UIRobot培訓(xùn)-----第一課解析

1、UIRobtUIRobot培訓(xùn)培訓(xùn)第一課第一課1UIRobt2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一，步進(jìn)電機(jī)介紹一，步進(jìn)電機(jī)介紹 二，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器知識二，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器知識 三，三，UIM2400X驅(qū)動控制器介紹驅(qū)動控制器介紹 四，補(bǔ)充知識四，補(bǔ)充知識2UIRobt 第一部分第一部分 關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)知識關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)知識3UIRobt步進(jìn)電機(jī)發(fā)展史步進(jìn)電機(jī)發(fā)展史步進(jìn)電機(jī)與電磁鐵、柱塞泵同一時期開發(fā)，法國人佛羅曼提出了將電磁鐵的吸引力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)力矩的方法。1920年步進(jìn)電機(jī)的才開始實(shí)際應(yīng)用，稱為VR(Variable Relutance，變磁阻)型步進(jìn)電機(jī)，被英國海軍用作定位控制和遠(yuǎn)程遙控?；旌鲜絝I

2、B( Hybrid的縮寫，是VR與PM復(fù)合的意思)型步進(jìn)電機(jī)大約在1952年，由美國GE公司的Karl Feiextag開發(fā)的發(fā)電機(jī)演變而來。而后由美國的Superior Electric公司和Sigma Instruments公司開發(fā)出兩相1. 8度步距角的HB型步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用是在1977年，兩相步進(jìn)電機(jī)(圖1.1)被應(yīng)用于FDD(floppy disk drive軟盤驅(qū)動器)輸出軸的驅(qū)動上。我國在80年代以前一直是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電機(jī)在80年代后期才開始發(fā)展。4UIRobt什么是步進(jìn)電機(jī)？什么是步進(jìn)電機(jī)？步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它同

3、時完成兩個工作：一是傳遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度。 通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。5UIRobt步進(jìn)電機(jī)的分類及各自特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的分類及各自特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。 （1）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或1.5度；（2）反應(yīng)式步進(jìn)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，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)

4、達(dá)國家80年代已被淘汰；（3）混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，混合式步進(jìn)電機(jī)隨著相數(shù)（通電繞組數(shù)）的增加，步進(jìn)角減小，精度提高，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。6UIRobt 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)無積累誤差采用數(shù)字脈沖信號控制，不需數(shù)模轉(zhuǎn)換，便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單、成本低、無滑環(huán)和電刷， 便于維修可堵轉(zhuǎn)運(yùn)行而不會燒毀可以開環(huán)控制，抗干擾能力強(qiáng)，啟動、反轉(zhuǎn)、定位都很方便 7UIRobt步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)外表承受溫度過低，過高電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降甚至于丟失，步進(jìn)電機(jī)外表溫度在

5、攝氏度完全正常；效率低，一般在60%以下；響應(yīng)速度比較慢，步進(jìn)電動機(jī)從靜止加速到工作速度（一般為幾百RPM），需要200-400ms；步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲，步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降；步進(jìn)電動機(jī)在速運(yùn)轉(zhuǎn)時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象；過載能力比較低，所以在步進(jìn)電機(jī)在啟動時無法克服慣性負(fù)載，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電動機(jī)啟動瞬間的慣性力矩；8UIRobt步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)9UIRobt普通型兩相四線制注意：判斷電機(jī)線序是否同相有兩點(diǎn)辦法：a:任意兩根線短接，電機(jī)軸承有卡頓現(xiàn)象，證明此兩根線同相；b:萬用表打到檔，

6、同相的電阻在10-100以內(nèi)，異相電阻在K以上；UIRobt關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的專業(yè)術(shù)語關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的專業(yè)術(shù)語 A相數(shù) H電機(jī)矩頻特性 B步距角 I共振點(diǎn) C靜力矩 J丟步 D定位力矩 E步距腳精度 F最大空載啟動頻率 E最大空載運(yùn)行頻率 G相電流11UIRobt 相數(shù)：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)。 步距角：步距角： 對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。一般二相電機(jī)的步距角為 1.8 度，即電機(jī)運(yùn)動200 步為一周。 步距角精度：步距角精度：一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。12UIRobt 靜力矩（靜力矩（HOLDING TORQU

7、E，也稱為保持力，也稱為保持力矩）：矩）： 是指步進(jìn)電機(jī)通以額定電流但沒有轉(zhuǎn)動時，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)在低速時的轉(zhuǎn)矩接近靜力矩。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2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。13UIRobt 定位力矩（定位力矩（DETENT TORQUE）：）： 是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。 步距角精度：步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。 相電流：相電

8、流： 電機(jī)繞組所通過的電流。14UIRobt 最大空載起動頻率：最大空載起動頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 最大空載的運(yùn)行頻率：最大空載的運(yùn)行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高運(yùn)行頻率。15UIRobt 電機(jī)矩頻特性：電機(jī)矩頻特性： 電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與脈沖頻率關(guān)系的曲線稱為電機(jī)矩頻特性，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。在低速時的電機(jī)力矩接近靜力矩，隨著電機(jī)速度的增加，電機(jī)輸出力矩不斷衰減。 電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時的相電流在額定電流和電壓下，相電流越大，

9、電相電流越大，電機(jī)輸出力矩在低速時越大，電壓越高，高機(jī)輸出力矩在低速時越大，電壓越高，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時力矩越大。速運(yùn)轉(zhuǎn)時力矩越大。 同一電機(jī)的矩頻特性曲線在不同驅(qū)動器下的表示是會有差異的，所以選型時要留有余量。16UIRobt 電機(jī)的共振點(diǎn)：電機(jī)的共振點(diǎn)： 步進(jìn)電機(jī)均有相對固定的共振區(qū)域，2、4 相混合式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180250pps 之間（步距角1.8 度）。為使電機(jī)輸出力矩大，不失步及使系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。注意：細(xì)分會改變共振區(qū)的位置。 丟步（失步）：丟步（失步）： 控制器給電機(jī)發(fā)了 n 個脈沖，步進(jìn)電機(jī)并沒有轉(zhuǎn)動n 個步距角。一般當(dāng)電機(jī)力矩偏小、加速度偏大、

10、速度偏高、摩擦力不均勻等都會使丟步現(xiàn)象發(fā)生。17UIRobt步進(jìn)電機(jī)的外表溫度允許達(dá)到多少步進(jìn)電機(jī)的外表溫度允許達(dá)到多少?步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(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。18UIRobt為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降? 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的

11、增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。19UIRobt為什么步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)為什么步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無但若高于一定速度就無法啟動法啟動,并伴有嘯叫聲并伴有嘯叫聲? 步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。20UIRobt如何克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動和噪聲如何克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低

12、速運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動和噪聲? A.如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機(jī)械傳動避開共振區(qū)； B.采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的方法； C.換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)； D.換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高； E.在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。21UIRobt為什么步進(jìn)電機(jī)會出現(xiàn)串、并聯(lián)的情況？為什么步進(jìn)電機(jī)會出現(xiàn)串、并聯(lián)的情況？許多 2 相步進(jìn)電機(jī)有8 根引線，這種電機(jī)既可以串聯(lián)連接又可以并聯(lián)連接。 串聯(lián)連接的串聯(lián)連接的電機(jī)，電流較小，低頻力矩較大；并聯(lián)連接電機(jī)，電流較小，低頻力矩較大；并聯(lián)連接

13、的電機(jī)，電感較小，所以啟動、停止速度較的電機(jī)，電感較小，所以啟動、停止速度較快，高頻力矩有所增大。快，高頻力矩有所增大。 22UIRobt 第二部分第二部分 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器23UIRobt什么是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器？什么是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器？ 是一種能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率放大器，能把控制器發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確定位。24UIRobt步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方式步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方式 一般來說，步進(jìn)電機(jī)有恒壓、恒流驅(qū)動兩種。恒壓驅(qū)動已近淘汰，目前普遍使用橫流驅(qū)動。 恒流控制的基本思想是通過控制主電路中MOSFET

14、的導(dǎo)通時間，即調(diào)節(jié)MOSFET觸發(fā)信號的脈沖寬度，來達(dá)到控制輸出驅(qū)動電壓進(jìn)而控制電機(jī)繞組電流的目的。 25UIRobt如何簡單調(diào)如何簡單調(diào) 整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的運(yùn)轉(zhuǎn)方整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的運(yùn)轉(zhuǎn)方向？向？ 將電機(jī)與驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可。26UIRobt步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動細(xì)分 細(xì)分驅(qū)動技術(shù)是一種電流波形控制技術(shù)。其基本思想是控制每相繞組電流的波形，使其階梯上升或下降，即在0和最大值之間給出多個穩(wěn)定的中間狀態(tài)，定子磁場的旋轉(zhuǎn)過程中也就有了多個穩(wěn)定的中間狀態(tài)，對應(yīng)與電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的步數(shù)增多、步距角減小。采用細(xì)分驅(qū)動技術(shù)可以大大提高步進(jìn)電機(jī)的步距分辨率，減小轉(zhuǎn)矩波動

15、，避免低頻共振及降低運(yùn)行噪聲。27UIRobt28細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度? 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進(jìn)角為1.8的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，那么電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45，還取決于細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。 一般來說當(dāng)細(xì)分等級大于1/4后，步距角的精度不能保證。28UIRobt混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動

16、器的使能信號混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的使能信號ENA一般一般在什么情況下使用？在什么情況下使用？ 當(dāng)使能信號ENA為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機(jī)的電流被切斷，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。在有些自動化 設(shè)備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求可以用手動直接轉(zhuǎn)動電機(jī)軸，就可以將ENA置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將ENA信號置高，以繼續(xù)自動控制。29UIRobt步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的三種接線方式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的三種接線方式（1）光電隔離元件的作用：電氣隔離，抗干擾（2）三種接線方式：共陽極接法、共陰極接法、 差分式接法30UIRobt31UIRobt第三部分第三部分 UIM2400X

17、系列驅(qū)動器介紹系列驅(qū)動器介紹32UIRobt特性特性 寬電壓輸入1240VDC 電流輸出2A/4A/8A峰值可調(diào)相電流，微步116 細(xì)分 H橋雙極恒流 輸入信號光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)共陽極單脈沖 自動電流減半33UIRobt34UIRobt典型接線圖35UIRobt當(dāng)使用24V加載共用端時，需用2K 附加限流電阻。每個信號端口都需要使用單獨(dú)附加電阻。注意，光電隔離的發(fā)射二極管前向壓降為1.15V。36UIRobt如何調(diào)整輸出電流？如何調(diào)整輸出電流？A，保證驅(qū)動器背面的電流減半撥碼（即撥碼開關(guān)1）處于OFF狀態(tài)（即數(shù)字端）；B,映射電壓關(guān)系如下： UIM24002:映射電壓0-2V對應(yīng)0-2A輸出電流；

18、 UIM24 004:映射電壓1.5V-4V對應(yīng)1.5A-4A工作 電流。 UIM24008:映射電壓1.5V-4V對應(yīng)3-8A工作電流。37UIRobt如何調(diào)整細(xì)分？如何調(diào)整細(xì)分？38UIRobt第四部分第四部分 補(bǔ)充知識補(bǔ)充知識39UIRobt常見電源的分類常見電源的分類 線性電源線性電源-例如實(shí)驗(yàn)室電源，波紋較小。 開關(guān)電源開關(guān)電源-機(jī)器設(shè)備常用，工作效率高40UIRobt兩種電源比較兩種電源比較 1、線性電源精度好，紋波小，調(diào)整率好，對外干擾小，適用多種場合。 2、線性電源功率器件工作在線性狀態(tài)，因此損耗相對開關(guān)電源較高一點(diǎn)，效率上開關(guān)電源好一些。 3、開關(guān)電源的尺寸相比線性電源要小但是開關(guān)電源有污染電網(wǎng)和幅射干擾的問題。 4、開關(guān)電源不適宜用做在輸出高電壓大電流時0電壓起調(diào)的連續(xù)可調(diào)的場合，但適用于固定輸出或相對固定輸出對輻射干擾沒有太大要求的場