步進(jìn)與伺服電機(jī)

機(jī)器人電機(jī)電氣控制——

步進(jìn)與伺服電機(jī)的認(rèn)識(shí)和使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)——將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移的電機(jī)，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。一、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

定子——由硅鋼片疊成，有一定數(shù)量的磁極和繞組。轉(zhuǎn)子——用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)。

1、結(jié)構(gòu)一、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

按照力矩產(chǎn)生原理分類：激磁式（轉(zhuǎn)子有繞組） 反應(yīng)式（轉(zhuǎn)子無繞組） 混合式（轉(zhuǎn)子無繞組有磁鋼）按照定子數(shù)目分類：?jiǎn)味ㄗ印㈦p定子、多定子按照定子勵(lì)磁相數(shù)分類：三相、四相、五相、六相按照各相繞組的分布規(guī)律分類：徑向分相(垂軸式)、軸向分相(順軸式)

2、分類一、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

3、工作原理錯(cuò)位：當(dāng)A相定子齒和轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，若和A相磁極中心對(duì)齊的轉(zhuǎn)子齒為1號(hào)齒，因B相磁極與A相磁極差120°，且120°/9°=13（1/3），故轉(zhuǎn)子齒不能與B相定子齒對(duì)齊，只有13號(hào)小齒靠近B相磁極的中心線，與中心線相差3°。一、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

步進(jìn)電機(jī)的定子繞組每改變一次通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱步距角。?轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角越小?定子相數(shù)越多，步距角越小?通電方式的節(jié)拍越多，步距角越小一、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

4、步距角m——定子相數(shù)Z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)C——通電方式

C=1單相輪流通電、雙相輪流通電方式

C=2單、雙相輪流通電方式

當(dāng)定子繞組按一定順序輪流通電時(shí)，轉(zhuǎn)子就沿一定方向一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組是按一定通電方式工作的，為實(shí)現(xiàn)該種輪流通電，要將控制脈沖按規(guī)定的通電方式分配到電動(dòng)機(jī)的每相繞組。

功率放大器環(huán)形分配器加減速電路脈沖混合電路加減脈沖分配電路進(jìn)給脈沖至步進(jìn)電機(jī)繞阻二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

1.脈沖混合電路將脈沖進(jìn)給、手動(dòng)進(jìn)給、手動(dòng)回原點(diǎn)、誤差補(bǔ)償?shù)然旌蠟檎蚧蜇?fù)向脈沖進(jìn)給信號(hào)。2.加減脈沖分配電路將同時(shí)存在正向或負(fù)向脈沖合成為單一方向的進(jìn)給脈沖。3.加減速電路將單一方向的進(jìn)給脈沖調(diào)整為符合步進(jìn)電機(jī)加減速特性的脈沖，頻率的變化要平穩(wěn)，加減速具有一定的時(shí)間常數(shù)。4.環(huán)形分配器將來自加減速電路的一系列進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電機(jī)定子繞阻通、斷電的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)及方向?qū)?yīng)。5.功率放大器將環(huán)形分配器輸出的mA級(jí)電流進(jìn)行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器組成。二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

三相步進(jìn)電機(jī)工作方式單三拍，通電順序?yàn)椋篈BC；雙三拍，通電順序?yàn)椋篈BBCCA；三相六拍，通電順序?yàn)椋篈ABBBCCCA；二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和內(nèi)部繞組的通電順序有關(guān)，以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例（單三拍）：正向旋轉(zhuǎn)通電順序：A—B—C—A反向旋轉(zhuǎn)通電順序：A—C—B—A二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

利用單片機(jī)代替步進(jìn)控制器，把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)實(shí)際是用單片機(jī)產(chǎn)生一系列脈沖，先輸出一高電平（電機(jī)步進(jìn)），接著利用軟件延時(shí)一段時(shí)間（到位），而后輸出一低電平（停止步進(jìn)），再延時(shí)。延時(shí)長(zhǎng)短由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率決定。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

001011100步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接口電路二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制

伺服電動(dòng)機(jī)也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動(dòng)控制對(duì)象。驅(qū)動(dòng)器交流伺服電機(jī)三、伺服電機(jī)的特點(diǎn)伺服電動(dòng)機(jī)也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，以帶動(dòng)控制對(duì)象。驅(qū)動(dòng)器交流伺服電機(jī)三、伺服電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別在于：1、控制精度不同。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高；伺服電機(jī)取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。2、控制方式不同。一個(gè)是開環(huán)控制，一個(gè)是閉環(huán)控制。3、低頻特性不同。步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)。4、矩頻特性不同。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降，伺服電機(jī)為恒力矩輸出。5、過載能力不同。步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力，而伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。三、伺服電機(jī)的特點(diǎn)6、運(yùn)行性能不同。步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象；交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。7、速度響應(yīng)性能不同；步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。三、伺服電機(jī)的特點(diǎn)安裝在電機(jī)后端，其轉(zhuǎn)盤（光柵）與電機(jī)同軸。伺服電機(jī)控制精度取決于編碼器精度。

1、伺服電機(jī)編碼器5V5V0V0V編碼器四、伺服電機(jī)的應(yīng)用

2、驅(qū)動(dòng)器數(shù)碼顯示窗口參數(shù)設(shè)置鍵計(jì)算機(jī)RS232口I/O信號(hào)接口編碼器信號(hào)接口電機(jī)電源輸入輸出接線端子主要功能：（1）根據(jù)給定信號(hào)輸出與此成正比的控制電壓UC；（2）接收編碼器的速度和位置信號(hào)；（3）I/O信號(hào)接口。四、伺服電機(jī)的應(yīng)用控制模式：（1）位置控制模式——最大輸入脈沖頻率500KPPS（微分接收器）和200KPPS（用于開路收集器）。（2）速度控制模式——模擬速度指令輸入：0～±10V/額定轉(zhuǎn)速。（3）力矩控制模式——模擬力矩指令輸入：0～±10V/最大力矩。

2、驅(qū)動(dòng)器四、伺服電機(jī)的應(yīng)用交流伺服電機(jī)系統(tǒng)接線示意圖交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接AC220VI/O板3、交流伺服電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四、