步進(jìn)電機(jī)常識(shí)
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步進(jìn)常識(shí) |
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1.什么是步進(jìn)電機(jī)?
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 2.步進(jìn)電機(jī)分哪幾種? 步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 3.什么是保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）? 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。 4.什么是DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國(guó)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒(méi)有DETENT TORQUE。 5.步進(jìn)電機(jī)精度為多少？是否累積? 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 6.步進(jìn)電機(jī)的外表溫度允許達(dá)到多少? 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 7.為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 8.為什么步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲? 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?/DIV> 9.如何克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲?
步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來(lái)克服： A.如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過(guò)改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開(kāi)共振區(qū)； B.采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的、最簡(jiǎn)便的方法； C.換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)； D.換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲，但成本較高； E.在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。 10.細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度?
步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請(qǐng)參考有關(guān)文獻(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對(duì)于步進(jìn)角為1.8° 的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，那么電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為每個(gè)脈沖0.45°，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45°，還取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。 11.四相混合式步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別?
四相混合式步進(jìn)電機(jī)一般由兩相驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此，連接時(shí)可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機(jī)接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較的場(chǎng)合使用，此時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)器輸出電流為電機(jī)相電流的0.7倍，因而電機(jī)發(fā)熱��；并聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合使用（又稱(chēng)高速接法），所需要的驅(qū)動(dòng)器輸出電流為電機(jī)相電流的1.4倍，因而電機(jī)發(fā)熱較大。 12.如何確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流供電電源?
A.電壓的確定 混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電源電壓一般是一個(gè)較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為12～48VDC），電源電壓通常根據(jù)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來(lái)選擇。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過(guò)驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。 B.電流的確定 供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流I來(lái)確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。 13.混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脫機(jī)信號(hào)FREE一般在什么情況下使用?
當(dāng)脫機(jī)信號(hào)FREE為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出到電機(jī)的電流被切斷，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。在有些自動(dòng)化設(shè)備中，如果在驅(qū)動(dòng)器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸（手動(dòng)方式），就可以將FREE信號(hào)置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)行手動(dòng)操作或調(diào)節(jié)。手動(dòng)完成后，再將FREE信號(hào)置高，以繼續(xù)自動(dòng)控制。 14.如果用簡(jiǎn)單的方法調(diào)整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的轉(zhuǎn)動(dòng)方向? 只需將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線的A+和A-（或者B+和B-）對(duì)調(diào)即可。 關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分原理及一些相關(guān)說(shuō)明
在國(guó)外，對(duì)于步進(jìn)系統(tǒng)，主要采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。 但在國(guó)內(nèi)，廣大用戶(hù)對(duì)“細(xì)分”還不是特別了解，有的只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實(shí)不然，細(xì)分主要是改善電機(jī)的運(yùn)行性能，現(xiàn)說(shuō)明如下：步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制是由驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以二相電機(jī)為例，假如電機(jī)的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動(dòng)和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細(xì)分的真正優(yōu)點(diǎn)。由于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器要精確控制電機(jī)的相電流，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會(huì)較高。注意，國(guó)內(nèi)有一些驅(qū)動(dòng)器采用“平滑”來(lái)取代細(xì)分，有的亦稱(chēng)為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分，望廣大用戶(hù)一定要分清兩者的本質(zhì)不同： 15．“平滑”并不精確控制電機(jī)的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以“平滑”并不產(chǎn)生微步，而細(xì)分的微步是可以用來(lái)精確定位的。
16．電機(jī)的相電流被平滑后，會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，而細(xì)分控制不但不會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，相反，力矩會(huì)有所增加。 17.兩相和五相的混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合有何不同？ 問(wèn)題解答： 一般來(lái)說(shuō)，兩相電機(jī)步距角大，高速特性好,但是存在低速振動(dòng)區(qū)。而五相電機(jī)步距角小，低速運(yùn)行平穩(wěn)。所以，在對(duì)電機(jī)的 運(yùn)轉(zhuǎn)精度要求較高 ，且主要在中低速段（一般低于600轉(zhuǎn)/分） 的場(chǎng)合應(yīng)選用五相電機(jī)；反之，若追求電機(jī)的高速性能，對(duì)精度及平穩(wěn)性無(wú)太多要求的場(chǎng)合應(yīng)選用成本較低的兩相電機(jī)。另外，五相電機(jī)的力矩通常在2NM以上，對(duì)小力矩的應(yīng)用，一般采用兩相電機(jī)，而低速平穩(wěn)性的問(wèn)題可以通過(guò)采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的 方式解決。 和步進(jìn)電機(jī)相比，伺服電機(jī)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)： 1、實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步 的問(wèn)題； 2、高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000～3000轉(zhuǎn)； 3、抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用； 4、低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合； 5、電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；6、發(fā)熱和噪音明顯降低。 步進(jìn)電機(jī)包裝機(jī)械應(yīng)用
步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。目前在對(duì)這些物料的計(jì)量方面大多使用活塞泵，存在著調(diào)整困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便維修、功耗大、計(jì)量不準(zhǔn)等缺點(diǎn)。齒輪泵計(jì)量是靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，物料通過(guò)齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來(lái)自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)量精度。步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會(huì)明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)顯著下降。對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來(lái)說(shuō)，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開(kāi)始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果噪聲難以避免，可靠性下降。后來(lái)采用直齒輪升速的辦法，降低了步進(jìn)電機(jī)的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計(jì)量
度得到了保證。 三、步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用
在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長(zhǎng)供給，無(wú)論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)可靠完成。
1、用于間歇式包裝機(jī)
間歇式包裝機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)供膜，可靠性可以得到提高。以前的包裝膜供送多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)間歇拉帶的方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難，特別是當(dāng)需要更換產(chǎn)品時(shí)，不僅調(diào)節(jié)困難，而且包裝膜浪費(fèi)很多。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過(guò)控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長(zhǎng)控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長(zhǎng)控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過(guò)預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開(kāi)關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)接到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長(zhǎng)供膜。
2、用于連續(xù)式包裝機(jī)
在連續(xù)式包裝機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，只需通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。
四、步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用
在連續(xù)式包裝機(jī)中，橫封是一個(gè)很重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是包裝機(jī)中比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)之一。特別對(duì)于有色標(biāo)的包裝膜，其封口和切斷位置要求極其嚴(yán)格，為了提高切斷的準(zhǔn)確性，人們先后研制了偏心鏈輪機(jī)構(gòu)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等，但這些機(jī)構(gòu)都存在著調(diào)整十分麻煩、可靠性低的缺點(diǎn)。造成這些缺點(diǎn)的主要原因是工藝要求橫封輪定速橫封和定位切斷。步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)橫封輪可以實(shí)現(xiàn)速度同步。連續(xù)式包裝機(jī)的供膜輪是連續(xù)供膜的，橫封時(shí)要求橫封的線速度與薄膜供送的速度同步，以免出現(xiàn)撕裂薄膜和薄膜堆積的情況。由于橫封輪的直徑是恒定的，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，就需要通過(guò)改變橫封輪的轉(zhuǎn)速來(lái)改變，但是橫封需要一定的時(shí)間，就是說(shuō)橫封輪與薄膜從接觸到離開(kāi)需要恒定的時(shí)間，否則封口不嚴(yán)。橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載
在連續(xù)式包裝機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，包裝膜被均勻的連續(xù)輸送，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，只需通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。 四、步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用
在連續(xù)式包裝機(jī)中，橫封是一個(gè)很重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是包裝機(jī)中比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)之一。特別對(duì)于有色標(biāo)的包裝膜，其封口和切斷位置要求極其嚴(yán)格，為了提高切斷的準(zhǔn)確性，人們先后研制了偏心鏈輪機(jī)構(gòu)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等，但這些機(jī)構(gòu)都存在著調(diào)整十分麻煩、可靠性低的缺點(diǎn)。造成這些缺點(diǎn)的主要原因是工藝要求橫封輪定速橫封和定位切斷。
步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)橫封輪可以實(shí)現(xiàn)速度同步。連續(xù)式包裝機(jī)的供膜輪是連續(xù)供膜的，橫封時(shí)要求橫封的線速度與薄膜供送的速度同步，以免出現(xiàn)撕裂薄膜和薄膜堆積的情況。由于橫封輪的直徑是恒定的，當(dāng)改變袋長(zhǎng)時(shí)，就需要通過(guò)改變橫封輪的轉(zhuǎn)速來(lái)改變，但是橫封需要一定的時(shí)間，就是說(shuō)橫封輪與薄膜從接觸到離開(kāi)需要恒定的時(shí)間，否則封口不嚴(yán)。橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時(shí)間的要求。
為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步，限于篇幅，這里不再陳述。
步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)主要?dú)w于三個(gè)方面，一是過(guò)載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合；二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開(kāi)辟了更為廣闊的使用市場(chǎng)；三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。
步進(jìn)電機(jī)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用還剛剛開(kāi)始，原來(lái)許多傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)替代，除了上面介紹的一些用途外，它還在印刷、灌裝、裹包等方面得到了應(yīng)用，相信在較短的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)定能在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的平臺(tái)上躍上一個(gè)新的水平。
部分滿足一周總時(shí)間的要求。 為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步，限于篇幅，這里不再陳述。
步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)主要?dú)w于三個(gè)方面，一是過(guò)載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合；二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開(kāi)辟了更為廣闊的使用市場(chǎng)；三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。
步進(jìn)電機(jī)在包裝機(jī)械中的應(yīng)用還剛剛開(kāi)始，原來(lái)許多傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)替代，除了上面介紹的一些用途外，它還在印刷、灌裝、裹包等方面得到了應(yīng)用，相信在較短的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)定能在步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的平臺(tái)上躍上一個(gè)新的水平。
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運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 |
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2007-6-24 |
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運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 運(yùn)動(dòng)控制是一門(mén)有關(guān)如何對(duì)物體位置和速度進(jìn)行精密控制的技術(shù)。典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由三部份構(gòu)成：控制部分；驅(qū)動(dòng)部分；執(zhí)行部分。如下圖所示： 其中運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件通常為步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是沒(méi)有積累誤差，因而廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的�？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器， 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。因此典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由三部分組成： 1. 步進(jìn)控制器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 2．驅(qū)動(dòng)器，把單片機(jī)輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 3．步進(jìn)電機(jī)。 |
常用術(shù)語(yǔ)
步距角：每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步進(jìn)角。步進(jìn)角的大小可直接影響電機(jī)的運(yùn)行精度。 整步：最基本的驅(qū)動(dòng)方式，這種驅(qū)動(dòng)方式的每個(gè)脈沖使電機(jī)移動(dòng)一個(gè)基本步距角。例如：標(biāo)準(zhǔn)兩相電機(jī)的一圈共有200個(gè)步距角，則整步驅(qū)動(dòng)方式下，每個(gè)脈沖使電機(jī)移動(dòng)1.80。
半步：在單相激磁時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動(dòng)器收到下一個(gè)脈沖后，如給另一相激磁且保持原來(lái)相繼續(xù)處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動(dòng)半個(gè)基本步距角，停在相鄰兩個(gè)整步位置的中間。如此循環(huán)地對(duì)兩相線圈進(jìn)行單相然后兩相激磁，步進(jìn)電機(jī)將以每個(gè)脈沖半個(gè)基本步距角地方式轉(zhuǎn)動(dòng)。
細(xì)分：細(xì)分?jǐn)?shù)就是指電機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際步距角是基本步距角的幾分指一。例如：驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為‘電機(jī)固有步距角’的十分之一，也就是說(shuō)：當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°；而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.18° 。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無(wú)關(guān)。
保持轉(zhuǎn)矩（Holding Torque）：是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持力矩就成為衡量步進(jìn)電機(jī)的最重要參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)，2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。
制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（Detent Torque）：是指步進(jìn)電機(jī)在沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。在國(guó)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；
啟動(dòng)矩頻特性：在給定驅(qū)動(dòng)的情況下，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定時(shí)，啟動(dòng)頻率同負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱(chēng)為啟動(dòng)矩頻特性，又稱(chēng)牽入特性。
運(yùn)行矩頻特性：在負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變時(shí)，運(yùn)行頻率同負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系成為運(yùn)行矩頻特性，又稱(chēng)牽出特性。
空載啟動(dòng)頻率：指步進(jìn)電機(jī)能夠不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率。
靜態(tài)相電流：電機(jī)不動(dòng)時(shí)每相繞組允許通過(guò)的電流，即額定電流
主要控制信號(hào)
輸入信號(hào)
所有信號(hào)都通過(guò)光電隔離為確保內(nèi)置高速光耦可靠導(dǎo)通，要求提供控制信號(hào)的電流驅(qū)動(dòng)能力至少15mA。驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部已串入光耦限流電阻，當(dāng)輸入信號(hào)電壓高于5V時(shí)，可根據(jù)需要外串電阻R進(jìn)行限流。
限流電阻R的阻值選�。�
當(dāng)控制器/執(zhí)行器信號(hào)輸出電平為 +5V時(shí)：R1=0，R2=0；
+12V時(shí)：R1=510Ω，R2=820Ω；
+24V時(shí)：R1=1.2KΩ，R2=1.8KΩ。
輸出信號(hào)
驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)通過(guò)光耦隔離輸出，驅(qū)動(dòng)電流為50mA。
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