步進(jìn)電機(jī)的工作原理及演示資料.doc

1、.步進(jìn)電機(jī)的工作原理及演示 主題:步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其原理圖   一前言步進(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)單雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(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)

2、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) 目前,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少,但具有專業(yè)技術(shù)人員,能夠自行開(kāi)發(fā),研制的廠家卻非常少,大部分的廠家只一二十人,連最基本的設(shè)備都沒(méi)有僅僅處于一種盲目的仿制階段這就給用戶在產(chǎn)品選型使用中造成許多麻煩簽于上述情況,我們決定以廣泛的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)為例敘述其基本工作原理望能對(duì)廣大用戶在選型使用及整機(jī)改進(jìn)時(shí)有所幫助二感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理(一)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡(jiǎn)單下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理1結(jié)構(gòu):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)01/32/3,(相鄰兩轉(zhuǎn)子齒

3、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)圖:2旋轉(zhuǎn):如A相通電,B,C相不通電時(shí),由于磁場(chǎng)作用,齒1與A對(duì)齊,(轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同)如B相通電,A,C相不通電時(shí),齒2應(yīng)與B對(duì)齊,此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3,此時(shí)齒3與C偏移為1/3,齒4與A偏移(-1/3)=2/3如C相通電,A,B相不通電,齒3應(yīng)與C對(duì)齊,此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3,此時(shí)齒4與A偏移為1/3對(duì)齊如A相通電,B,C相不通電,齒4與A對(duì)齊,轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3這樣經(jīng)過(guò)ABCA分別通電狀態(tài),齒4(即齒1

4、前一齒)移到A相,電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距,如果不斷地按A,B,C,A通電,電機(jī)就每步(每脈沖)1/3,向右旋轉(zhuǎn)如按A,C,B,A通電,電機(jī)就反轉(zhuǎn)由此可見(jiàn):電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系而方向由導(dǎo)電順序決定不過(guò),出于對(duì)力矩平穩(wěn)噪音及減少角度等方面考慮往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài),這樣將原來(lái)每步1/3改變?yōu)?/6甚至于通過(guò)二相電流不同的組合,使其1/3變?yōu)?/12,1/24,這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)不難推出:電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻,其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進(jìn)

5、電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī),出于成本等多方面考慮,市場(chǎng)上一般以二三四五相為多 3力矩:電機(jī)一旦通電,在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)(磁通量)當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開(kāi)一定角度產(chǎn)生力F與(d/d)成正比 S 其磁通量=Br*S Br為磁密,S為導(dǎo)磁面積, F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長(zhǎng)度,D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/R N·I為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)(電流乘匝數(shù))R為磁阻力矩=力*半徑力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比(只考慮線性狀態(tài))因此,電機(jī)有效體積越大,勵(lì)磁安匝數(shù)越大,定轉(zhuǎn)子間氣隙越小,電機(jī)力矩越大,反之亦然(二)感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)1特點(diǎn):感應(yīng)子

6、式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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)噪音低低頻振動(dòng)小感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行,也可以作二相運(yùn)行(必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)),而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此例如:四相,八相運(yùn)行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. 一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致,小功率電機(jī)一般直

7、接接為二相,而功率大一點(diǎn)的電機(jī),為了方便使用,靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn),往往將其外部接線為八根引線(四相),這樣使用時(shí),既可以作四相電機(jī)使用,可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用2分類感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為:二相電機(jī)三相電機(jī)四相電機(jī)五相電機(jī)等以機(jī)座號(hào)(電機(jī)外徑)可分為:42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào))57BYG86BYG110BYG(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)),而像70BYG90BYG130BYG等均為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)3步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)相數(shù):產(chǎn)生不同對(duì)極NS磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)常用m表示拍數(shù):完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示,或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機(jī)為例,有四相四拍

8、運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用表示=360度/(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)),以常規(guī)二四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例四拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)定位轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在不通電狀態(tài)下,電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的)靜轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下,電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩此力矩是衡量電機(jī)體積(幾何尺寸)的標(biāo)準(zhǔn),與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)雖然靜轉(zhuǎn)矩與電

9、磁激磁安匝數(shù)成正比,與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān),但過(guò)份采用減小氣隙,增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的,這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音4步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ):1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比表示: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%以內(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)

10、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)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性,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)如下圖所示: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)電流),平均電流越大,電機(jī)輸出力矩越大,即電機(jī)的頻率特性越硬如下圖所示: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)7電機(jī)的共振點(diǎn)

11、: 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 8電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制: 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA或()時(shí)為正轉(zhuǎn),通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB或()時(shí)為反轉(zhuǎn)三驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成使用控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖,功率放大等組成的控制系統(tǒng),其方框圖如下:1脈沖信號(hào)的產(chǎn)生脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生,一般脈沖信號(hào)的占空比為

12、0.3-0.4左右,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,占空比則越大2信號(hào)分配我廠生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二四相電機(jī)為主,二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種,具體分配如下:二相四拍為,步距角為1.8度;二相八拍為,步距角為0.9度四相電機(jī)工作方式也有二種,四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度;四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度)3功率放大功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流)平均電流越大電機(jī)力矩越大,要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)因而不同的場(chǎng)合采取不同的的

13、驅(qū)動(dòng)方式,到目前為止,驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種:恒壓恒壓串電阻高低壓驅(qū)動(dòng)恒流細(xì)分?jǐn)?shù)等為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能,將信號(hào)分配功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源我廠生產(chǎn)的SH系列二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下:說(shuō)明:CP 接CPU脈沖信號(hào)(負(fù)信號(hào),低電平有效)OPTO 接CPU+5VFREE 脫機(jī),與CPU地線相接,驅(qū)動(dòng)電源不工作DIR 方向控制,與CPU地線相接,電機(jī)反轉(zhuǎn)VCC 直流電源正端GND 直流電源負(fù)端 A 接電機(jī)引出線紅線   接電機(jī)引出線綠線 B 接電機(jī)引出線黃線接電機(jī)引出線藍(lán)線 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型,其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,力距越大則要求電

14、機(jī)的電流越大,驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高電壓對(duì)力矩影響如下:4細(xì)分驅(qū)動(dòng)器在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下,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)改變相鄰(A,B)電流的大小,以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的四步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用(一)步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成一旦三大要素確定,步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了1步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求,將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上,每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機(jī))0.9度/1.8度

15、(二四相電機(jī))1.5度/3度 (三相電機(jī))等2靜力矩的選擇步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機(jī)的靜力矩靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載,而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的直接起動(dòng)時(shí)(一般由低速)時(shí)二種負(fù)載均要考慮,加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載,恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載一般情況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)(幾何尺寸)3電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī),由于電流參數(shù)不同,其運(yùn)行特性差別很大,可依據(jù)矩頻特性曲線圖,判斷電機(jī)的電流(參考驅(qū)動(dòng)電源及驅(qū)動(dòng)電壓)綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟:

16、0;  4力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用其功率是變化的,一般只用力矩來(lái)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(zhuǎn)速,M為力矩單位為牛頓·米P=2fM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)(簡(jiǎn)稱PPS)(二)應(yīng)用中的注意點(diǎn)1步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn),(0.9度時(shí)6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過(guò)減速裝置使其在此間工作,此時(shí)電機(jī)工作效率高,噪音低2步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)

17、時(shí)振動(dòng)大3由于歷史原因,只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外,其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ,可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)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(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源, 不過(guò)要考慮溫升4轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)5電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí),一般不在工作速度起動(dòng),而采用逐漸升頻提速,一電機(jī)不失步,二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度6高精度時(shí),應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決,也可以采用5相電機(jī),不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴,生產(chǎn)廠家少,其被淘汰的

18、說(shuō)法是外行話7電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作,如若必須可通過(guò)改變電壓電流或加一些阻尼的解決8電機(jī)在600PPS(0.9度)以下工作,應(yīng)采用小電流大電感低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)9應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則1.步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件,它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng),輸出功率一般很小,其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng),用途很廣 使用多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí),單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào),在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器,電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的

19、角度(稱為步距角)正常情況下,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比;連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí),電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入,所以特別適合于微機(jī)控制 1.1步進(jìn)電機(jī)的特性  步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使用的是脈沖信號(hào),而脈沖是數(shù)字信號(hào),這恰是計(jì)算機(jī)所擅長(zhǎng)處理的數(shù)據(jù)類型從20世紀(jì)80年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)出了專用的IC驅(qū)動(dòng)電路,今天,在打印機(jī)磁盤器等的OA裝置的位置控制中,步進(jìn)電機(jī)都是不可缺少的組成部分之一總體上說(shuō),步進(jìn)電機(jī)有如下 優(yōu)點(diǎn):1.不需要反饋,控制簡(jiǎn)單2.與微機(jī)的連接速度控制(啟動(dòng)停止和反轉(zhuǎn))及驅(qū)動(dòng)電路的

20、設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單3.沒(méi)有角累積誤差4.停止時(shí)也可保持轉(zhuǎn)距5.沒(méi)有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分,不需要保養(yǎng),故造價(jià)較低6.即使沒(méi)有傳感器,也能精確定位7.根椐給定的脈沖周期,能夠以任意速度轉(zhuǎn)動(dòng)但是,這種電機(jī)也有自身的缺點(diǎn)8.難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩9不宜用作高速轉(zhuǎn)動(dòng)10.在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì),能源利用率低11.超過(guò)負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步,速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲 1.2 步進(jìn)電機(jī)的種類目前常用的步進(jìn)電機(jī)有三類:1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR)采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低,步距角可以做的相當(dāng)小,但動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差2永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM)轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵,在其外側(cè)配置齒狀定子用轉(zhuǎn)子和定子

21、之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)步的角度一般是7.50它的出力大,動(dòng)態(tài)性能好;但步距角一般比較大3混合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(HB)這是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品,其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料,定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn),步距角小,出力大,動(dòng)態(tài)性能好,是性能較好的一類步進(jìn)電動(dòng)機(jī),在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)2步進(jìn)電機(jī)的工作原理現(xiàn)以反應(yīng)式三相步進(jìn)電機(jī)為例說(shuō)明其工作原理三相步進(jìn)電機(jī)的定子鐵心上有六個(gè)形狀相同的大齒,相鄰兩個(gè)大齒之間的夾角為60 度每個(gè)大齒上都套有一個(gè)線圈,徑向相對(duì)的兩個(gè)線圈串聯(lián)起來(lái)成為一相繞組各個(gè)大齒的內(nèi)表面上又有若干個(gè)均勻分布的小齒轉(zhuǎn)子是一個(gè)圓柱形鐵

22、心,外表面上圓周方向均勻的布滿了小齒轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使轉(zhuǎn)子齒數(shù)能被二整除但某一相繞組通電,而轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)時(shí),該相兩個(gè)大齒下的各個(gè)小齒將吸引相近的轉(zhuǎn)子小齒,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)子小齒與該相定子小齒對(duì)齊的位置,而其它兩相的各個(gè)大齒下的小齒必定和轉(zhuǎn)子的小齒分別錯(cuò)開(kāi)正負(fù)1/3 的齒距,形成“齒錯(cuò)位”,從而形成電磁引力使電動(dòng)機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)下去 和反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不同,永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組電流要求正,反向流動(dòng),故驅(qū)動(dòng)電路一般要做成雙極性驅(qū)動(dòng)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組電流也要求正,反向流動(dòng),故驅(qū)動(dòng)電路通常也要做成雙極性2.1步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式步進(jìn)電機(jī)有2相4相和5相電機(jī)在4相電機(jī)中有

23、4組線圈,若電流按順序通過(guò)線圈則使電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)2相電機(jī)中有2組線圈從圖9.3可以發(fā)現(xiàn),在各線圈中引出中間端子,因此若以中間端子為基準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)4相,稱這4為ABCD的勵(lì)磁相本實(shí)驗(yàn)使用的就是這種方式的4相電機(jī),而勵(lì)磁方式中有1相(單向)勵(lì)磁2相(雙向)勵(lì)磁和1-2相(單-雙向)勵(lì)磁方式此外,如果轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不正確,可以交替12端子或34號(hào)端子 (1). 1相勵(lì)磁方式按ABCD的順序總是僅有一個(gè)勵(lì)磁相有電流通過(guò),因此,對(duì)應(yīng)1個(gè)脈沖信號(hào)電機(jī)只會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一步,這使電機(jī)只能產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)矩并會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),故很少使用 ABCDT11000T20100T30010T40001圖2.T1-T4表示脈沖

24、周期;ABCD表示電機(jī)的各相,1表示此時(shí)有一個(gè)脈沖,0表示沒(méi)有(2). 2相勵(lì)磁方式按ABBCCDDA的方式總是只有2相勵(lì)磁,通過(guò)的電流是1相勵(lì)磁時(shí)通過(guò)電流的2倍,轉(zhuǎn)矩也是1相勵(lì)磁的2倍此時(shí)電機(jī)的振動(dòng)較小且應(yīng)答頻率升高,目前仍廣泛使用此種方式 ABCDT11100T20110T30011T41001圖3.T1-T4表示脈沖周期;ABCD表示電機(jī)的各相,1表示此時(shí)有一個(gè)脈沖,0表示沒(méi)有脈沖(3). 1-2相勵(lì)磁方式即實(shí)驗(yàn)中所有的勵(lì)磁方式,它按AABBBCCCDDDA的順序交替進(jìn)行線圈的勵(lì)磁與前述的2個(gè)線圈勵(lì)磁方式相比,電機(jī)的轉(zhuǎn)速是原來(lái)的1/2,應(yīng)答頻率范圍變?yōu)樵瓉?lái)的2倍轉(zhuǎn)子以滑動(dòng)的方式

25、轉(zhuǎn)動(dòng) ABCDT11000T21100T30100T40110T50010T60011T70001T81001圖4.T1-T8表示脈沖周期;ABCD表示電機(jī)的各相,1表示此時(shí)有一個(gè)脈沖,0表示沒(méi)有脈沖3.與微處理器的連接方式步進(jìn)電機(jī)并不是直接與CPU相連的由于開(kāi)發(fā)板上外部設(shè)備很多,各功能模塊與微處理器的連接方式有專用線路,局部總線與擴(kuò)展總線 3.1 局部總線與擴(kuò)展總線局部總線與微處理器直接相連,擴(kuò)展總線通過(guò)一個(gè)總線控制器74LVCH6245與局部總線相連從CPU 出來(lái)的數(shù)據(jù)地址讀寫控制等信號(hào)構(gòu)成局部總線NAND FLASHSDRAM和網(wǎng)卡芯片AX8879

26、6 直接掛在局部總線上的局部總線經(jīng)過(guò)四片74LVCH16245 驅(qū)動(dòng)后作為擴(kuò)展總線引到其他外設(shè)以及168Pin 擴(kuò)展槽由于數(shù)據(jù)線是雙向的,所以16245芯片必須有方向控制信號(hào),這里采用經(jīng)過(guò)隔離后的寫控制信號(hào)OE 作為數(shù)據(jù)線所在16245 芯片的方向控制線當(dāng)OE 有效時(shí)16245 芯片把擴(kuò)展總線上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄植靠偩€上;當(dāng)OE無(wú)效時(shí)反之另外,必須注意,當(dāng)系統(tǒng)對(duì)局部總線上的芯片讀數(shù)據(jù)時(shí)OE 一樣會(huì)起作用,這樣就必須對(duì)局部總線和擴(kuò)展總線進(jìn)行總線仲裁,這里是外設(shè)所具有的四個(gè)片選信號(hào)nGCS1345 用74HC21

27、 相與后作為數(shù)據(jù)線所在的16245 芯片的輸出使能控制線,只有當(dāng)系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展總線讀操作,也就是上述四個(gè)片選之一有效時(shí),16245 才能對(duì)局部總線輸出數(shù)據(jù),否則無(wú)論OE 如何都呈現(xiàn)高阻態(tài)如下圖:注:LDATA表示局部總線的數(shù)據(jù)線;DATA表示擴(kuò)展總線的數(shù)據(jù)線74LVCH16425芯片共有四塊,限于篇幅僅舉一片為例,其它三片芯片,一片用于數(shù)據(jù)線的低位連接,兩片用于地址線的連接注:由于片選線使用的負(fù)邏輯電平有效,所有此處用的是與門3.2芯片74HC573 擴(kuò)展總線連接在芯片74HC573上,擴(kuò)展總線的DATA0-DATA7分別接在74HC573的八個(gè)數(shù)據(jù)輸入端上

28、74HC573芯片是由8個(gè)三態(tài)門組成的寄存器,它起到暫時(shí)保存信息和隔離總線的作用芯片的輸出IO0IO3用于DA數(shù)模轉(zhuǎn)換,IO4IO7用于步進(jìn)電機(jī)的控制 描述:這個(gè)芯片采用的是八進(jìn)位的D觸發(fā)器,它可以驅(qū)動(dòng)電容式或電阻式的負(fù)載因此它特別適合應(yīng)用于緩沖寄存器IO端口雙向的總線控制器和操作寄存器 當(dāng)寄存器的使能端(LE)為高電平時(shí),Q輸出端和D輸入端一一對(duì)應(yīng);當(dāng)LE為低電平時(shí),輸出端管腳Q輸出的是寄存器中已被設(shè)定的值當(dāng)一個(gè)能開(kāi)啟緩沖功能的負(fù)邏輯管腳(OE)為0時(shí),無(wú)論是在正常邏輯狀態(tài)還是在高阻抗?fàn)顟B(tài)下,都能放置八位的輸出數(shù)據(jù)在高阻抗?fàn)顟B(tài)下輸出并沒(méi)有負(fù)載或者進(jìn)行控制總線高阻態(tài)和改進(jìn)的總線驅(qū)動(dòng)可

29、以在不拉起元件的情況下控制總線傳輸OE端并不影響寄存器內(nèi)部的操作當(dāng)輸出端呈高阻狀態(tài)時(shí)舊的數(shù)據(jù)可以被保存或者新的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入 3.3步進(jìn)電機(jī)模塊的驅(qū)動(dòng)電路74HC573芯片的輸出IO4IO7用于用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)線要首先接在步進(jìn)電機(jī)模塊的一個(gè)接口上接口對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,使之能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)放大后的信號(hào)就可以直接的來(lái)使步進(jìn)電路進(jìn)行工作了 3.4開(kāi)發(fā)板中的步進(jìn)電機(jī) 本開(kāi)發(fā)板中使用的步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子小齒數(shù)為64系統(tǒng)中采用四路I/O 進(jìn)行并行控制,ARM 控制器直接發(fā)出多相脈沖信號(hào),在通過(guò)功率放大后,進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的各相繞組這樣就不再需要脈沖分配器脈

30、沖分配器的功能可以由純軟件的方法實(shí)現(xiàn)如上圖所示 四相步距電機(jī)的控制方法有四相單四拍,四相單雙八拍和四相雙四拍三種控制方式步距角的計(jì)算公式為:b=3600/mCk其中:m 為相數(shù),控制方法是四相單四拍和四相雙四拍時(shí)C 為1,控制方法是四相單雙八拍時(shí)C 為2,Zk 為轉(zhuǎn)子小齒數(shù) 本系統(tǒng)中采用的是四相單雙八拍控制方法,所以步距角為360°/512但步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)一個(gè)1/8 的減速器引出,實(shí)際的步距角應(yīng)為360°/512/8開(kāi)發(fā)平臺(tái)中使用EXI/O 的高四位控制四相步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)相按照四相單雙八拍控制方法

31、,電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序?yàn)锳ABBBCCCDDDAEXI/O 的高四位的值參見(jiàn)下表: 十六進(jìn)制二進(jìn)制通電狀態(tài)1H0001A3H0011AB2H0010B6H0110BC4H0100CCH1100CD8H1000D9H1001DA表5. 電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),EXIO的高四位的值 反轉(zhuǎn)時(shí),只要將控制信號(hào)按相反的順序給出即可可以通過(guò)宏SETEXIOBITMASK(bit,mask)(EXIO.h)來(lái)設(shè)置擴(kuò)展I/O 口,其中mask 參數(shù)為0xf0本實(shí)驗(yàn)使作的是1-2相勵(lì)磁方式,還可以使用1相勵(lì)磁方式和2相勵(lì)磁方式* 1相勵(lì)磁方式的順序是ABCD,因此只要設(shè)置數(shù)

32、組 char stepdata=0x10,0x20,0x400x,0x80 即可* 2相勵(lì)磁方式的順序是AB,BC,CD,DA,   因此只要設(shè)置數(shù)組 char stepdata=0x30,0x60,0xc0,0x90  即可* 要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn),只需將上面數(shù)組的值按相反的順序排列即可 4驅(qū)動(dòng)程序的編程驅(qū)動(dòng)程序采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程,下面是驅(qū)動(dòng)程序中幾個(gè)重要的函數(shù)static int do_stepmotor_run(char phase) /通過(guò)調(diào)用這個(gè)函數(shù)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)unsigne

33、d int bak; /變量bak用于存放從寄存器中讀出的值   bak = readw(s3c2410_exio_base);      /調(diào)用內(nèi)核函數(shù)將基地址為s3c2410_exio_base寄存 /器的值讀出并放在bak中DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base content is %xn", bak); /調(diào)試輸出語(yǔ)句tiny_delay(5); /延時(shí)函數(shù),有延

34、時(shí)功能 bitops_mask_bit(phase, 0xf0, &bak); /清除4-8位然后再設(shè)置phase傳進(jìn)來(lái)的位(也是4-8位) DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base content is %xn", bak); /調(diào)試輸出語(yǔ)句tiny_delay(5); writew(bak, s3c2410_exio_base); /調(diào)用內(nèi)核函數(shù)將bak的值寫入相應(yīng)的寄存器中bak = readw(s3c2410

35、_exio_base); /再次將寄存器的值讀出DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base content is %xn", bak);/利用調(diào)試語(yǔ)句再次將修改后的寄存器中的值輸出,以驗(yàn)證其正確性tiny_delay(5);DPRINTK_STEP("n");return 0;   驅(qū)動(dòng)程序主要通過(guò)上面這個(gè)函數(shù)來(lái)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制電機(jī)的是一個(gè)寄存器(地址是s3c2410_exio_base=0x08000100),只要給它適當(dāng)?shù)闹惦姍C(jī)就可以運(yùn)動(dòng)起來(lái)這個(gè)函數(shù)通過(guò)傳遞變

36、量phase從應(yīng)用程序獲得數(shù)據(jù)然后使用函數(shù)readw()把寄存器的值就讀出并送給bak;通過(guò)函數(shù)bitops_mask_bit()修改bak的值;最后由writew()寫回到寄存器中 5應(yīng)用程序的編程1步進(jìn)電機(jī)模塊步進(jìn)電機(jī)模塊和DA 模塊是使用Bank1 地址空間擴(kuò)展出來(lái)的IO 口共同使用驅(qū)動(dòng)s3c2410-exio.o在驅(qū)動(dòng)程序中,與步進(jìn)電機(jī)相關(guān)的主要在函數(shù)s3c2410_exio_ioctl:2對(duì)應(yīng)的應(yīng)用源程序 #include <stdio.h>#include <fcntl.h>#includ

37、e <string.h>#include <sys/ioctl.h> #define STEPMOTOR_IOCTRL_PHASE     0x13 static int step_fd = -1;char *STEP_DEV="/dev/exio/0raw" /定義一個(gè)指針指向步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序 /*       

38、; A, AB, B, BC, C   CD,    D, DA           */char stepdata=0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90;/各個(gè)相位對(duì)應(yīng)的值 void Delay(int t) /延時(shí)函數(shù)    int&

39、#160;i;    for(;t>0;t-)       for(i=0;i<400;i+); /*/int main(int argc, char *argv) int i = 0; if(step_fd=open(STEP_DEV, O_WRONLY)<0)      printf("Error

40、 opening /dev/exio/0raw devicen");     return 1; /*打開(kāi)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,由于LINUX把所有的設(shè)備都模擬成文件step_fd=open(STEP_DEV,0_WRONLY)實(shí)際調(diào)用的函數(shù)為:static int s3c2410_exio_open(struct inode *inode, struct file *filp) /驅(qū)動(dòng)程序中的設(shè)備打開(kāi)程序*/ 

41、 for (;)        for (i=0; i<sizeof(stepdata)/sizeof(stepdata0); i+)            ioctl(step_fd, STEPMOTOR_IOCTRL_PHASE, stepdatai);     

42、60;        /* 程序進(jìn)入一個(gè)死循環(huán),這樣可以使電機(jī)在沒(méi)有人為停止的狀況下,一直的轉(zhuǎn)動(dòng)下去 * 第二層for語(yǔ)句循環(huán)一次即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周函數(shù)ioctl()對(duì)應(yīng)函數(shù)                *s3c2410_exio_ioctl()* 而這個(gè)函數(shù)最終將調(diào)用函數(shù) do_stepmotor_run(char)a

43、rg);使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)*/   printf("Delay(100)n");   Delay(100);        close(step_fd);   /程序結(jié)束時(shí)關(guān)閉設(shè)備    printf("Step motor start running!n");    return

44、0;0;*;勵(lì)志美文美句摘抄 1不要放棄自己就是真正的堅(jiān)強(qiáng),虛心就是堅(jiān)強(qiáng),努力就是堅(jiān)強(qiáng),從頭再來(lái)就是堅(jiān)強(qiáng),正直就是堅(jiān)強(qiáng),學(xué)會(huì)堅(jiān)強(qiáng)之前要學(xué)會(huì)如何愛(ài)惜自己 2人生,就沒(méi)有,永遠(yuǎn)的悲痛;也沒(méi)有,永遠(yuǎn)的歡欣能使我們堅(jiān)強(qiáng)的,往往不是順境,而是逆境;能讓我們醒悟的,往往不是高興,而是傷心學(xué)會(huì)忍受,懂得艱辛,于曲折中前進(jìn) 3人都說(shuō)比天空和大地更遠(yuǎn)的距離是人與人的距離,因?yàn)槿诵睦锒紩?huì)藏匿太多的猜忌和戒備,想要快樂(lè)就甩開(kāi)生命中這些過(guò)于沉重,卻又不必要的行李吧,生命中有愛(ài)就足夠了試著給周圍你所熟識(shí)的還有你還陌生的人一個(gè)真誠(chéng)無(wú)惕的微笑吧,它可以觸摸到他人的心靈,微笑是有感染力有連帶性的,它會(huì)無(wú)聲的滲透進(jìn)每個(gè)易感的心靈,更會(huì)讓更多的心靈為之感動(dòng),心中有愛(ài)就會(huì)快樂(lè),就會(huì)讓微笑發(fā)自心底,燦爛在臉上 4千萬(wàn)不要因?yàn)樽约阂呀?jīng)到了結(jié)婚年齡而草率結(jié)婚想結(jié)婚,就要找一個(gè)能和你心心相印相輔相攜的伴侶不要因?yàn)榉趴v和游戲而戀愛(ài),不要因?yàn)閼賽?ài)而影響工作和事業(yè),更不要因一樁草率而失敗的婚姻而使人生受阻感情用事往往會(huì)因小失大 5你要從現(xiàn)在開(kāi)始,微笑著面對(duì)生活,不要抱怨生活給了你太多的磨難,不要抱怨生活中有太多的曲折,不要抱怨生活中存在的不公當(dāng)你走過(guò)世間的繁華與喧囂,閱盡世事,你會(huì)幡然明白:人生不會(huì)太圓滿,再苦也要笑一笑! 6不要讓灰色的烏云籠罩一輩子,生命中還有很多美好的不要讓其遮蓋,不要因?yàn)橐黄瑸踉茪Я艘磺?人生中還有很