步進電機選擇的詳細計算過程

1、步進電機選擇的詳細計算過程  2011-07-25 00:13:59|  分類： 默認分類|舉報|字號 訂閱 1，如何正確選擇伺服電機和步進電機？ 主要視具體應用情況而定，簡單地說要確定：負載的性質（如水平還是垂直負載等），轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對端口界面和通訊方面的要求），主要控制方式是位置、轉矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機和配用驅動器或控制器的型號。 2，選擇步進電機還是伺服電機系統(tǒng)？ 其實，選擇什么樣的電機應

2、根據(jù)具體應用情況而定，各有其特點。請見下表，自然明白。 步進電機系統(tǒng)  伺服電機系統(tǒng) 力矩范圍  中小力矩（一般在20Nm以下）  小中大，全范圍 速度范圍  低（一般在2000RPM以下，大力矩電機小于1000RPM）  高（可達5000RPM）,直流伺服電機更可達12萬轉/分 控制方式  主要是位置控制  多樣化智能化的控制方式，位置/轉速/轉矩方式 平滑性  低速時有振動（但用細分

3、型驅動器則可明顯改善）  好，運行平滑 精度  一般較低，細分型驅動時較高  高（具體要看反饋裝置的分辨率） 矩頻特性  高速時，力矩下降快  力矩特性好，特性較硬 過載特性  過載時會失步  可310倍過載（短時） 反饋方式  大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器，防止失步  閉環(huán)方式，編碼器反饋 編碼器類型  -  光電型旋轉編碼

4、器（增量型/絕對值型），旋轉變壓器型 響應速度  一般  快 耐振動  好   一般（旋轉變壓器型可耐振動） 溫升  運行溫度高  一般 維護性  基本可以免維護  較好 價格  低  高 3，如何配用步進電機驅動器？ 根據(jù)電機的電流，配用大于或等于此電流的驅動器。如果需要低振動或高精度時，可配用細分型驅動器。對于大轉

5、矩電機，盡可能用高電壓型驅動器，以獲得良好的高速性能。 4，2相和5相步進電機有何區(qū)別，如何選擇？ 2相電機成本低，但在低速時的震動較大，高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小，高速性能好，比2相電機的速度高3050%，可在部分場合取代伺服電機。 5，何時選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？ 直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量

6、小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。 6，使用電機時要注意的問題？ 上電運行前要作如下檢查：1）電源電壓是否合適（過壓很可能造成驅動模塊的損壞）；對于直流輸入的+/-極性一定不能接錯，驅動控制器上的電機型號或電流設定值是否合適（開始時不要太大）；

7、0;2）控制信號線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場最好要考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）； 3）不要開始時就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運行良好后，再逐步連接。 4）一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。 5）開始運行的半小時內要密切觀察電機的狀態(tài)，如運動是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問題立即停機調整。 7，步進電機啟動運行時，有時動一下就不動了或原地來回動，運行時有時還會失步，是什么問題？ 一般要考慮以下方面作檢查：1）電機力矩是否足夠大，能否帶動負載，因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實際需要大50%100%的電機，因為步進電機不能過負載運行

8、，哪怕是瞬間，都會造成失步，嚴重時停轉或不規(guī)則原地反復動。 2）上位控制器來的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要>10mA），以使光耦穩(wěn)定導通，輸入的頻率是否過高，導致接收不到，如果上位控制器的輸出電路是CMOS電路，則也要選用CMOS輸入型的驅動器。3）啟動頻率是否太高，在啟動程序上是否設置了加速過程，最好從電機規(guī)定的啟動頻率內開始加速到設定頻率，哪怕加速時間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。 4）電機未固定好時，有時會出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因為，實際上此時造成了電機的強烈共振而導致進入失步狀態(tài)。電機必須固定好。5）對于5相電機來說，相位接錯，電機也不能工作。

9、 8，   我想通過通訊方式直接控制伺服電機，可以嗎？ 可以的，也比較方便，只是速度問題，用于對響應速度要求不太高的應用。如果要求快速的響應控制參數(shù)，最好用伺服運動控制卡，一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路，以實現(xiàn)高速高精度的運動控制。如S加速、多軸插補等。9， 用開關電源給步進和直流電機系統(tǒng)供電好不好？ 一般最好不要，特別是大力矩電機，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關電源。因為，電機工作時是大電感型負載，會對電源端形成瞬間的高壓。而開關電源的過載性能不好，會保護關斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時可能造成開關電源和驅動器的損壞?？?/p>

10、以用常規(guī)的環(huán)形或R型變壓器變壓的直流電源。 10，我想用±10V或420mA的直流電壓來控制步進電機，可以嗎？ 可以，但需要另外的轉換模塊。 11，我有一個的伺服電機帶編碼器反饋，可否用只帶測速機口的伺服驅動器控制？ 可以，需要配一個編碼器轉測速機信號模塊。12，   伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎？ 禁止拆開，因為碼盤內的石英片很容易破裂，且進入灰塵后，壽命和精度都將無法保證，需要專業(yè)人員檢修。13，步進和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎？ 不要，最好讓廠家去做，拆開后沒有專業(yè)設備很難安裝回原樣，電機的轉定子

11、間的間隙無法保證。磁鋼材料的性能被破壞，甚至造成失磁，電機力矩大大下降。 14，幾臺伺服電機可以作同步運行嗎？ 我們的產(chǎn)品是可以的。  15，伺服控制器能夠感知外部負載的變化嗎？ 我們的產(chǎn)品是可以的，如遇到設定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進。 16，可以將國產(chǎn)的驅動器或電機和國外優(yōu)質的電機或驅動器配用嗎？ 原則上是可以的，但要搞清楚電機的技術參數(shù)后才能配用，否則會大大降低應有的效果，甚至影響長期運行和壽命。最好向供應商咨詢后再決定。17，使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅動電機安全嗎? 正常來說這不是問題，只

12、要電機在所設定的速度和電流極限值內運行。因為電機速度與電機線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會引起過速，但可能發(fā)生驅動器等故障。此外, 必須保證電機符合驅動器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設定的電流極限值小于或等于電機的額定電流。 事實上，如果你能在你設計的裝置中讓電機跑地比較慢的話 (低于額定電壓)，這是很好的。 以較低的電壓 (因此比較低的速度) 運行會使得電刷運轉反彈較少，而且電刷/換向器磨損較小，比較低的電流消耗和比較長的電機壽命。另一方面，如果電機大小的限制和性能的要求需要額外的轉矩及速度，過度驅動電機也是可以的，但會犧牲產(chǎn)品的使用壽命。 18， 我如何為我

13、的應用選擇適當?shù)墓╇婋娫? 推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高10%-50%。此百分比因Kt, Ke,以及系統(tǒng)內的電壓降而不同。驅動器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動器的輸出電壓值與供電電壓不同, 因此驅動器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計算此應用所有的功率需求，再增加5%。按I = P/V公式計算即可得到所需電流值。19，對于伺服驅動器我可以選擇那種工作方式？ 請見下表（以下模式并不全部存在于所有型號的驅動器中）開環(huán)模式   輸入命令電壓控制驅動器的輸出負載率。此模式用于無刷電機驅動器，和有刷電機驅動器的電壓模式相

14、同。  電壓模式   輸入命令電壓控制驅動器的輸出電壓。此模式用于有刷電機驅動器，和無刷電機驅動器的開環(huán)模式相同。 電流模式(力矩模式)   輸入命令電壓控制驅動器的輸出電流（力矩）。驅動器調整負載率以保持命令電流值。如果驅動器可以速度或位置環(huán)工作，一般都含有此模式。 IR補償模式   輸入命令控制電機速度。IR補償模式可用于控制無速度反饋裝置電機的速度。驅動器會調整負載率來補償輸出電流的變動。當命令響應為線性時，在力矩擾動情況下，此模式的精度就比不上閉環(huán)速度模式了。 Hall速度模式

15、   輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上hall傳感器的頻率來形成速度閉環(huán)。 由于hall傳感器的低分辨率，此模式一般不用于低速運動應用。 編碼器速度模式   輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上編碼器脈沖的頻率來形成速度閉環(huán)。由于編碼器的高分辨率，此模式可用于各種速度的平滑運動控制。 測速機模式   輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上模擬測速機來形成速度閉環(huán)。由于直流測速機的電壓為模擬連續(xù)性，此模式適合很高精度的速度控制。當然，在低速情況下，它也容易受到干擾。 模擬位置環(huán)模式(AN

16、P 模式)   輸入命令電壓控制電機的轉動位置。這其實是一種在模擬裝置中提供位置反饋的變化的速度模式（如可調電位器、變壓器等）。在此模式下，電機速度正比于位置誤差。且具有更快速的響應和更小的穩(wěn)態(tài)誤差。 20，驅動器和系統(tǒng)如何接地？ a. 如果在交流電源和驅動器直流總線（如變壓器）之間沒有隔離的話，不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號的地接大地，這可能會導致設備損壞和人員傷害。因為交流的公共電壓并不是對大地的，在直流總線地和大地之間可能會有很高的電壓。 b. 在多數(shù)伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和大地在信號端是接在一起的。多種連接大地方式產(chǎn)生的地回路

17、很容易受噪音影響而在不同的參考點上產(chǎn)生電流。c. 為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅動器的信號地接到控制器的信號地。 它也會接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅動器的工作（如：編碼器的5V電源）。 d. 屏蔽層接地是比較困難的，有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路內部的參考電位點上。這個點取決于噪聲源和接收是否同時接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個點接地使得地電流不會流過屏蔽層。21， 減速器為什么不能和電機正好相配在標準轉矩點? 如果考慮到電機產(chǎn)生的經(jīng)過減速器的最大連續(xù)轉矩，許多減速比會遠遠超過減速器的轉矩等級。 如果我們要設計每個減速器來匹配滿轉矩，減速器的內部齒

18、輪會有太多組合(體積較大、材料多)。 這樣會使得產(chǎn)品價格高，且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。22，我如何選擇使用行星減速器還是正齒輪減速器? 行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉矩時，即小體積大轉矩，而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗，低噪音和高效率低成本應用。部分伺服驅動器故障檢查方法參考: 現(xiàn)象   可能原因   糾正方法 示波器檢查驅動器的電流監(jiān)控輸出端時，發(fā)現(xiàn)它全為噪聲，無法讀出   電流監(jiān)控輸出端沒有與交流電源相隔離（變壓器） &#

19、160; 可以用直流電壓表檢測觀察 電機在一個方向上比另一個方向跑得快   無刷電機的相位搞錯   檢測或查出正確的相位 在不用于測試時，測試/偏差開關打在測試位置   將測試/偏差開關打在偏差位置 偏差電位器位置不正確   重新設定 電機失速   速度反饋的極性搞錯   可以嘗試以下方法：1.     如果可能，將位置反饋極性開關打到另一位置。（某些驅動器上可以）2.  &#

20、160;  如使用測速機，將驅動器上的TACH+和TACH-對調接入。3. 如使用編碼器，將驅動器上的ENC A和ENC B對調接入。4.   如在HALL速度模式下，將驅動器上的HALL-1和HALL-3對調，再將Motor-A和Motor-B對調接好。 編碼器速度反饋時，編碼器電源失電   檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對驅動器信號地的。 LED燈是綠的,但是電機不動   一個或多個方向的電機禁止動作   檢查+INHIBIT 和

21、INHIBIT 端口  命令信號不是對驅動器信號地的   將命令信號地和驅動器信號地相連 上電后，驅動器的LED燈不亮   供電電壓太低，小于最小電壓值要求   檢查并提高供電電壓 當電機轉動時， LED燈閃爍   HALL相位錯誤   檢查電機相位設定開關(60°/120°)是否正確。多數(shù)無刷電機都是120°相差。 HALL傳感器故障   當電機轉動時檢測Hall A, Hall B, Hall

22、 C的電壓。電壓值應該在5VDC和0之間。 LED燈始終保持紅色   存在故障   原因: 過壓、欠壓、短路、過熱、驅動器禁止、HALL無效 23， 何為負載率(duty cycle)? 負載率(duty cycle)是指電機在每個工作周期內的工作時間/（工作時間+非工作時間）的比率。如果負載率低，就允許電機以3倍連續(xù)電流短時間運行，從而比額定連續(xù)運行時產(chǎn)生更大的力量。24，標準旋轉電機的驅動電路可以用于直線電機嗎？ 一般都是可以的。你可以把直線電機就當作旋轉電機，如直線步進電機、有刷、無刷和交流直線電機。具體請向

23、供應商咨詢。25，直線電機是否可以垂直安裝，做上下運動？ 可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時我們可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導軌抱閘剎車。26，在同一個平臺上可以安裝多個動子嗎？ 可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。27，是否可以將多個無刷電機的動子線圈安裝于同一個磁軌道上？ 可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。28，AMS的直線電機是否可以用于特殊環(huán)境，如水濺、真空、潔凈室、輻射等環(huán)境？ 可以提供。具體請與我們聯(lián)系。29，使用直線電機比滾珠絲桿的線性電機有何優(yōu)點？ 由于定子和動子之間沒有機械連接，所以消除了背隙、磨損、卡死問題，運動更加平

24、滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、響應快、運動平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長壽命、免維護等特點。30，你們的滑臺可以做多個組合一起使用嗎？ 是的?？梢越M合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。 步進電動機的選擇與計算葉文卿          （眉山職業(yè)技術學院  四川 眉山 620020） 【摘  要】本文以C616車床改為開環(huán)式數(shù)控車床的設計計算，為根據(jù)車床參數(shù)，選擇步進電動機提供了可靠易行的計算方法和步驟?！娟P鍵字】轉

25、矩  轉動慣量  負載起動性能 數(shù)控產(chǎn)品設計時，根據(jù)工作系統(tǒng)的力學模型，計算選擇步進電動機或伺服電動機的規(guī)格型號，是進行數(shù)控產(chǎn)品設計的一個重要環(huán)節(jié)。因為電動機的參數(shù)決定著數(shù)控系統(tǒng)中各功能模塊的性能參數(shù)，各功能模塊都要與電動機相匹配，這里以用普通車床C616改為簡易數(shù)控車床為例。說明步進電動機的計算過程。1 c616車床的各參數(shù)11改進后的傳動系統(tǒng)簡易數(shù)控車床即開環(huán)式控制將c616車床的縱向進給系統(tǒng)常采用步進電動機驅動滾軸絲桿，帶動裝有刀架的拖板作往復直線運動。其工作原理如圖       

26、0;                   改進后的車床傳動系統(tǒng)     1.小刀架  2.橫向步進電動機  3.橫向滾珠絲桿  4.大拖板     5.縱向滾珠絲桿   6.縱向步進電動機1.2 各參數(shù)1.2.1各拖板重量w=1500N1.2.2拖板與導軌貼塑板間摩擦系數(shù)U=0.061.2

27、.3 最大走刀抗力FZ（與運動方向相反）=1400N1.2.4 最大主切削力FY（與導軌垂直）=2800N（最大走刀抗力和主切削力可根據(jù)普通C616車床的電動機功率和車削時車刀的主偏角為900  時計算而得出）1.2.5 拖板進給速V1   =10500毫米/分1.2.6 車刀空行程速度V2 =200毫米/分1.2.7 滾珠絲桿導程L=6毫米1.2.8 滾珠絲桿節(jié)圓直徑d0 =30毫米1.2.9 絲桿總長L=1000毫米1.2.10 定位精度0.01毫米2 確定步進電動機的型號2.1脈沖當量的選擇脈沖當量：一個指令脈沖使步進電動機驅動拖動的移動距離 =0。01mm

28、/p（輸入一個指令脈沖工作臺移動0.01毫米）初選之相步進電動機的步距角0.750 /1.50 ，當三相六拍運行時，步距角=0.750  其每轉的脈沖數(shù)S= =480 p/r步進電動機與滾珠絲桿間的傳動比ii=  = =1.25在步進電動機與滾珠絲桿之間加Z1 =20，Z2 =25 模數(shù)m=2.5的一對齒輪。齒輪的模數(shù)根據(jù)c616車床，掛輪齒類比確定。2.2 等效負載轉矩的計算2.2.1 空載時的摩擦轉矩TLF TLF  =   =  =0.086N.M2.2.2 車削加工時的負載轉矩TL  TL =  

29、 =   =1.584N.Mu- 摩擦系數(shù)w-拖板重量L-導程i-傳動比FZ-最走刀抗力Fy -最大切削力（N）-滾動絲桿傳動效率2.3 等效轉動慣量計算2.3.1滾珠絲桿的轉動慣量JsJs= Kg.m22.3.2拖板的運動慣量Jw= kg.m22.3.3大齒輪的轉動慣量Jg2（大齒接圓直徑62.5毫米 寬10毫米）Jg2  = kg.m2    2.3.4小齒輪的轉動慣量Jg1（小齒接圓直徑50毫米 寬12毫米）換算系列電機軸上的總轉動慣量JLkg.m2    換算到電動機軸上的總轉動慣量JL 

30、;  = =7.33 10-4 Kg.m22.4 初選步進電動機型號根據(jù)車削時負載轉距TL=1.58N.M和電動機總轉動慣量JL=7.33x10-4,初步選定電動型號為110BF003反應式步進電動機。該電動機的最大靜扭距Tmax=8.1N.M，轉子轉動慣量 Jm=4.7 10-4kg.m2為了使步進電動機具有良好的起動能力及較快的響應速度應為：   及空載時起動時間計算（ta）110BF003步進電動機的最小加、減速度時間為1秒2.4.1帶慣性負載的最大起動頻率fL的計算電動機空載起動頻率2.4.2帶慣性負載的最大轉速轉/分2.4.3帶慣性負載起動力矩

31、Tm電動機起動矩-頻率特性曲線Tm=2.6N.M2.4.4 負載時起動時間tata=該電機帶慣性負載時能夠起動2.5速度驗算2.5.1 空行程快速移動速度的驗算從電動機的運行矩-頻率特性曲線查得fmax=6000HZ時，電動機轉矩0.9N.M>TLF=0.086N.M（空載時的摩擦轉矩）2.5.2工作行程速度計算當T =1.584N.M時，電動機對應頻率f 3000HZ以上計算，選該型號步進電動機，無論是起動性能，還是空行程快速進給，還是工作行進給速度都能滿足c616車床的設計要求3 結論3.1 根據(jù)普通車床的電機和切削速度計算出最大切削力和走刀抗力FC=   

32、60;  FZ     （車刀主偏角900，零件材料45#鋼）3.2 計算出空載時摩擦轉矩TLF 和加工時負載轉矩TL   3.3 計算機械傳動系統(tǒng)換算到電機軸上的總慣量JL    3.4初選步進電動型號：   TM    3.5校核電動機起動性能，驗算空行程速度和工作行程速度     選定步進電動機后，步進電動機的性能參數(shù)，為數(shù)控系統(tǒng)，特別是輸出接口，驅動電源模塊型號的選擇提供依據(jù)。【參考文獻】 

33、;  （補充完整）格式要求：作者.書名.出版社名稱.出版日期.    【1】機電一體化產(chǎn)品設計.    【2】數(shù)控車床原理.    【3】金屬切削手冊.    【4】工程力學.【5】機械設計手冊.步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。     步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關鍵部件之一，通常被

34、用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。     選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。     選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，

35、這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。     選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。 選擇步進電機需要進行以下計算： （1）計算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當量，齒輪減速比i計算如下: i=(.S)/(360.) (1-1)

36、 式中 -步進電機的步距角（o/脈沖） S -絲桿螺距（mm) -(mm/脈沖） （2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)(J2+Js）+W/g（S/2)2 （1-2） 式中Jt -折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js -絲桿慣量(Kg.cm.s2) W-工作臺重量（N） S -絲桿螺距（cm） （3）計算電機輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt （1-3） Ma=（Jm+Jt).n/T&#

37、215;1.02×102 （1-4） 式中Ma -電機啟動加速力矩（N.m) Jm、Jt-電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2) n-電機所需達到的轉速（r/min） T-電機升速時間（s） Mf=(u.W.s)/(2i)×102 （1-5） Mf-導軌摩擦折算至電機的轉矩（N.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2i)×102 （1-6） Mt-切削力折算至電機力矩（N.m) Pt-最大切削力（N） （4）負載起動頻率估算

38、。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系，其估算公式為 fq=fq0(1-(Mf+Mt)/Ml）÷(1+Jt/Jm) 1/2 （1-7） 式中fq-帶載起動頻率（Hz） fq0-空載起動頻率 Ml-起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m) 若負載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算. （5）運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。 （6）負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可

39、按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應小于（0.2 0.4)Mmax. 步進電機的選擇    （一）步進電機的選擇    步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。        1、步距角的選擇    電機的步距角取決

40、于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。        2、靜力矩的選擇    步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直

41、接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）        3、電流的選擇    靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）        綜上所述選擇電機一般應遵循

42、以下步驟：    4、力矩與功率換算    步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：     P= ·M     =2·n/60     P=2nM/60     其P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓·米  

43、0;  P=2fM/400(半步工作）     其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)         （二）、步進電機應用中的注意點    1、步進電機應用于低速場合-每分鐘轉速不超過1000轉，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。        2、

44、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。        3、由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ，可根據(jù)驅動器選擇驅動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源，不過要考慮溫升。        4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。  &#

45、160;     5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。        6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。        7、電機不應在振動區(qū)內工作，如若必須可通過改變電壓、電

46、流或加一些阻尼的解決。        8、電機在600PPS（0.9度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。        9、應遵循先選電機后選驅動的原則。原文縮略 主要設計內容（一）總體方案的確定根據(jù)設計任務確定系統(tǒng)的總體機械和控制系統(tǒng)方案：進行系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構及傳動方案的確定，伺服電機類型及調速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。進行方案的分析、比較和論證。1. 系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。

47、考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動。2. 計算機系統(tǒng)采用MCS-51系列中的8031單片機擴展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高。控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。3. XY工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導軌副，從

48、而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性?？紤]電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。.   論文目錄 目錄一 畢業(yè)設計的目的和意義- 2二 畢業(yè)設計的題目及要求- 2三 進度安排- 2四 主要設計內容- 21） 總體方案的確定- 22） 機械部分設計- 33） 控制系統(tǒng)電路設計- 64） 系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設計- 10   參考文獻 參考文獻：1.機電一體化系統(tǒng)設計 張建民等編著高等教育出版社2.機電一體化設計指導 傅曉林 編 3.rotel電路設

49、計教程 江思敏胡榮等編著高等教育出版社4.機械設計課程設計手冊 吳宗澤 羅圣國 主編 高等教育出版社5.微機原理及接口技術 劉甘娜馬瑞芳馮剛主編西安交通大學出版社6.機械設計 濮良貴紀名剛主編 高等教育出版社7.單片機基礎 李廣第 編著 北京航空航天大學出版社8.電路 邱關源主編高等教育出版社 步進電機和交流伺服電機比較選擇2007-01-20 13:15 步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨

50、勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。1.控制精度不同       兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER&

51、#160;LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。      交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。