步进电机传动控制系统

　　电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。

　　为了克暇开环控制的缺陷。必须按定转子凸极问的相互位置，电机的电感量以及电流大小适时输人时序脉冲驱动步进电动机的时序脉冲信号不由外部提供一而是靠检测定转子凸极间的相互位置发出的，其框图如图2所示。

　　本试验研究采用HJY001-240型光电编码器作为位置检测元件，它和90BF3—3步进电动机组装成一体。其中内藏光源，聚光镜、光栅盘和光电池，电机每转过一个步距角1.5°，使主光栅盘与指示光栅产生相对位移，通过指示光栅的窗口。

　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

　　静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

　　1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低；

　　7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决；

　　8、电机在600PPS（0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动；

　　5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度；

　　6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行线）发热原理

　　通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。

　　（2）混合式混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

　　磁阻式步进电动机具有结构简单．分辩率高、维修使用方便等优点目前主要用于开环控制系统，其框图如图l所示。步进电动机作为伺服元件其最大的特点是具有保持转矩和位置误差不会长期积累；这对于要求不太高的点位控制系统来讲是一种比较理想的伺暇元件。然而开环控制无法充分发挥磁阻式步进电动机的潜在性能其输出转矩远小于最大静转矩，有时只能达到最大静转矩的3O％，从而导致电机效率低、耗能高为了提高电机的动态性能指标一对于这种开环系统兵好改进驱动电源．如采用高低压或恒流斩渡驱动电源这样做使成本增加可靠性降低

　　（3）控制性能好，启动、停车、翻转都是在少数脉冲内完成，在一定的频率范围内运行时，任何运动方式都不会丢失一步。所以，步进电机被广泛应用于数控机床上。

　　步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。

　　通常电机的转子为永磁体，当电流流过定Leabharlann Baidu绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

　　（1）反应式定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。（软磁材料加磁场既容易磁化,又容易退磁,即矫顽力很低的磁性材料。）

　　（2）永磁式永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。（永磁材料磁性硬是指磁性材料经过外加磁场磁化以后能长期保留其强磁性，其特征是矫顽力高。）

　　磁阻式步进电动机定转子均为凸扳结构。靠磁阻变化产生转矩。而开环控制时，时序脉冲由外部连续输人。这些时序脉冲是随机的，它无法知道定转子凸援问的相互位置。所谓具有自动升降频电路的驱动电源，也只能近似模拟某种直线或指数曲线的变化规串，通过试验来调整升降频时间和极限值，而不可能按负载及其惯量的大小随时调整，不可能在最佳状态下输人时序脉冲，因此会出现失步、超步、振荡等使开环控制具有一定的局限性

　　3、由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升；

　　人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中，只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，它们都可以归为两类：可变磁阻步进电机和永磁步进电机。

　　（1）步距值不受各种干扰因素的影响。（只要电压在工作范围内）如电压的大小，电流的数值、波形、温度的变化等。

　　（2）误差不长期积累。步进电机每走一步所转过的角度与理论步距之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也总有一定的累积误差，但是，每转一圈的累积误差为零，所以步距的累积误差不是长期的累积下去。