第三章 步進電機控制技術(shù)

1、6/25/2022計算機控制技術(shù) 1第三章第三章 步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)( (一、一、數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)二、二、逐點比較法插補原理逐點比較法插補原理三、三、步進電機控制技術(shù)步進電機控制技術(shù)6/25/2022計算機控制技術(shù) 2一、數(shù)字程序控制基礎(chǔ)一、數(shù)字程序控制基礎(chǔ)(fundamental of numeric program control)數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制主要用于機床的自動控制，如加工中心、線切割主要用于機床的自動控制，如加工中心、線切割機等的自動控制系統(tǒng)中，采用數(shù)字程序控制的機床稱為機等的自動控制系統(tǒng)中，采用數(shù)字程序控制的機床稱為數(shù)數(shù)控機床控機床。所謂所謂數(shù)

2、字程序控制數(shù)字程序控制，就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制，就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制機床按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度機床按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等自動地完成工作地自動控制。等自動地完成工作地自動控制。1、數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理(principle)2、數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式(manner)6/25/2022計算機控制技術(shù) 31 1、數(shù)字程序控制原理、數(shù)字程序控制原理(P64)(P64) 圖中圖中abcd為繪圖儀繪圖曲線或零為繪圖儀繪圖曲線或零件的加工曲線。件的加工曲線。將圖中的曲線分成若干段：將圖中的曲線分成若干段：XY

3、abcd0 當(dāng)給定當(dāng)給定a、b、c、d各點的各點的x和和y坐標(biāo)，如何確定坐標(biāo)，如何確定各坐標(biāo)值之間的中間值？各坐標(biāo)值之間的中間值？求得這些中間值的數(shù)值計算方法稱為插補或插值求得這些中間值的數(shù)值計算方法稱為插補或插值。 插補計算插補計算就是通過給定的就是通過給定的基點坐標(biāo)基點坐標(biāo)，以一定的，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，而這些中間點的坐標(biāo)速度連續(xù)定出一系列中間點，而這些中間點的坐標(biāo)值是以一定的精度逼近給定的線段。值是以一定的精度逼近給定的線段。cdabbc，基點基點基點基點6/25/2022計算機控制技術(shù) 4所謂所謂直線插補直線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近，也就是是指在給

4、定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近，也就是由此方法定出的中間點連接起來的由此方法定出的中間點連接起來的若干折線若干折線近似于一條直線，而并不近似于一條直線，而并不是一條真正的直線。是一條真正的直線。所謂所謂二次曲線插補二次曲線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近，也是指在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近，也就是實際的中間點連線是一條近似于曲線的就是實際的中間點連線是一條近似于曲線的折線弧折線弧。常用的常用的二次曲線二次曲線有圓弧有圓弧(arc)、拋物線、拋物線(parabola)和雙曲線和雙曲線(hyperbola)等等XYabcd0 理論上來講，插補的形式理論上來講，插補

5、的形式可以是任意函數(shù)，但常用的是可以是任意函數(shù)，但常用的是直線插補直線插補和和二次曲線插補二次曲線插補。直線插補直線插補(beeline)二次曲線二次曲線(conic)6/25/2022計算機控制技術(shù) 5最后，把插補運算過程中定出的各中間點，以最后，把插補運算過程中定出的各中間點，以脈沖脈沖形式去控制形式去控制x、y方向上的步進電機（繪圖筆、或加工刀具），從而繪方向上的步進電機（繪圖筆、或加工刀具），從而繪出圖形或加工出所要求的輪廓。出圖形或加工出所要求的輪廓。每一個脈沖信號步進電機走一步，即繪圖筆或刀具在每一個脈沖信號步進電機走一步，即繪圖筆或刀具在 x 或或 y 方方向移動一步。向移動一步

6、。把對應(yīng)于每個脈沖移動的相對位置稱為把對應(yīng)于每個脈沖移動的相對位置稱為脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量，又稱為步長。，又稱為步長。常用常用x，y來表示，且取來表示，且取xy。6/25/2022計算機控制技術(shù) 6圖示是一段用折線逼近直線的直線插補線段，記圖示是一段用折線逼近直線的直線插補線段，記 x 方向和方向和 y 方向移動的總步數(shù)為方向移動的總步數(shù)為Nx和和Ny 。xxxNex0yyyNey0則則x 方向移動的總步數(shù)方向移動的總步數(shù) 則則y 方向移動的總步數(shù)方向移動的總步數(shù) 將將x和和y定義為定義為坐標(biāo)增量值坐標(biāo)增量值（即（即xy 1） ，則插補，則插補運算就是如何分配運算就是如何分配 x 和和 y 方向上

7、的脈沖數(shù)，使實際的中間點方向上的脈沖數(shù)，使實際的中間點軌跡盡可能地逼近理想軌跡。軌跡盡可能地逼近理想軌跡。 實際的中間點連接線是一條由實際的中間點連接線是一條由x和和y 的增量組成的折線，的增量組成的折線，只是由于只是由于x和和y 的值很小，看起來和直線一樣。的值很小，看起來和直線一樣。XY(x0,y0)0(xe,ye)6/25/2022計算機控制技術(shù) 72 2、數(shù)字程序控制方式、數(shù)字程序控制方式從運動軌跡劃分：從運動軌跡劃分：*點位控制點位控制(Point To Point-PTP) 點位控制系統(tǒng)中，只要求控制加工刀具行程的終點坐標(biāo)值即點位控制系統(tǒng)中，只要求控制加工刀具行程的終點坐標(biāo)值即可。

8、（鉆床、沖床等）可。（鉆床、沖床等）* 路徑控制路徑控制（Continuous Path-CP) 路徑控制系統(tǒng)中，要求在運動過程中將工件加工成某一形狀，路徑控制系統(tǒng)中，要求在運動過程中將工件加工成某一形狀，因此不但要控制終點坐標(biāo)，還要控制其軌跡，保證其插補因此不但要控制終點坐標(biāo)，還要控制其軌跡，保證其插補值滿足精度要求。包括直線切削控制和輪廓切削控制。值滿足精度要求。包括直線切削控制和輪廓切削控制。XYabcd06/25/2022計算機控制技術(shù) 8從控制原理劃分：從控制原理劃分：* 閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，這種控制結(jié)構(gòu)大都采用直流電機作為驅(qū)，這種控制結(jié)構(gòu)大都采用直流電機作為驅(qū)動元件，

9、反饋測量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵或動元件，反饋測量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵或感應(yīng)同步器。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高。感應(yīng)同步器。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度高。* 開環(huán)數(shù)字程序控制系統(tǒng)開環(huán)數(shù)字程序控制系統(tǒng)，這種控制結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，這種控制結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由步進電機驅(qū)動。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖工作臺由步進電機驅(qū)動。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖計算機步進電機步進電機驅(qū)動電路工作臺工作臺由工作臺由步進電機步進電機驅(qū)動，步進電機接受驅(qū)動電路發(fā)來的指令驅(qū)動，步進電機接受驅(qū)動電路發(fā)來的指令脈沖作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。把刀具移動到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢?。脈沖作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。把刀具移動到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢?。至于刀具是否到達脈沖所規(guī)定

10、的位置，則不受檢查。至于刀具是否到達脈沖所規(guī)定的位置，則不受檢查。 所以，控制的可靠性和精度由步進電機或傳動裝置決定。所以，控制的可靠性和精度由步進電機或傳動裝置決定。6/25/2022計算機控制技術(shù) 9二、逐點比較法插補原理二、逐點比較法插補原理所謂所謂逐點比較法插補逐點比較法插補，就是繪圖筆或刀具每走一步都要和給定，就是繪圖筆或刀具每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進行比較，然后再決定下一步怎么走。軌跡上的坐標(biāo)值進行比較，然后再決定下一步怎么走。如果這點在給定軌跡的下方，則下一步就往給定軌跡的上方走；如果這點在給定軌跡的下方，則下一步就往給定軌跡的上方走；如果原來在給定軌跡的的外面，則下一步

11、就往給定軌跡的里面如果原來在給定軌跡的的外面，則下一步就往給定軌跡的里面走；走；如此，走一步，比較一步，決定下一步的走向，以便逼近給定如此，走一步，比較一步，決定下一步的走向，以便逼近給定軌跡。軌跡。逐點比較法逐點比較法是以是以階梯折線階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線的；來逼近直線或圓弧等曲線的；最大誤差最大誤差就是一個脈沖當(dāng)量。就是一個脈沖當(dāng)量。（1）逐點比較直線插補逐點比較直線插補（2）逐點比較圓弧插補逐點比較圓弧插補6/25/2022計算機控制技術(shù) 101 1、逐點比較直線插補、逐點比較直線插補v 偏差計算公式偏差計算公式假設(shè)在第一象限加工直線段假設(shè)在第一象限加工直線段OA，起點是坐標(biāo)原點

12、，終點起點是坐標(biāo)原點，終點A (xe , ye )點點m (xm , ym )是加工點，若是加工點，若點點m在直線段在直線段OA上，則有：上，則有：eemmyxyx即即0ememyxxy定義直線插補的定義直線插補的偏差判別式偏差判別式為為：ememmyxxyFXY0A(xe,ye)ymxmm(xm,ym)mm6/25/2022計算機控制技術(shù) 11* 若若Fm0，點點m在在OA上；上；* 若若Fm 0，點，點m在在OA上方，上方，即為即為點點m；* 若若Fm 0，點，點m在在OA下方，下方，即為即為點點m。ememmyxxyF第一象限直線逐點比較法插補原理第一象限直線逐點比較法插補原理：從直線的

13、起點（坐標(biāo)原點）出發(fā)，從直線的起點（坐標(biāo)原點）出發(fā)，* 當(dāng)當(dāng)Fm 0，沿，沿x方向走一步；方向走一步；* 當(dāng)當(dāng)Fm 0，沿，沿y方向走一步；方向走一步；* 當(dāng)兩方向所走得步數(shù)與終點坐標(biāo)當(dāng)兩方向所走得步數(shù)與終點坐標(biāo)(xe , ye )相等時，發(fā)出終點相等時，發(fā)出終點到信號，停止插補。到信號，停止插補。XY0A(xe,ye)ymxmm(xm,ym)mm6/25/2022計算機控制技術(shù) 12XY0A(xe,ye)ymxmm(xm,ym)mm為了編程方便，進一步推導(dǎo)為了編程方便，進一步推導(dǎo)簡化的偏差計算公式。簡化的偏差計算公式。設(shè)加工點正處于設(shè)加工點正處于m點點，當(dāng)當(dāng)Fm0，標(biāo)明，標(biāo)明m點在點在OA上

14、或上或OA的上方，應(yīng)沿的上方，應(yīng)沿x方向走一步至方向走一步至(m+1)點，點，11mmxxmmyy1所以，所以，點點(m+1)的坐標(biāo)值的坐標(biāo)值：點點(m+1)的偏差為的偏差為：ememmyxxyF111ememyxxy) 1(eememyyxxyemmyFF16/25/2022計算機控制技術(shù) 13XY0A(xe,ye)ymxmm(xm,ym)mm設(shè)加工點正處于設(shè)加工點正處于m點點，當(dāng)當(dāng)Fm 0，標(biāo)明，標(biāo)明m點在點在OA的下方，應(yīng)沿的下方，應(yīng)沿y方向走一步方向走一步至至(m+1)點，點，mmxx111mmyy所以，所以，點點(m+1)的坐標(biāo)值的坐標(biāo)值：點點(m+1)的偏差為的偏差為：ememmy

15、xxyF111ememyxxy) 1(emeemyxxxyemmxFF16/25/2022計算機控制技術(shù) 14簡化的偏差計算公式簡化的偏差計算公式：新的加工點的偏差新的加工點的偏差Fm1 都可以由前一點的偏差都可以由前一點的偏差 Fm 和終點坐和終點坐標(biāo)相加減得到。標(biāo)相加減得到。當(dāng)當(dāng)Fm0，沿，沿x方向走一步，方向走一步，emmyFF1當(dāng)當(dāng)Fm 0，沿，沿y方向走一步，方向走一步，emmxFF1注意注意：加工的起點是坐標(biāo)原點，起點的偏差是已知的，：加工的起點是坐標(biāo)原點，起點的偏差是已知的， 即：即： F006/25/2022計算機控制技術(shù) 15v 終點判斷方法終點判斷方法設(shè)置一個終點計數(shù)器，寄

16、存設(shè)置一個終點計數(shù)器，寄存x 和和 y 兩個坐標(biāo)進給的總步數(shù)兩個坐標(biāo)進給的總步數(shù)Nxy； x 和和 y 坐標(biāo)走一步，坐標(biāo)走一步，Nxy就減就減1； 若若Nxy0，則表明到達終點。，則表明到達終點。 設(shè)置設(shè)置Nx和和 Ny兩個減法計數(shù)器，在加工開始前，兩個減法計數(shù)器，在加工開始前， Nx和和 Ny分分別存入終點坐標(biāo)值別存入終點坐標(biāo)值xe 和和ye ； 在在x坐標(biāo)（或坐標(biāo)（或 y 坐標(biāo)）走一步，坐標(biāo)）走一步，Nx就減就減1（或（或Ny就減就減1 ）；）； 當(dāng)當(dāng)Nx和和 Ny兩都減到兩都減到0時，到達終點。時，到達終點。v 插補計算過程插補計算過程插補計算時，每走一步，都要進行以下插補計算時，每走一

17、步，都要進行以下4 4個步驟的插補計算過個步驟的插補計算過程：程：偏差判別偏差判別、坐標(biāo)進給坐標(biāo)進給、偏差計算偏差計算、終點判斷。終點判斷。6/25/2022計算機控制技術(shù) 16例題例題 設(shè)加工第一象限直線設(shè)加工第一象限直線OA，起點坐標(biāo)，起點坐標(biāo)O(0,0)，終點坐標(biāo)，終點坐標(biāo)A(6,4)，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。解：終點坐標(biāo)：解：終點坐標(biāo)：Nxy |60| + |40| = 10坐標(biāo)進給的總步數(shù)：坐標(biāo)進給的總步數(shù)：xe 6， ye 4起點偏差：起點偏差：F00逐點比較直線插補舉例逐點比較直線插補舉例插補計算過程如下表：插補計算過程如下表：6/25/

18、2022計算機控制技術(shù) 17起點起點F00Nxy1012345678910F00 x步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進給坐標(biāo)進給偏差計算偏差計算終點判斷終點判斷xF1F0ye 4 4Nxy9F1 0 0 xF3F2ye 2 2xe ,6， ye 4Nxy7Nxy6Nxy5Nxy4Nxy3Nxy2Nxy1Nxy0F3 0 0 xF5F4ye 0 0F5= 0 0 xF6F5ye 4 4F6 0 0 xF8F7ye 2 2F8 0 0F10F9ye 06/25/2022計算機控制技術(shù) 18直線插補的走步軌跡圖直線插補的走步軌跡圖：XYoA(6,4)5432143216123456789106/25/2

19、022計算機控制技術(shù) 192 2、逐點比較圓弧插補、逐點比較圓弧插補v偏差計算公式偏差計算公式設(shè)在第一象限加工逆圓弧設(shè)在第一象限加工逆圓弧AB，其其半徑為半徑為R，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點，圓弧起點是圓弧起點是A (x0 , y0 ) ，終點終點B (xe , ye )，點點m (xm , ym )是加工點，是加工點，XY0B(xe,ye)RmxmA(x0,y0)M(xm,ym)R它與圓心的距離為它與圓心的距離為Rm，比較比較Rm和和R ：222mmmyxR定義偏差判別式：定義偏差判別式：22RRFmm得圓弧插補的得圓弧插補的偏差判別式偏差判別式為為：222RyxFmmm22

20、2yxR，6/25/2022計算機控制技術(shù) 20XY0B(xe,ye)RmA(x0,y0)M(xm,ym)R* 若若Fm0，點點m在圓弧上；在圓弧上；* 若若Fm 0，點，點m在圓弧外；在圓弧外；* 若若Fm 0，點，點m在圓弧內(nèi)。在圓弧內(nèi)。222RyxFmmm第一象限逆圓弧逐點比較法插補原理第一象限逆圓弧逐點比較法插補原理：從圓弧的起點出發(fā)，從圓弧的起點出發(fā)，* 當(dāng)當(dāng)Fm 0，為了逼近圓弧，沿，為了逼近圓弧，沿x方向走一步；方向走一步；* 當(dāng)當(dāng)Fm 0，為了逼近圓弧，沿，為了逼近圓弧，沿y方向走一步；方向走一步；* 到達終點后，停止插補。到達終點后，停止插補。6/25/2022計算機控制技術(shù)

21、 21為了編程方便，進一步推為了編程方便，進一步推導(dǎo)導(dǎo)簡化的偏差計算公式簡化的偏差計算公式。設(shè)加工點正處于設(shè)加工點正處于m點點，當(dāng)當(dāng)Fm0，應(yīng)沿，應(yīng)沿x方向方向走一步至走一步至(m+1)點，點，11mmxxmmyy1所以，所以，點點(m+1)的坐標(biāo)值的坐標(biāo)值：點點(m+1)的偏差為的偏差為：221211RyxFmmm222) 1(Ryxmm121mmmxFFXY0B(xe,ye)RmA(x0,y0)M(xm,ym)R6/25/2022計算機控制技術(shù) 22當(dāng)當(dāng)Fm 0，應(yīng)沿，應(yīng)沿+y方向走一步至方向走一步至(m+1)點，點，所以，點所以，點(m+1)(m+1)的坐標(biāo)值：的坐標(biāo)值：mmxx111m

22、myy點點(m+1)的偏差為的偏差為：221211RyxFmmm222) 1(Ryxmm121mmmyFFXY0B(xe,ye)RmA(x0,y0)M(xm,ym)R6/25/2022計算機控制技術(shù) 23簡化的偏差計算公式簡化的偏差計算公式：只要知道前一點的偏差只要知道前一點的偏差 Fm 和坐標(biāo)值，就可求出新加工點的偏和坐標(biāo)值，就可求出新加工點的偏差差Fm1 。當(dāng)當(dāng)Fm0，沿，沿x方向走一步，方向走一步，121mmmxFF當(dāng)當(dāng)Fm 0，沿，沿y方向走一步，方向走一步，121mmmyFF注意注意：加工的起點是從圓弧起點開始的，所以，起點的偏：加工的起點是從圓弧起點開始的，所以，起點的偏差是已知的

23、，即：差是已知的，即： F006/25/2022計算機控制技術(shù) 24v 終點判斷方法終點判斷方法圓弧插補的終點判斷方法和直線插補相同：圓弧插補的終點判斷方法和直線插補相同：可將可將x方向的走步步數(shù)方向的走步步數(shù)Nx| xe x0|，和，和 y 方向的走步步數(shù)方向的走步步數(shù)Ny| ye y0| 的總和的總和Nxy作為一個計數(shù)器；作為一個計數(shù)器；x 和和 y 坐標(biāo)走一步，坐標(biāo)走一步，Nxy就減就減1； 若若Nxy0，則表明到達終點。，則表明到達終點。v 插補計算過程插補計算過程圓弧插補計算過程比直線插補計算過程多一個環(huán)節(jié)，即要計算圓弧插補計算過程比直線插補計算過程多一個環(huán)節(jié)，即要計算加工點的坐標(biāo)值

24、。因此，圓弧插補計算過程要進行加工點的坐標(biāo)值。因此，圓弧插補計算過程要進行5 5個步驟：個步驟：偏差判別偏差判別、坐標(biāo)進給坐標(biāo)進給、偏差計算偏差計算、坐標(biāo)計算坐標(biāo)計算、終點判斷。終點判斷。6/25/2022計算機控制技術(shù) 25逐點比較圓弧插補舉例逐點比較圓弧插補舉例例題例題 設(shè)加工第一象限逆圓弧設(shè)加工第一象限逆圓弧AB，起點坐標(biāo)，起點坐標(biāo)A(4,0)，終點坐標(biāo)，終點坐標(biāo)B(0,4)，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。，試進行插補計算并作出走步軌跡圖。解：起、終點坐標(biāo)：解：起、終點坐標(biāo)：Nxy |40| + |40| = 8坐標(biāo)進給的總步數(shù)：坐標(biāo)進給的總步數(shù)：xe 0， ye 4起點偏差：起點偏差

25、：F00 x0 4， y0 0；6/25/2022計算機控制技術(shù) 26圓弧插補計算過程：圓弧插補計算過程：起點（起點（4,0），終點（），終點（0,4）步步數(shù)數(shù)偏差偏差判別判別坐標(biāo)坐標(biāo)進給進給偏差計算偏差計算終點終點判斷判斷坐標(biāo)計算坐標(biāo)計算起點起點F00Nxy812345678F00 xF1F02x0 +1+17 7Nxy7F1 0 0yF2F12y1 +1+16 6Nxy6F2 0 0yF3F22y21 13 3Nxy4Nxy3Nxy2Nxy0F3 0 0 xF5F42x41 13 3F5 0 0 xF7F62x61 11 1F7 0 0 xF8F72x7 1 10Nxy5Nxy1x0 4，

26、 y0 0 x1 x0 13， y1 0 x2 3， y2 y1 11x3 3， y3 y2 12x4 3， y4 y3 13x5 x512，y5 3x6 2，y6 y514x7 x611，y74x8 x710，y746/25/2022計算機控制技術(shù) 27圓弧插補的走步軌跡圖圓弧插補的走步軌跡圖：XYoA(4,0)43214321B(0,4)123456786/25/2022計算機控制技術(shù) 28作業(yè)作業(yè)1、加工第一象限直線、加工第一象限直線OA，起點，起點O(0,0)，終點，終點A(11,7)。要求：。要求：（1）按逐點比較法插補進行列表計算；）按逐點比較法插補進行列表計算；（2）作出走步軌跡

27、圖，并標(biāo)明走步方向和步數(shù)。）作出走步軌跡圖，并標(biāo)明走步方向和步數(shù)。2、加工第一象限逆圓弧、加工第一象限逆圓弧AB，起點，起點A（6，0），終點（），終點（0，6），），要求要求（1）按逐點比較法插補進行列表運算；）按逐點比較法插補進行列表運算；（2）作出走步軌跡圖，并標(biāo)明走步方向和步數(shù)。）作出走步軌跡圖，并標(biāo)明走步方向和步數(shù)。6/25/2022計算機控制技術(shù) 29步進電機步進電機又稱脈沖電機，是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為又稱脈沖電機，是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機電式數(shù)模（角位移的機電式數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器。）轉(zhuǎn)換器。 特點特點：（1）作為執(zhí)行元件，具有快速啟停能力，一般其步）作為執(zhí)行元件，具

28、有快速啟停能力，一般其步進速率為進速率為2001000步步/秒；秒；（2）精度高，步距角可以由）精度高，步距角可以由0.3690/步，而且復(fù)位準(zhǔn)步，而且復(fù)位準(zhǔn)確。確。 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛：（1）打印機、繪圖機一般都采用步進電機來定位繪）打印機、繪圖機一般都采用步進電機來定位繪圖筆、或光學(xué)鏡頭；圖筆、或光學(xué)鏡頭；（2）工業(yè)過程控制的位置控制系統(tǒng)。）工業(yè)過程控制的位置控制系統(tǒng)。三、步進電機控制技術(shù)三、步進電機控制技術(shù)6/25/2022計算機控制技術(shù) 30uABCAACCBB0123轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子6/25/2022計算機控制技術(shù) 311、步進電機工作原理：、步進電機工作原理：電機的定子電機的定子上有

29、上有6個等分的磁極（個等分的磁極（6個齒），即個齒），即A、A、B、B、C、C，相鄰兩個磁極間的夾角是，相鄰兩個磁極間的夾角是60。相對的磁極組成一相，形成如圖三相步進電機相對的磁極組成一相，形成如圖三相步進電機AA相，相，BB相，相，CC相。相。當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極立即形成當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極立即形成N極和極和S極。極。電機的轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)子有四個齒，有四個齒，0、1、2、3齒。齒。直流電源直流電源u分別對步進電機分別對步進電機AA、BB、CC相繞組輪流相繞組輪流通電。通電。6/25/2022計算機控制技術(shù) 32初始狀態(tài)，初始狀態(tài)，開關(guān)開關(guān)A接通

30、接通，則，則A相齒極和轉(zhuǎn)子的相齒極和轉(zhuǎn)子的0、2號齒對齊。號齒對齊。同時，同時，1、3齒和齒和B、C齒極形成錯齒狀態(tài)。齒極形成錯齒狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)A關(guān)閉，開關(guān)關(guān)閉，開關(guān)B接通接通，由于，由于B相繞組和轉(zhuǎn)子的相繞組和轉(zhuǎn)子的1、3齒之齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子1、3號齒和號齒和B相磁極對齊。同相磁極對齊。同時，時，0、2號齒就和號齒就和A、C相繞組磁極線形成錯齒狀態(tài)。相繞組磁極線形成錯齒狀態(tài)。此后，此后，當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)B關(guān)閉，開關(guān)關(guān)閉，開關(guān)C接通接通，由于，由于C相繞組和轉(zhuǎn)子的相繞組和轉(zhuǎn)子的0、2齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子齒之間的磁力線作用，使得轉(zhuǎn)子0、2號齒和號齒和C

31、相磁極對齊。相磁極對齊。同時，同時，1、3號齒就和號齒就和A、B相繞組磁極線形成錯齒狀態(tài)。相繞組磁極線形成錯齒狀態(tài)。此時轉(zhuǎn)子移動了一個齒距角。此時轉(zhuǎn)子移動了一個齒距角。可見，錯齒是電機旋轉(zhuǎn)的根本原因可見，錯齒是電機旋轉(zhuǎn)的根本原因6/25/2022計算機控制技術(shù) 33將一相繞組通電的操作稱為將一相繞組通電的操作稱為一拍一拍，那么，對，那么，對A、B、C三相繞三相繞組輪流通電需要組輪流通電需要三拍三拍。顯然，三相步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距，需要三拍操作，它的顯然，三相步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距，需要三拍操作，它的轉(zhuǎn)子有四個齒，一個齒距角為轉(zhuǎn)子有四個齒，一個齒距角為9090。對于一個步進電機，如果它的轉(zhuǎn)

32、子的齒數(shù)為對于一個步進電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的，它的齒距角齒距角z，則，則，z2/Z=360/Z步進電機每一拍就執(zhí)行一次步進，稱為步進電機每一拍就執(zhí)行一次步進，稱為步距角步距角，運行工作拍，運行工作拍數(shù)數(shù)N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距角齒距角，則，則NZNz360/假設(shè)三相步進電機采用三拍方式，假設(shè)三相步進電機采用三拍方式，它的步距角它的步距角 360/3430 ；* 轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子有40個齒，個齒，它的步距角它的步距角 360/3403 。* 轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子有4個齒，個齒，6/25/2022計算機控制技術(shù) 342、步進電機工作方式：、步進電機工作方式：步進電機有三相、四相、五相

33、、六相等多種；步進電機有三相、四相、五相、六相等多種；可工作于單相通電方式，也可工作于雙相通電方式，或者單相、可工作于單相通電方式，也可工作于雙相通電方式，或者單相、雙相交叉通電方式。雙相交叉通電方式。選用不同的工作方式，使步進電機具有不同的工作性能，如減選用不同的工作方式，使步進電機具有不同的工作性能，如減小步距，提高定位精度和工作穩(wěn)定性等。小步距，提高定位精度和工作穩(wěn)定性等。對于三相步進電機：對于三相步進電機：（1）單相三拍工作方式（單三拍）單相三拍工作方式（單三拍）（2）雙三拍工作方式（雙三拍）雙三拍工作方式（雙三拍）（3）三相六拍工作方式）三相六拍工作方式6/25/2022計算機控制技

34、術(shù) 35（1）單相三拍工作方式（單三拍）單相三拍工作方式（單三拍）單：每次對單相通電；單：每次對單相通電；三拍：指電流切換三拍：指電流切換3次，即換相次，即換相3次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距。一個齒距。為了使步進電機能正向旋轉(zhuǎn)，對各相的通電順序為為了使步進電機能正向旋轉(zhuǎn)，對各相的通電順序為 ABCA各相通電的波形各相通電的波形6/25/2022計算機控制技術(shù) 36該工作方式下：每相周期為三拍，每個周期內(nèi)通電該工作方式下：每相周期為三拍，每個周期內(nèi)通電1拍；拍； 且每拍都是單相通電，且每拍都是單相通電，若轉(zhuǎn)子為若轉(zhuǎn)子為40齒，齒，則齒距角則齒距角z 360 /40

35、=9 9, ,則步距角則步距角 9 9 /3=3 6/25/2022計算機控制技術(shù) 37（2）雙三拍工作方式）雙三拍工作方式雙：每次兩相同時通電，雙：每次兩相同時通電，三拍：控制電流切換三拍：控制電流切換3次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距。次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距。雙三拍工作方式下，各相的通電順序為雙三拍工作方式下，各相的通電順序為 ABBCCAAB各相通電的波形各相通電的波形6/25/2022計算機控制技術(shù) 38此種工作方式下：每相周期為三拍，每個周期內(nèi)連續(xù)通電此種工作方式下：每相周期為三拍，每個周期內(nèi)連續(xù)通電2拍；拍； 且每拍都有兩相通電。且每拍都有兩相通電。若轉(zhuǎn)子為若轉(zhuǎn)子為4

36、0齒，齒，則齒距角則齒距角z 360 /40=9 9, ,則步距角則步距角 9 9 /3=3 6/25/2022計算機控制技術(shù) 39（3）三相六拍工作方式）三相六拍工作方式三相六拍工作方式就是把單三拍和雙三拍結(jié)合起來的工作方式。三相六拍工作方式就是把單三拍和雙三拍結(jié)合起來的工作方式。三相六拍各相的通電順序為三相六拍各相的通電順序為 AABBBCCCAA控制電壓切換控制電壓切換6次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距6/25/2022計算機控制技術(shù) 40此種工作方式下：每相周期為此種工作方式下：每相周期為6拍，其中拍，其中6拍中有拍中有3拍是單相通拍是單相通電，電，

37、3拍是雙相通電，其通電波形是方波，即拍是雙相通電，其通電波形是方波，即3拍連續(xù)通電，拍連續(xù)通電，3拍連續(xù)斷電。拍連續(xù)斷電。若轉(zhuǎn)子為若轉(zhuǎn)子為40齒，則齒，則齒距角齒距角z 360 /40=9 9, , 則步距角則步距角 9 9 /6=1.5 所以六所以六6 6拍工作方式比單三拍和雙三拍的步進精度高一倍拍工作方式比單三拍和雙三拍的步進精度高一倍6/25/2022計算機控制技術(shù) 413、步進電機的控制接口及輸出表、步進電機的控制接口及輸出表常規(guī)的步進電機控制電路主要由常規(guī)的步進電機控制電路主要由脈沖分配器脈沖分配器和和驅(qū)動電路驅(qū)動電路組成；組成；采用采用微機控制微機控制，主要取代脈沖分配器，驅(qū)動電路是不可省的，主要取代脈沖分配器，驅(qū)動電路是不可省的，同時用微機實現(xiàn)對同時用微機實現(xiàn)對步進電機的走步數(shù)步進電機的走步數(shù)、轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向以及以及速度控制速度控制等。等。（1）步進電機控制接口）步進電機控制接口（2）步進電機控制的輸出字表）步進電機控制的輸出字表（3）步進電機控制程序）步進電機控制程序6/25/2022計算機控制