《步进电机》PPT课件

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1、第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制6.1 步 进 电 机 工 作 原 理步 进 电 机 的 速 度 相 对 时 间 不 是 恒 定 的 ，所 以 单 位 轴 转 角 随 时 间 不 是 直 线 增 加 ，而 是 不 连 续 且 分 散 的 值 ， 因 此 称 为 数 字 性 。 是 一 种 把 电 能 变 换 成 机 械 能 的 典 型 促 动 器 。 每 当对 步 进 电 机 施 加 一 个 电 脉 冲 ， 步 进 电 机 输 出 轴 就 转过 一 个 角 度 ， 称 为 一 步 。 当 连 续 供 给 电 脉 冲 ， 步 进电 机 就 一 步 一 步 地 连 续 转 动 ， 因

2、 此 ， 命 名 为 步 进 电机 。 步 进 电 机 的 位 移 量 与 输 入 的 脉 冲 数 量 严 格 成 正 比 ，转 速 与 脉 冲 频 率 成 正 比 ， 转 向 与 电 机 各 相 绕 组 的 通电 顺 序 有 关 。 6.1 步 进 电 机 工 作 原 理 6.1.1 VR型 步 进 电 机 工 作 原 理图 4.2是 A相 励 磁 时 的 稳 定 状 态 。如 果 从 A相 切 换 到 B相 通 电 ， 转 子 转 过 15，即 转 过 一 个 步 距 角 15b 360b mN mN 为 励 磁 相 数为 转 子 的 齿 数 6.1.1 VR型 步 进 电 机 工 作 原

3、 理 转 子 是 2极 （ 极 对 数 ） 永 久 磁 铁 ，定 子 上 4组 线 圈 连 接 成 四 相 式 ： ABCD，转 子 每 次 向 顺 时 针 方 向 旋 转 90 360b mp p 为 极 对 数 （ 极 数 /2）6.1.2 PM型 步 进 电 机 工 作 原 理 6.1.2 PM型 步 进 电 机 工 作 原 理 定 子 磁 场 对 转 子 的 作 用 力 分 为 与 转 子 轴 线 垂 直 的与 转 子 轴 线 平 行 的如 果 转 子 转 动 一 圈 产 生 的 磁 场 力矩 ， cosvF F sinrF F 是 转 子 轴 线 与 定 子 磁 场 （ 水 平 线

4、） 的 夹 角用 图 描 绘 将 是 一 条 磁 场 力 矩 和 转 子 位 置 的 正 弦 曲 线sinrF F 失 调 角电 磁 转 矩稳 定 区 域 平 衡 点 6.1.3 转 子 位 置 与 转 矩 的 关 系 6.1.4 电 机 的 特 点 及 分 类特 点 可 以 实 现 数 字 控 制 位 置 误 差 不 会 积 累 ， 位 移 与 输 入 的 脉 冲 数 量 成 正比 ， 具 有 一 定 精 度 的 开 环 系 统 可 以 采 用 开 环 控 制 具 有 一 定 的 自 锁 功 能6.1.4 电 机 的 特 点 及 分 类 可 以 超 低 速 度 运 行 ， 而 不 用 加 减

5、 速 器 抗 干 扰 能 力 强 ， 即 在 负 载 能 力 范 围 内 ， 转 角 和转 速 不 受 电 压 大 小 、 负 载 波 动 的 影 响 ， 也 不 受环 境 温 度 、 冲 击 、 振 动 的 影 响 ， 仅 与 频 率 、 脉冲 数 、 步 距 角 有 关 若 用 同 一 频 率 的 脉 冲 电 源 控 制 几 台 步 进 电 机 ，可 以 实 现 多 个 电 机 的 同 步思 考 题 ： 步 进 电 机 的 转 速 高 低 与 负 载 大 小 的 关 系 ？6.1.4 电 机 的 特 点 及 分 类 步 距 角 是 固 定 的 ， 在 步 进 分 辨 率 方 面 缺 乏 灵

6、 活性 在 单 步 响 应 中 ， 有 较 大 的 超 调 量 和 振 荡 过 载 能 力 较 差 ， 过 载 时 易 丢 步 输 出 功 率 较 小 ， 对 于 需 要 大 电 流 的 大 功 率 电 机 ，控 制 装 置 和 功 率 放 大 器 都 变 得 复 杂 、 笨 重 、 不经 济 ， 所 以 步 进 电 机 的 尺 寸 和 功 率 都 不 大 运 动 时 发 生 共 振 ， 需 要 加 入 阻 尼 机 构 或 其 他 补救 措 施 6.1.4 电 机 的 特 点 及 分 类 目 前 主 要 用 于 开 环 ， 闭 环 控 制 时 所 用 元 件 和 线路 比 较 复 杂 不 能

7、把 步 进 电 机 直 接 接 到 直 流 电 源 上 ， 必 须 配有 驱 动 电 路 ， 而 驱 动 定 路 复 杂 、 成 本 较 高 总 之 ， 步 进 电 机 主 要 用 于 功 率 要 求 不 大 ， 负 载波 动 范 围 不 大 ， 控 制 精 度 要 求 不 是 很 高 ， 尤 其 应该 指 出 的 是 ， 对 于 负 载 较 小 的 点 位 控 制 系 统 ， 可以 优 先 选 用 。分 类 ： HB,VR,PM 6.1.4 电 机 的 特 点 及 分 类 6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标1） 步 距 角 ： 每 给 一 个 电 脉 冲 信 号 ， 电

8、机 转 子 所 转 过的 角 度 的 理 论 值 360ob m zzm 转 子 的 齿 数运 行 的 拍 数2） 齿 距 角 ： 相 邻 两 齿 中 心 线 之 间 的 夹 角 z os 360 6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 3） 失 调 角 ： 转 子 偏 离 平 衡 位 置 （ 或 零 位 ） 的 角 度 ，等 于 定 子 磁 轴 与 转 子 齿 中 心 线 之 间 的 夹 角 。4） 矩 角 特 性 ： 电 磁 转 矩 和 失 调 角 的 关 系 。 通 常 ， 未 磁 饱 和 时 反 应 式 步 进 电 机 的 转 矩 与 相 电流 的 平 方 呈 正 比

9、， 混 合 式 步 进 电 机 的 转 矩 与 相 电流 呈 线 性 比 例 关 系 。 2/3额 定 电 流1/3额 定 电 流电 磁 转 矩最 大 静 转 矩 失 调 角稳 定 点图 4.1 一 相 绕 组 的 矩 角 特 性 曲 线 6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 5） 最 大 静 转 矩 ： 步 进 电 机 在 规 定 的 通 电 相 数 下 ，矩 角 特 性 曲 线 上 的 转 矩 最 大 值 。 6） 额 定 电 流 ： 电 动 机 静 止 时 ， 每 一 相 绕 组 允 许 通 过的 最 大 电 流 。7） 额 定 电 压 ： 驱 动 电 源 应 供 给

10、的 电 压 ， 一 般 不 等于 加 在 绕 组 两 端 的 电 压 。6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 8） 启 动 频 率 ： 步 进 电 机 不 失 步 启 动 的 最 高 频率 ， 通 常 是 指 空 载 启 动 。9） 运 行 频 率 ： 步 进 电 机 启 动 后 ， 不 失 步 所 达到 的 最 高 频 率 ， 通 常 是 指 空 载 运 行 。10） 启 动 矩 频 特 性 ： 在 负 载 惯 量 一 定 情 况 下 ，启 动 频 率 随 负 载 转 矩 变 化 的 特 性 。6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 11） 运 行 矩 频

11、特 性 ： 在 一 定 的 负 载 力 矩 下 ， 运 行频 率 和 负 载 转 矩 之 间 的 关 系 。12） 惯 频 特 性 ： 在 负 载 力 矩 一 定 时 ， 频 率 和 负 载惯 量 之 间 的 关 系 。 惯 频 特 性 分 为 启 动 惯 频 特 性 和运 行 惯 频 特 性 。 如 图 所 示 。6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 13） 最 大 静 态 位 置 误 差 ： 当 负 载 转 矩 作 用 在 步 进电 机 上 ， 为 了 使 转 子 保 持 平 衡 ， 此 时 转 子 所 停 留的 位 置 与 励 磁 所 要 求 的 位 置 存 在 一 定

12、 的 偏 差 ， 这就 是 负 载 转 矩 产 生 的 静 态 位 置 误 差 6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 思 考 题 ：三 相 反 应 式 步 进 电 机 为 A-B-C-A送 电 方 式 时 ， 电 机 顺时 针 方 向 旋 转 ， 步 距 角 1.5， 请 填 入 正 确 答 案 ：顺 时 针 转 ， 步 距 角 0.75 ， 送 电 方 式 应 为 ： ( )逆 时 针 转 ， 步 距 角 0.75 ， 送 电 方 式 应 为 ： ( )顺 时 针 转 ， 步 距 角 1.5 ， 送 电 方 式 应 为 ：( )或 ( )6.1.5 步 进 电 机 的 主

13、要 性 能 指 标 思 考 题 ： 三 相 反 应 式 步 进 电 机 ,采 用 三 相 六 拍 工 作 方 式 ， 转子 有 40个 齿 ， 脉 冲 频 率 为 600Hz,求1. 写 出 一 个 循 环 的 通 电 顺 序2. 求 步 距 角3. 求 步 进 电 机 的 转 速 rpm 6.1.5 步 进 电 机 的 主 要 性 能 指 标 1） 静 态 矩 角 特 性 曲 线 ： 指 不 改 变 各 项 绕 组 的 通 电 状 态 ， 即 一 相 或 几 相绕 组 同 时 通 以 直 流 电 流 时 ， 电 磁 转 矩 与 失 调 角 的 关 系 。4） 稳 定 区 域 ： 在 负 载

14、作 用 下 ， 转 子 在 稳 定 区 域 内 ， 撤 除 负 载 后 ， 转 子 仍然 能 回 到 平 衡 点 。2） 失 调 角 ： 在 电 机 上 加 一 顺 时 针 方 向 的 负 载 力 矩 ， 步 进 电 机 的 转 子 按 顺时 针 方 向 转 过 一 个 角 度 ， 并 重 新 稳 定 ， 这 是 电 磁 转 矩 和 负 载 转 矩 相 等 ，顺 时 针 方 向 转 过 的 角 度 ， 叫 失 调 角 。3） 电 机 产 生 的 转 矩 是 失 调 角 的 周 期 函 数 。 是 以 转 子 齿 距 （ 齿 距 角 ） 为 周期 重 复 。6.1.6 步 进 电 机 的 静 态

15、 特 性 -矩 角 特 性 曲 线 失 调 角电 磁 转 矩稳 定 区 域 平 衡 点静 态 矩 角 特 性 曲 线6.1.6 步 进 电 机 的 静 态 特 性一 、 稳 定 平 衡 区 和 稳 定 平 衡 点 假 设 转 子 齿 数 z， 最 大 静 转 矩 Timax， 负 载 转 矩 TL， 则 静 态 位 置 误 差 eL max1 Lmaxsin( )sin ( )i ei eT T zTTz 减 小 静 态 位 置 误 差 的 方 法 ：选 用 不 同 电 机 即 改 变 电 机 的 转 子 的 齿 数 z；不 同 的 激 励 方 法 改 变 Timax使 用 减 速 装 置 连

16、 接 负 载 和 电 机 改 变 TL 二 、 最 大 静 转 矩 对 静 态 位 置 误 差 的 影 响 6.1.6 步 进 电 机 的 静 态 特 性 激 励 方 案 的 选 择A max B maxC maxAB A B max BC B C maxCA A C max sin( ) 2sin( )34sin( )3sin( )3sin( )5sin( )3iii iii T T zT T zT T zT T T T zT T T T zT T T T z 采 用 三 相 电 机单 三 拍 激 励 ：双 三 拍 激 励 ： A maxB maxC max AB A Bmaxmax sin

17、( ) 2sin( )54sin( )5.2 sin( )cos5 5 1.6 sin( )5 iii i i T T zT T zT T zT T TT z T z 采 用 五 相 电 机单 拍 激 励 :双 拍 激 励 ： 总 之 ， 除 三 相 电 机 外 ， 采 用 多 相 激 励 ， 可 以 提 高 最 大 丢 步 转 矩 ， 即 可 以 减 小 静 态 位 置 误 差 。 未 磁 饱 和 时 ， VR产 生 的 转 矩 与 相 电 流 的 平 方 成 正 比 HB产 生 的 转 矩 与 相 电 流 成 线 性 比 例6.1.6 步 进 电 机 的 静 态 特 性 三 、 机 械 传

18、 动 机 构 对 静 态 位 置 误 差 的 影 响 用 丝 杠 把 负 载 （ 螺 母 ） 连 接 到 步 进 电 机 上 ： 2, , , xhhx 其 中 为 丝 杠 转 过 的 角 度为 螺 距为 负 载 移 动 的 直 线 距 离 6.1.6 步 进 电 机 的 静 态 特 性 2xh 在 负 载 要 求 的 线 性 误 差 相 同 的 情 况 下 ， 螺 距 越 小 ， 电机 应 许 的 静 态 位 置 误 差 越 大 。螺 距 越 小 ， 加 在 电 机 上 的 负 载 力 矩 越 小 。 F x=MF x FM 2,M h 其 中 为 负 载 力 矩 ,F为 推 力6.1.6

19、步 进 电 机 的 静 态 特 性 22 2 2 22 22 2 222 ( )2 2 2 2 2( )2 dxF m dt dxM hF h h h d h ddtM m mdt dthJ md M J dt 令即 螺 距 越 小 ， 负 载 有 效 惯 量 减 小 了 6.1.6 步 进 电 机 的 静 态 特 性 6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性一 、 运 行 状 态 （ 空 载 ） 通 电 顺 序 是 A-B-C-A 1 B a b b 相 通 电 ： 1 C b c c 相 通 电 ： 1 1 A c a a 相 通 电 ： 二 、 运 行 状 态 （ 有 载 ） 通

20、电 顺 序 是 A-B-C-A 1 2 1 2 1 2 1a b b c c a a 6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性 失 调 角电 磁 转 矩稳 定 区 域 平 衡 点启 动 最 大 负 载 转 矩三 、 忽 略 了 惯 性 ， 启 动 时 的 最 大 负 载 转 矩6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性思 考 题 ：步 距 角 小 、 最 大 静 转 矩 大 的 步 进 电 机 ， 启 动 频 率 和 运 行 频 率 高 ？负 载 转 矩 和 转 动 惯 量 对 电 机 启 动 频 率 和 运 行 频 率 有 什 么 影 响 ？ 图 . 步 进 特 性四 、 步 进

21、电 机 的 振 荡 、 丢 步 、 阻 尼 方 法1） 振 荡 原 因单 步 运 行步 进 电 机 的 换 相 频 率 和 转 子 的 特 征 频 率 相 等步 进 电 机 突 然 停 车在 停 止 点 的 前 后 ， 往 往 存 在 振 荡 ，这 不 但 产 生 噪 声 和 振 动 ， 还 可 能 带 来 失 步 。6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性 2） 阻 尼 方 法步 进 电 机 在 运 行 中 ， 振 荡 是 它 的 固 有 特 性 ， 但 也 是 在 任 何 振 动 系统 中 所 不 希 望 的 ， 所 以 要 对 振 荡 进 行 抑 制 ， 抑 制 振 荡 常 采 用

22、 各 种阻 尼 ， 机 械 阻 尼 和 电 子 阻 尼 。多 相 激 励变 频 变 压 阻 尼细 分 阻 尼反 相 阻 尼 频 率力 矩 NM0.20.40.6 200 300矩 频 特 性 曲 线6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性 3） 丢 步 的 原 因a. 转 子 的 速 度 慢 于 定 子 磁 场 的 旋 转 速 度 ， 即 换 相 频 率 太 快b. 转 子 的 速 度 快 于 定 子 磁 场 的 旋 转 速 度 ， 即 定 子 通 电 的 时 间 太长 ， 能 量 过 剩 ， 转 子 产 生 振 荡矩 角 特 性 曲 线 失 调 角电 磁 转 矩稳 定 区 域 平 衡

23、点 OA6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性 6.1.7 步 进 电 机 的 动 态 特 性五 、 脉 冲 频 率 对 运 行 的 影 响 (a)脉 冲 频 率 很 低 (b)脉 冲 频 率 增 高 (c)脉 冲 频 率 很 高 图 脉 冲 信 号 的 畸 变 图 步 进 电 机 的 速 度 转 矩 特 性 （ 频 率 特 性 、 动 态 特 性 曲 线 ）这 个 特 性 曲 线 对 电 机 而 言 不 是 固 定 的 ， 随 着 负 载 的 转 动 惯 量 和驱 动 电 路 的 方 式 的 不 同 ， 启 动 区 和 旋 转 区 会 大 幅 度 发 生 变 化 6.1.7 步 进

24、电 机 的 动 态 特 性 6.2 步 进 电 机 驱 动环 形 分 配 器 A相 驱 动 电 路B相 驱 动 电 路C相 驱 动 电 路 步进电机方 向 电 平脉 冲 信 号复 位环 形 分 配 器 的 作 用 ： 把 脉 冲 信 号 按 状 态 转 换 表 的 状 态 顺 序 产 生 各 相的 控 制 信 号 ， 每 来 一 个 脉 冲 ， 环 形 分 配 器 就 转 换 一 次 ， 因 此 步 进 电机 转 速 、 正 反 转 、 起 停 完 全 取 决 于 脉 冲 的 频 率 和 有 无 。 驱 动 电 路 的 作 用 ： 把 环 形 分 配 器 输 出 的 各 相 绕 组 导 通 、

25、 截 止 信 号 放 大 、 产 生 电 机 工 作 所 需 的 激 磁 电 流 。 6.2 步 进 电 机 驱 动 6.2.1 步 进 电 机 驱 动 的 特 点各 相 绕 组 都 是 开 关 工 作 ， 即 脉 冲 式 供 电各 相 绕 组 都 是 绕 在 铁 芯 上 的 线 圈 ， 所 以 都 有 较 大 的 电 感 ， 绕 组 通 电时 电 流 上 升 受 到 限 制 ， 影 响 绕 组 电 流 的 大 小 （ 需 要 减 小 TL）绕 组 断 电 时 ， 电 感 将 维 持 绕 组 中 的 已 有 电 流 不 能 突 变 ， 使 绕 组 中 的电 流 不 能 立 即 截 止 ， 为

26、了 使 电 流 尽 快 衰 减 ， 必 须 设 计 续 流 回 路 。常 用 驱 动 芯 片 ：晶 体 管 （ transistor, base, emitter, collector）MOSFET (metal oxide semi-conductor field effect transistor)source, drain, gate 6.2.1 步 进 电 机 驱 动 的 特 点 6.2.2 单 电 压 驱 动 （ 只 有 一 个 电 源 电 压 供 电 ）一 、 基 本 单 电 压 驱 动 T-开 关 晶 体 管L-步 进 电 机 的 绕 组RL-绕 组 电 阻D-续 流 二 极 管

27、（ D的 作 用 ： T从 饱 和 突 变 到 截 止 时 ， 产 生 一 个 反 电 动 势 ，和 电 源 叠 加 在 一 起 ， 加 在 T上 ， 易 使 T被 击 穿 ， D 使 绕 组中 产 生 的 反 电 势 通 过 二 极 管 续 流 而 衰 减 掉 ， 保 护 晶 体管 。 ）6.2.2 单 电 压 驱 动 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制导 通 时 ， 电 压 平 衡 方 程 为 ：11 1 0, (1 )L L tL L diU i R L EdtEUi eR R 假 设 电 机 堵 转 ， 解 方 程 得 ：其 中 ， 电 气 时 间 常 数 U/RL i1

28、t LT关 断 时 ， 电 压 平 衡 方 程 为 ：22 2 10 0, Lt dii R L EdtEi ie 假 设 解 方 程 得 ： i1 i2 t 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制在 导 通 期 间 ， 其 电 流 的 平 均 值 ：1 0 11 TI i dtT T 其 中 ， 为 绕 组 导 通 时 间 。随 着 电 机 频 率 逐 渐 增 加 ， T逐 渐 减 小 ， 绕 组 的 平 均 电 流 逐 渐 降 低 ， 所以 这 种 电 路 低 频 时 产 生 较 大 的 转 矩 ， 有 较 强 的 负 载 能 力 。这 种 电 路 在 高 频 时 ， 负 载 能

29、力 差 。一 般 只 适 合 小 功 率 电 机 的 驱 动二 、 单 电 压 串 电 阻 0CL C LR LT R R U/RL i1 tLT LT 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制改 善 了 步 进 电 机 的 高 频 性 能 ， 增 加 了 低 频 振 荡 ， 而 且 串 接 的 电 阻 使 得损 耗 加 重 ， 发 热 严 重 ， 效 率 低 。三 、 单 电 压 恒 流 驱 动 PNP T1、 T2-开 关 状 态 T3-放 大 状 态4 0.7DWUI R T1、 T2-开 关 状 态 T3-放 大 状 态0.7eI R PNP 6.2.3 高 低 压 驱 动 （

30、两 个 电 源 电 压 供 电 ）高 压 电 源 UH： 80-150V低 压 电 源 UL： 5-10V值 得 注 意 的 是 ： 在 单 电 压 驱 动 中 ， 控 制 信 号 时步 进 电 机 一 相 所 需 的 方 波 信 号 。 在 高 低 压 驱 动的 电 路 中 ， 除 了 需 要 一 相 所 需 要 的 方 波 信 号 外 ，高 压 输 入 信 号 由 低 压 输 入 信 号 的 前 沿 得 到 ， VH、VL同 步 设 计 思 想 ： 不 论 工 作 频 率 如 何 ， 在 导 通 的 前 沿 用 高 压 供 电 ， 提 高 电 流 注 入 绕组 的 前 沿 的 上 升 率

31、， 提 高 高 频 力 矩 ； 后 沿 用 低 压 维 持 绕 组 中 的 电 流 ， 减 小 低频 共 振 。 D1LRL UHUL 续 流 回 路ULH 6.2.3 高 低 压 驱 动 6.2.4 斩 波 驱 动一 、 斩 波 恒 流 驱 动 给 定 电 压 比 较 器 与环 形 分 配 器 与 U D1RLRL（ 利 用 斩 波 的 方 法 使 电 流 恒 定 在 额 定 值 范 围 ） 2 11 2 1123 L IRIRD U D LT R D L D U D L H LH LLL H L L） 步 进 信 号 为 正 ， 给 定 电 压 ， T T 导 通 ， 电 流 按 指 数

32、形 式 上 升） 步 进 信 号 为 正 ， 给 定 电 压 ， T 截 止 ， T 导 通 ， 电 流 按 指 数 形 式 下 降 ,L R续 流 ， L R） 步 进 信 号 为 负 ， T T 截 止 ， 续 流 ， L R 6.2.4 斩 波 驱 动 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制 125 1 2 3 4 6 7 8122 1 2 3 413 4 38 12 3 1 2 3 4 6 7 8 123 L LLRRR D U D LT R D L pp5 LL 5 ） 步 进 信 号 为 正 ， i 比 较 器 的 比 较 电 压 V，T 通 T通 T 止 T T 通 T

33、通 T T 通 ， 电 流 i 按 指 数 形 式 上 升） 步 进 信 号 为 正 ， i 比 较 器 的 比 较 电 压 V，D 通 T 止 T止 T 通 T T 止 ， 电 流 按 指 数 形 式 下 降 ,L R续 流 ， L R） 步 进 信 号 为 负 ， T 止 T止 T 通 T T 止 T T T 止 ，续 流 13 4 3R D U D L L， L R 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制由 于 电 流 在 工 作 中 恒 定 ， 所 以 在 很 大 频 率 范 围 内 输 出 转 矩 恒 定 。能 量 是 各 个 脉 冲 时 间 内 电 压 和 电 流 的 乘

34、积 ， 取 自 电 源 的 能 量 大 幅 度 的 下 降 ， 效 率 高 。由 于 共 振 是 能 量 过 剩 的 结 果 ， 所 以 可 以 减 小 低 频 振 荡 。电 流 顶 部 锯 齿 波 有 电 流 噪 声二 、 斩 波 平 滑 驱 动 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制与 单 电 压 驱 动 相 比 ：减 小 TON近 似 看 作 U的 减 小 ， 绕 组 中 的 电 流 比 单 电 压 驱 动 中 绕 组 的 电 流上 升 快 ， 所 以 高 频 性 能 比 低 压 的 单 电 压 驱 动 好 。增 加 TON近 似 看 作 U的 增 加 ， 绕 组 中 的 电 流

35、 比 单 电 压 驱 动 中 绕 组 的 电 流上 升 平 缓 ， 所 以 抑 制 了 低 频 性 能 ， 低 频 性 能 比 高 压 的 单 电 压 驱 动 好 。由 于 电 流 顶 部 的 波 动 而 产 生 电 磁 噪 声改 善 电 路 高 频 、 低 频 性 能 的 方 法 ： V b的 频 率 和 脉 宽步 进 电 机 绕 组 中 的 电 流 大 小 ： 由 电 源 电 压 和 高 频 脉 冲 序 列 的 脉 宽 决 定三 、 恒 频 脉 宽 调 制 驱 动斩 波 恒 流 驱 动 由 于 电 流 顶 部 的 波 动 而 产 生 电 磁 噪 声 ， 在 低 频 时 ， 不 会产 生 很

36、 大 的 噪 声 ， 而 当 斩 波 频 率 为 几 KHZ或 十 几 KHZ时 ， 有 相 当 严 重的 噪 声 ， 采 用 的 措 施 ： 使 斩 波 频 率 工 作 在 超 声 频 率 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制V1-D触 发 器 的 时 钟 信 号V2-步 进 电 机 步 进 信 号Vref-比 较 电 压 refL eVI R 3 1 2 13 1 2 111 2 11) 1, 1, 2) 0, 0, 3) 1/4) L refL refLL eeL i R V Q V Ti R VR D U DQ V T R T R DVT RR D U D ref当 步 进

37、信 号 为 正 ， 时 ， 触 发 器 导 通当 步 进 信 号 为 正 ， 时 ， 比 较 器 输 出 低 电 平 ， 清 零 触 发 器 ，截 止当 步 进 信 号 为 正 ， 在 下 一 次 上 升 沿 到 来 时 ， 又 会 对 触 发 器 置 ，导 通 ， 电 流 上 升 直 到 V续 流 回 路 6.2.5 细 分 驱 动在 一 般 情 况 下 ， 根 据 步 进 电 机 的 励 磁 方 式 ， 各 相 绕 组 的 电 流 轮 流 切 换 ， 从而 步 进 电 机 旋 转 。假 设 每 次 输 入 脉 冲 切 换 时 ， 只 改 变 对 应 绕 组 中 电 流 的 一 部 分 ，

38、那 么 转 子 相应 转 过 原 有 步 距 角 的 一 部 分 ， 额 定 电 流 分 成 多 少 个 级 别 进 行 切 换 ， 转 子 就以 多 少 步 来 完 成 一 个 原 有 的 步 距 角 。 很 明 显 ， 通 过 控 制 绕 组 中 的 电 流 的 数值 ， 则 可 以 调 整 步 进 电 机 的 步 距 角 的 大 小 ， 这 种 控 制 方 式 叫 细 分 控 制 。步 进 电 机 绕 组 中 的 电 流 进 行 细 分 ， 在 本 质 上 把 对 绕 组 的 矩 形 电 流 改 为 阶 梯电 流 ， 要 求 绕 组 中 的 电 流 以 若 干 等 幅 、 等 宽 的 阶

39、 梯 上 升 到 额 定 电 流 值 ， 或以 同 样 的 阶 梯 从 额 定 值 下 降 到 0。 CA C BC B AB ABC C CA A 三 相 六 拍 工 作 正 转 方 式 ： A AB B三 相 六 拍 工 作 反 转 方 式 ： A 6.2.5 细 分 驱 动 001 0 001 0 02 3 40 1 2 3 400 0 14 1 cos30cos30 4 1sin30 sin30413.9 16.1 13.915cos3015 , 0.2679 sin30 A AB B NB N NBN B N N B B NN B I I I Ii I Iitg I i I I it

40、g i II i 假 设同 理 ， ，假 设获 得 阶 梯 波 的 两 种 方 法 ：采 用 多 路 功 率 开 关 电 路 供 电 ， 在 绕 组 上 进 行 电 流 叠 加 ， 这 种 方 法 使 功 率 管上 的 损 耗 小 ， 但 路 数 多 ， 元 件 多 ， 体 积 大先 对 脉 冲 信 号 进 行 叠 加 ， 在 经 功 率 管 进 行 放 大 ， 获 得 阶 梯 电 流 ， 这 种 方 法功 率 损 耗 大 。 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制一 、 可 变 细 分 控 制 驱 动 电 路所 谓 “ 可 变 细 分

41、控 制 ” 是 指 ： 细 分 的 步 数 可 以 控制 。D/A电 路 ： 把 单 片 机 的 数 据 （ 00H-FFH, 00H-3FFH）转 换 为 模 拟 量 Vin放 大 电 路 A： 把 Vin放 大 为 VA,使 单 片 机 输 出 最 大数 字 量 时 对 应 电 机 的 额 定 电 流 。比 较 放 大 电 路 ： 把 绕 组 采 样 得 到 的 电 压 Ve和 电 压VA比 较 ， 产 生 调 整 量 V b， 以 控 制 绕 组 的 电 流 iL单 片 机 ： 根 据 细 分 步 距 ， 分 别 送 出 十 六 进 制 数 。 在 细 分 时 ， 要 求 每 个 阶 梯

42、 的电 流 等 差 值 ， 这 样 细 分 的 步 数 必 须 能 对 255整 除 ， 显 然 这 时 细 分 的 阶 梯 只 能为 3、 5、 15、 17、 51、 85。细 分 3步 ， 则 每 次 的 突 变 量 ： 85（ 55H）细 分 5步 ， 则 每 次 的 突 变 量 ： 51（ 33H）细 分 15步 ， 则 每 次 的 突 变 量 ： 17（ 11H）依 次 类 推 . 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制细 分 控 制 的 过 程 分 为 3步 ：恒 流 原 理 e A e-V -(V -V) - -L b Li i i Aj Ak-V V - -j k b

43、j bk Lj LkD D i i i i 细 分 控 制瞬 间 响 应值 得 注 意 ： 要 求 功 率 管 工 作 在 线 性 区 ， 效 率 低二 、 数 字 脉 宽 调 制 （ pulse width modulation） 细 分 控 制 驱 动 电 路脉 宽 调 制 波求 ： T H、 TL、 TU、 TD 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制(1 )ln1 L SR TLa a L a a S LL UI I eRL I IT RR U 2、 求 TL ( ) ln L LR TLa a a aa aL L a aI I I I eL I IT R I I 1、 求 T

44、H (1 ) (1 )ln1 ln1 ( )ln ( )L Lr SR RT TL La a a aL La a a ar L S LL La a LH S r L a a LU UI I e I I eR RL I I L I IT R T RR U R UL U I I RT T T R U I I R rSH TTT 3、 同 理 ， 求 TL、 TD 三 、 恒 频 脉 冲 宽 度 细 分 驱 动 电 路是 恒 频 脉 宽 调 制 和 可 变 细 分 驱 动 的 结 合 ， 在 产 生 阶 梯 信 号 时 ， 利 用 可 变 细分 控 制 的 原 理 ， 在 控 制 绕 组 电 流 信

45、 号 的 波 顶 平 稳 时 ， 利 用 恒 频 脉 宽 调 制 。 L 1 2 LL 1 2 LL 1 2 LL 1 2 L1) , , 1, 2) , , 0, 3) , , 1, 4) , , 1, in inj e injin inj e injin inj e injin ink e injv v i R v Q T T iv v i R v Q T T iv v i R v Te Q T T iv v i R v Q T T i 、 导 通 ， 上 升、 截 止 ， 下 降的 上 升 沿 置 、 导 通 ， 上 升、 导 通 ， 上 升 下 降 沿 触 发 Vb 6.3 环 形 分

46、 配 器专 用 芯 片用 EPROM组 成用 小 规 模 集 成 电 路 组 成一 、 专 用 芯 片 CH250-三 相 反 应 式 步 进 电 机 环 形 分 配 器A、 B、 C-三 个 输 出 端CL或 EN-时 钟 信 号 ， 分 别 为 上 升 沿 和 下 降 沿 触 发R(R*)-双 三 拍 （ 或 单 六 拍 ） 运 行 复 位 端 ， 正 脉 冲 触 发 ， A、B、 C状 态 分 别 为 110（ 或 100）J or-1状 态 控 制 六 拍 正 转J01- 1状 态 控 制 六 拍 反 转J2r- 1状 态 控 制 双 三 拍 正 转J20- 1状 态 控 制 双 三

47、拍 反 转 6.3 环 形 分 配 器 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制二 、 用 EPROM组 成 按 步 进 电 机 的 励 磁 状 态 转 换 表 求 出 环 形 分 配 器 的 输 出 状 态 表 ， 以二 进 制 代 码 形 式 存 入 EPROM， 在线 路 中 ， 按 地 址 的 正 向 或 反 向 顺序 取 出 地 址 的 内 容 。 第 六 章 步 进 电 机 驱 动 与 控 制计 数 器 的 加 减 控 制 端 对 于 步 进 电 机 是 正 反 转 控 制 端计 数 器 的 计 数 长 度 是 步 进 电 机 运 行 的 拍 数 或 拍 数 的 整 数 倍计 数 器 的 计 数 脉 冲 式 步 进 电 机 的 运 行 脉 冲计 数 器 的 输 出 接 到 EPROM的 地 址 线 ， EPROM的 输 出 是 励 磁 状 态三 、 用 小 规 模 集 成 电 路 组 成设 计 步 骤1、 根 据 励 磁 方 式 列 状 态 转 换 表2、 写 出 逻 辑 表 达 式 ， 并 简 化 3、 根 据 简 化 的 逻 辑 图 做 逻 辑 图