步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進(jìn)步電機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)0.9度；給兩個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)1.8度。以此類推，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，它按照給定的設(shè)置

2、重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號(hào)，目前這種信號(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，事實(shí)上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，一般一種步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)不同的工況具有多種驅(qū)動(dòng)器；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；當(dāng)頻率增加時(shí)，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

3、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)。在包裝機(jī)控制中，給定脈沖數(shù)的多少，還與機(jī)構(gòu)的參數(shù)有關(guān)，例如螺桿的直徑等。在包裝機(jī)械中，很多情況下需要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度和運(yùn)行位置，以前都是通過(guò)機(jī)械或其它方式來(lái)完成的，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)節(jié)不易。改用步進(jìn)電機(jī)后，不僅能使包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、可靠性增加，而且粗度會(huì)得到很大提高。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。

4、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?。起動(dòng)、轉(zhuǎn)向及其他任何運(yùn)行方式的改變，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2 .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

5、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)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

6、數(shù)，以保證步進(jìn)電機(jī)平衡工作。3 .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)

7、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。2.2.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)的紅外測(cè)溫儀、窯體位置編碼器（碼盤(pán)）、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(pán)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(pán)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(pán)。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

8、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

9、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)床白數(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)，且可直接將脈沖號(hào)變?yōu)榻俏灰疲俏灰婆c輸入脈沖數(shù)成嚴(yán)格的比例關(guān)系。它的轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比。改變

10、繞組的通電順序，可方便地控制電動(dòng)機(jī)的下反轉(zhuǎn)。只要維持繞組電流不變?？捎须姶帕鼐S持其定位位置，不需附加機(jī)械制動(dòng)裝置。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易調(diào)整的特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)將進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換具有一定為方向，大小和速度的機(jī)械角位移，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝有這么多優(yōu)點(diǎn)，所以常用做數(shù)控機(jī)床開(kāi)環(huán)進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)大多采用功率式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。如圖1:一向力J1件.n人.，個(gè)一一圖1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)典型結(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)中，常采用減速齒輪以作匹配。同采用減速齒輪后可容易配置出所要求的脈沖當(dāng)量，減少工作臺(tái)以及絲杠折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量；增大工作臺(tái)推力。在實(shí)際中，往往僅知道工

11、作臺(tái)的質(zhì)量M（或重量W）與導(dǎo)軌間的磨擦系數(shù)1,以及對(duì)機(jī)床的加工精度要求，或脈沖當(dāng)量，如：0.01mm0.05mm等。可先選擇絲杠，這樣，絲杠的長(zhǎng)度l,公稱直徑d,螺距S,傳動(dòng)效率不等參數(shù)均可知道。另外，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種性能參數(shù)于其配套的驅(qū)動(dòng)電源有限，不同控制方式的驅(qū)動(dòng)功率放大電路及其電壓，電流等參數(shù)不同，都會(huì)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出特性發(fā)生很大的變化。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一定要與其配套驅(qū)動(dòng)電流一起考慮選擇。4 .步進(jìn)電機(jī)控制攝像頭在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)在銀行、公安、交通、科研和一些重要的需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的部門中得到了廣泛的應(yīng)用。攝像頭及其驅(qū)動(dòng)裝置是視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分之一。但

12、是在實(shí)際應(yīng)用中，如采用步進(jìn)電機(jī)控制攝像頭，常常會(huì)出現(xiàn)圖像抖晃現(xiàn)象。為了減少低速下的機(jī)械振蕩，改善圖像質(zhì)量，采用步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)是一種比較理想的解決方法。所謂細(xì)分驅(qū)動(dòng)，就是把步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的一整步細(xì)分為若干個(gè)小步，把原來(lái)的電流變化從階躍函數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎液瘮?shù)規(guī)律變化的電流，從而減小了加速度，消除了機(jī)械振蕩，改善了圖像質(zhì)量。例如兩相混合式步進(jìn)電機(jī)39BYG009它的步距角為1.8°。39BYG009步進(jìn)電機(jī)有A、硼相繞組，它的通電方式為：如果通電的順序反相，則步進(jìn)電機(jī)反走。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)由A、B相通電轉(zhuǎn)為B、A相通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)1.8°,即一個(gè)整步。當(dāng)電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)四步后，完成一個(gè)循

13、環(huán)，我們可以認(rèn)為它轉(zhuǎn)過(guò)了電磁角一周，即360,每步即為90°的電磁角度。當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，由于相序轉(zhuǎn)換造成的速度沖擊，會(huì)使得電機(jī)轉(zhuǎn)子在平衡位置反復(fù)振蕩，影響運(yùn)行精度。為了使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，在電磁矢量A與B之間插入若干步，每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度0c=90/n,為保證電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)距不變，矢量的模應(yīng)為常數(shù)，且與A或由目等，即矢量的終點(diǎn)應(yīng)在矢量圓上。當(dāng)插入第一步時(shí)，矢量轉(zhuǎn)過(guò)口角度，這時(shí)傳目電流應(yīng)為+Acos0c,B相電流為+Bsin%;插入第二步時(shí)，矢量轉(zhuǎn)過(guò)2%角度，這時(shí)A相電流應(yīng)為+Acos2%,沖目電流為+Bsin2%;以此類推，需保證角度的均分。同樣，當(dāng)矢量轉(zhuǎn)入第四象限時(shí)，在第四象限同

14、樣插入相同的步數(shù)，而這時(shí)通電的方向應(yīng)為BA電流計(jì)算方法同第一象限。第三、第二象限也如此。所以要在兩步之間插入若干步，只要控制電機(jī)繞組的電流生成若干個(gè)臺(tái)階即可，但為了保證運(yùn)行精度，臺(tái)階數(shù)也必須為整數(shù)。5 .步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長(zhǎng)供給，無(wú)論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)可靠完成。1 .用于間歇式包裝機(jī)x間歇式包裝機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)供膜，可靠性可以得到提高。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)間歇拉帶方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難，特別是當(dāng)需要更換產(chǎn)品時(shí)，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費(fèi)很多。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得

15、到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過(guò)控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長(zhǎng)控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長(zhǎng)控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過(guò)預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開(kāi)關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)按到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長(zhǎng)供膜。2 .用于連續(xù)式包裝機(jī)在連續(xù)工包裝機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，只需通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。

16、四、步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用在連續(xù)式包裝機(jī)中，橫封是一個(gè)很重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是包裝機(jī)中比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)之一。特別對(duì)于有色檔的包裝膜，具封口和切斷位置要求極其嚴(yán)格，為了提高切斷的準(zhǔn)確性，人們先后研制了偏心鏈輪機(jī)構(gòu)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等，但這些機(jī)構(gòu)都存在著調(diào)整十分麻煩、可靠性低的缺點(diǎn)。造成這些缺點(diǎn)的主要原因是工藝要求橫封輪定速橫封和定位切斷。步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)橫封輪可以實(shí)現(xiàn)速度同步。連續(xù)式包裝機(jī)的供膜輪是連續(xù)供膜的，橫封時(shí)要求橫封的線速度與薄膜供送的速度同步，以免出現(xiàn)撕裂薄膜和薄膜堆積的情況，由于橫封輪的直徑是恒定的，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，就需要通過(guò)改變橫封輪的轉(zhuǎn)速來(lái)改變，但是橫封需要一定的時(shí)間，就是說(shuō)橫封輪與薄膜從接觸到離開(kāi)需要恒定的時(shí)間，否則封口吵嚴(yán)。橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時(shí)間的要求。為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步。預(yù)計(jì)未來(lái)步進(jìn)電機(jī)的研究還會(huì)持續(xù)深入