟步。此時(shí)，控制系統(tǒng)無法知 道丟了多少步，繼續(xù)按照既定目標(biāo)工作，導(dǎo)致工作失誤。這樣，就要求在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的主軸上安裝旋轉(zhuǎn) 編碼器，或者安裝光電探頭、磁敏探頭、行程開關(guān)等器件，來識(shí)別位移物體是否到位，采集到的信號(hào)反饋 到控制系體，適時(shí)修正工作參數(shù)，指令步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確動(dòng)作。10. 控制器與驅(qū)動(dòng)器的連線是否要求屏蔽？如果只有步進(jìn)電機(jī)一種動(dòng)力源的工控環(huán)境，通常不需要將信號(hào)線屏蔽。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)周圍，有其它動(dòng)力源 或能夠產(chǎn)生干擾信號(hào)的高壓電磁場，就必須將信號(hào)線屏蔽，以保證控制信號(hào)的指令，能夠正確指令步進(jìn)電 機(jī)運(yùn)動(dòng)。只要控制信號(hào)線中有任何由外部干擾源產(chǎn)生的跳變信號(hào)，電流