步進電機系統(tǒng)

1、*1 開環(huán)控制系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動線路一、系統(tǒng)構(gòu)成電脈沖機械角位移大小 輸入脈沖個數(shù)速度 輸入脈沖頻率方向：繞組通電順序*2沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)*3二、步進電機的選擇 1、步距角的選擇 =S / 360 i (mm / 脈沖） -脈沖當(dāng)量 S 絲杠螺距 -步距角 （） i-電機與絲杠間的傳動比， I是大于1的數(shù)2、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)距Tjmax 的選擇TF = (F+W)S 10 2i(N.m)F-運動方向的阻抗切削力 （N) 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)W工

2、件及工作臺重量（N) 齒輪和絲杠的總效率I減速比 TF（0.20.4) Tjmax(相數(shù)較多、突跳頻率不高系數(shù)取大值步進電機的伺服進給傳動示意圖*43、啟動頻率fq的選擇fq：空載啟動頻率（Hz) ，查電動機樣本；fqF：設(shè)計要求的負(fù)載啟動頻率（Hz) ，TF未知時，取fqF =fq /2 ； T：空載啟動頻率下由矩頻特性決定的力矩（N.m），查曲線；J：電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，查電動機樣本（N.m.s)；JF：電機軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量（N.m.s)；J1、J2、 J3 ：齒輪Z1、Z2及絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（N.m.s) ；*5v：進給速度(m/min)。若要求工進時（ve，Te)，快進時（vk，Tk

3、)，則選擇步進電動機（fe，Te)和（fk，Tk)，使Te Te， Tk Tk 。4、fmax 的選擇 選擇步進電機的連續(xù)運行頻率fmax 應(yīng)能滿足機床工作臺最高運行速度的要求。*6 驅(qū)動及控制系統(tǒng)組成：環(huán)形脈沖分配器+功率放大器對驅(qū)動電源的要求 （1）電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應(yīng)與步進電機的基本參數(shù)相適應(yīng)； （2）能滿足步進電機啟動頻率和運行頻率的要求； （3）工作可靠，抗干擾能力強； （4）成本低，效率高，安裝和維護方便。三、步進電動機的驅(qū)動及控制系統(tǒng)（驅(qū)動電源）*71. 環(huán)形脈沖分配器 作用與分類 作用：將數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖分配給步進電動機的各相輸 入端， 使步進電動機各繞組按一定

4、的順序和時間通電和斷 電，并使電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 硬件環(huán)形分配器邏輯電路CH250 三相反應(yīng)式步進電機環(huán)形分配器的專用集成電路芯片環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配：I/O線少，速度高，專用集成電路 芯片；軟件環(huán)形分配：線路簡化，靈活性大，成本低， I/O線多， 速度慢*8123456789181716151413121110CP-+CVCCBAYB013SG選通輸出控制清零3，4 勵磁方式控制A0=0, A1=0 三相單三拍A0=0, A1=1 三相雙三拍A0=1 三相六拍5，6 選通輸入控制9 接地時鐘輸入（脈沖頻率）12，11 正、反轉(zhuǎn)控制13 出錯報警輸出18，17，15 A，B，C相輸出16 電源

5、*9 控制字X X向E0 Z R Z向E0 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0PA0PA18155PA2PA5PA6PA7PA3PA4TMOUT光電隔離功率放大Z向光電隔離功率放大X向GNDVccA0A1E0E1E2RABCDE+-CPA0A1E0E1E2RABC+-CPVccGNDVccGND+5V+5VYB015YB013*10UD J3L J3r C B A R* R CH250 J6r J6L EN CL Us 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8A、B、C- A、B、C 相輸出端 UD 、US-電源端J3L J3r J6r J6L -分別為

6、控制三拍、六拍工作的控制端R、R*-確定初始勵磁相；若為“10”，則為A相；若為“01”，則為A、B相。環(huán)分工作時應(yīng)為“00”狀態(tài)。CL、CN-進給脈沖輸入端，若EN=1，進給脈沖接CL,脈沖上升沿使環(huán)形分配器工作；若CL=0，進給脈沖接EN,脈沖下降沿使環(huán)形分配器工作。不符合上述規(guī)定則為環(huán)形分配器狀態(tài)鎖定（保持）。*11（2）軟件環(huán)形分配器 查表法原理（比較法、移位寄存器法等） 軟件環(huán)形分配器控制流程框圖8031PA0PA1 PA2 PA3PA4 PA5 PA6 PA7 光電隔離電路功率放大電路XZABCabc8155*12 X向步進電機 Z向步進電機節(jié)拍 C B A存儲單元方向節(jié)拍 c b

7、 a 存儲單元方向PA2PA1PA0地址內(nèi)容PA5PA4PA3地址內(nèi)容10012A00H01H逆轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn)10012A10H08H逆轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)20112A01H03H20112A11H18H30102A02H02H30102A12H10H41102A03H06H41102A13H30H51002A04H04H51002A14H20H61012A05H05H61012A15H28H兩步進電機軟件環(huán)形分配器輸出狀態(tài)表 *132、功率放大器（功率驅(qū)動器） 作用及分類 作用：將環(huán)形分配器或I/O口輸出的弱電信號放大，給步進電 機每相繞組提供脈沖勵磁電流（1）單電壓與高低壓驅(qū)動電路功率放大器按驅(qū)動方式：單壓驅(qū)

8、動、雙壓（高低壓）驅(qū)動按功率開關(guān)元件：功率晶體管驅(qū)動、晶閘管驅(qū)動按控制方式：高低壓定時控制、恒流斬波控制、 脈寬控制繞組上升電流電流變化率上升時間常數(shù)下降時間常數(shù)*14單電壓驅(qū)動電路高低壓驅(qū)動電路*15斬波驅(qū)動電路三種驅(qū)動電路電流波形（2）斬波驅(qū)動電路*16四、開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計開環(huán)進給伺服系統(tǒng)(Open-Loop System)不帶位置測量反饋裝置的系統(tǒng)；驅(qū)動電機只能用步進電機；主要用于經(jīng)濟型數(shù)控或普通機床的數(shù)控化改造A相、B相C相、A相、B相C相、f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大步進電機*17 步進電機開環(huán)系統(tǒng)設(shè)計要解決的主要問題：* 動力計算 * 傳動計算

9、* 驅(qū)動電路設(shè)計或選擇目的：傳動計算選擇合適的參數(shù)以滿足脈沖當(dāng)量和進給速度F的要求。圖中：f 脈沖頻率（HZ ） 步距角 （度） Z1、Z2 傳動齒輪齒數(shù) t 螺距(mm) 脈沖當(dāng)量（mm）步進電機Z1Z2tf，*18 傳動比選擇： 為了湊脈沖當(dāng)量mm，也為了增大傳遞的扭矩，在步進電機與絲桿之間，要增加一對齒輪傳動副，那么，傳動比i=Z1/Z2與、 、t之間有如下關(guān)系： 例： = 0.01 t = 6 mm = 0.75*19 進給速度F：一般步進電機：若：=0.01 mm 則：若 =0.001mm 則： 因此，當(dāng) 一定時， 與成正比，故我們在談到步進電機開環(huán)系統(tǒng)的最高速度時，都應(yīng)指明是在多大的脈沖當(dāng)量下的 否則是沒有意義的。*20五、提高步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)傳動精度的措施 影響步進電機開環(huán)系統(tǒng)傳動精度的因素：步進電機的步距角精度；機械傳動部件的精度；絲桿等機械傳動部件、支承的傳動間隙；傳動件和支承件的變形。 提高步進電機開環(huán)系統(tǒng)傳動精度的措施適當(dāng)提高系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)的精度；采取各種精度補償措施。*21 傳動間隙補償 在整個行程范圍內(nèi)測量傳動機構(gòu)傳動間隙，取其平均值存放在數(shù)控系統(tǒng)中的間隙補償單元，當(dāng)進給系統(tǒng)反向運動時，數(shù)控系統(tǒng)自動將補償值加到進給指令中，從而達(dá)到補償?shù)哪康摹?螺矩誤差補償 滾珠絲桿在數(shù)控機床