步进电机和伺服电机的系统控制-----英文翻译正文

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Step Motor&Servo Motor Systems and Controls WITH SUPPORT SOFTWARE, THERE’S NO MORE GUESS WORK Motion Architect? Software Does the Work for You... Configure ,Diagnose, Debug Compumotor’s Motion Architect is a Microsoft? Windows?-based software development tool for 6000Series products that allows you to automatically generate commented setup code, edit and execute motion control programs, and create a custom operator test panel. The heart of Motion Architect is the shell, which provides an integrated environment to access the following modules.

? System Configurator—This module prompts you to fill in all pertinent set-up information to initiate motion. Configurable to the specific 6000 Series product that is selected, the information is then used to generate actual 6000-language code that is the beginning of your program.

? Program Editor—This module allows you to edit code. It also has the commands available through “Help” menus. A user’s guide is provided on disk.

? Terminal Emulator—This module allows you to interact directly with the 6000 product. “Help” is again available with all commands and their definitions available for reference.? Test Panel—You can simulate your programs, debug programs, and check for program flow using this module.

Because Its Windows, You Already Know How to Use It

Motion Architect? has been designed for use with all 6000 Series products—for both servo and stepper technologies. The versatility of Windows and the 6000 Series language allow you to solve applications ranging from the very simple to the complex.

Motion Architect comes standard with each of the 6000 Series products and is a tool that makes using these controllers even more simple—shortening the project development time considerably. A value-added feature of Motion Architect, when used with the 6000 Servo Controllers, is its tuning aide. This additional module allows you to graphically display a variety of move parameters and see how these parameters change based on tuning values.

Using Motion Architect, you can open multiple windows at once. For example, both the Program Editor and Terminal Emulator windows can be opened to run the program, get information, and then make changes to the program.

On-line help is available throughout Motion Architect, including interactive access to the contents of the Compumotor 6000 Series Software Reference Guide.

SOLVING APPLICATIONS FROM SIMPLE

TO COMPLEX

Servo Control is Yours with Servo Tuner Software

Compumotor combines the 6000 Series servo controllers with Servo Tuner software. The Servo Tuner is an add-on module that expands and enhances the capabilities of Motion Architect?.

Motion Architect and the Servo Tuner combine to provide graphical feedback of

real-time motion information and provide an easy environment for setting tuning gains and related systemparameters as well as providing file operations to save and recall tuning sessions.

Draw Your Own Motion Control Solutions with Motion Toolbox Software Motion Toolbox? is an extensive library of LabVIEW? virtual instruments (VIs) f or icon-based programming of Compumotor’s 6000 Series motion controllers.

When using Motion Toolbox with LabVIEW, programming of the 6000 Series controller is accomplished by linking graphic icons, or VIs, together to form a block diagram. Motion Toolbox’s has a library of more than 150 command,status, and example VIs. All command and status VIs include LabVIEW source diagrams so you can modify them, if necessary, to suit your particular needs. Motion Toolbox als user manual to help you gut up and running quickly.

comprehensiveM Software for Computer-Aided Motion Applications CompuCAM is a Windows-based programming package that imports geometry from CAD programs, plotter files, or NC programs and generates 6000 code compatible with Compumotor’s 6000 Series motion controllers. Available for purchase from Compumotor, CompuCAM is an add-on module which is invoked as a utility from the menu bar of Motion Architect.

From CompuCAM, run your CAD software package. Once a drawing is created, save it as either a DXF file, HP-GL plot file or G-code NC program. This geometry is then imported into CompuCAM where the 6000 code is generated. After generating the program, you may use Motion Architect functions such as editing or downloading the code for execution.

Motion Builder Software for Easy Programming of the 6000 Series

Motion Builder revolutionizes motion control programming. This innovative software allows programmers to program in a way they are familiar with—a flowchart-style method. Motion Builder decreases the learning curve and makes motion control programming easy.

Motion Builder is a Microsoft Windows-based graphical development environment which allows expert and novice programmers to easily program the 6000 Series products without learning a new programming language. Simply drag and drop visual icons that

represent the motion functions you want to perform.

Motion Builder is a complete application development environment. In addition to visually programming the 6000 Series products, users may configure, debug, download, and execute the motion program.

SERVO VERSUS STEPPER... WHAT YOU NEED

TO KNOW

Motor Types and Their Applications

The following section will give you some idea of the applications that are particularly appropriate for each motor type, together with certain applications that are best avoided. It should be stressed that there is a wide range of applications which can be equally well met by more than one motor type, and the choice will tend to be dictated by customer preference, previous experience or compatibility with existing equipment.

A helpful tool for selecting the proper motor for your application is Compumotor’s Motor Sizing and Selection software package. Using this software, users can easily identify the appropriate motor size and type.

High torque, low speed

continuous duty applications are appropriate to the step motor. At low speeds it is very efficient in terms of torque output relative to both size and input power. Microstepping can be used to improve smoothness in lowspeed applications such as a metering pump drive for very accurate flow control.

High torque, high speed

continuous duty applications suit the servo motor, and in fact a step motor should be avoided in such applications because the high-speed losses can cause excessive motor heating.

Short, rapid, repetitive moves

are the natural domain of the stepper due to its high torque at low speeds, good

torque-to-inertia ratio and lack of commutation problems. The brushes of the DC motor can limit its potential for frequent starts, stops and direction changes.

Low speed, high smoothness application s

are appropriate for microstepping or direct drive servos.

Applications in hazardous environments

or in a vacuum may not be able to use a brushed motor. Either a stepper or a brushless motor is called for, depending on the demands of the load. Bear in mind that heat dissipation may be a problem in a vacuum when the loads are excessive.

SELECTING THE MOTOR THAT SUITS YOUR

APPLICATION

Introduction

Motion control, in its widest sense, could relate to anything from a welding robot to the hydraulic system in a mobile crane. In the field of Electronic Motion Control, we are primarily concerned with systems falling within a limited power range, typically up to about 10HP (7KW), and requiring precision in one or more aspects. This may involve accurate control of distance or speed, very often both, and sometimes other parameters such as torque or acceleration rate. In the case of the two examples given, the welding robot requires precise control of both speed and distance; the crane hydraulic system uses the driver as the feedback system so its accuracy varies with the skill of the operator. This wouldn’t be considered a motion control system in the strict sense of the term.Our standard motion control system consists of three basic elements:

Fig. 1 Elements of motion control system

The motor. This may be a stepper motor (either rotary or linear), a DC brush motor or a brushless servo motor. The motor needs to be fitted with some kind of feedback device unless it is a stepper motor.

Fig. 2 shows a system complete with feedback to control motor speed. Such a system is known as a closed-loop velocity servo system.

Fig. 2 Typical closed loop (velocity) servo system

The drive. This is an electronic power amplifier thatdelivers the power to operate the motor in response to low-level control signals. In general, the drive will be specifically designed to operate with a particular motor type –you can’t use a stepper drive to operate a DC brush motor, for instance.

Application Areas of Motor Types

Stepper Motor Benefits

Stepper motors have the following benefits:

? Low cost

? Ruggedness

? Simplicity in construction

? High reliability

? No maintenance

? Wide acceptance

? No tweaking to stabilize

? No feedback components are needed

? They work in just about any environment

? Inherently more failsafe than servo motors.

There is virtually no conceivable failure within the stepper drive module that could cause the motor to run away. Stepper motors are simple to drive and control in an open-loop configuration. They only require four leads. They provide excellent torque at low speeds, up to 5 times the continuous torque of a brush motor of the same frame size or double the torque of the equivalent brushless motor. This often eliminates the need for a gearbox. A stepper-driven-system is inherently stiff, with known limits to the dynamic position error.

Stepper Motor Disadvantages

Stepper motors have the following disadvantages:

? Resonance effects and relat ively long settling

times

? Rough performance at low speed unless a

microstep drive is used

? Liability to undetected position loss as a result of

operating open-loop

? They consume current regardless of load

conditions and therefore tend to run hot

? Loss es at speed are relatively high and can cause

excessive heating, and they are frequently noisy

(especially at high speeds).

? They can exhibit lag-lead oscillation, which is

difficult to damp. There is a limit to their available

size, and positioning accuracy relies on the

mechanics (e.g., ballscrew accuracy). Many of

these drawbacks can be overcome by the use of

a closed-loop control scheme.

Note: The Compumotor Zeta Series minimizes or

reduces many of these different stepper motor disadvantages.

There are three main stepper motor types:

? Permanent Magnet (P.M.) Motors

? Variable Reluctance (V.R.) Motors

When the motor is driven in its full-step mode, energizing two windings or “phases” at a time (see Fig. 1.8), the torque available on each step will be the same (subject to very small variations in the motor and drive characteristics). In the half-step mode, we are alternately energizing two phases and then only one as shown in Fig. 1.9. Assuming the drive delivers the same winding current in each case, this will cause greater torque to be produced when there are two windings energized. In other words, alternate steps will be strong and weak. This does not represent a major deterrent to motor performance—the available torque is obviously limited by the weaker step, but there will be a significant improvement in low-speed smoothness over the full-step mode.

Clearly, we would like to produce approximately equal torque on every step, and this torque should be at the level of the stronger step. We can achieve this by using a higher current level when there is only one winding energized. This does not over dissipate the motor because the manufacturer’s current rating assumes two phases to be energized the current rating is based on the allowable case temperature). With only one phase energized, the same total power will be dissipated if the current is increased by 40%. Using this higher current in the one-phase-on state produces approximately equal torque on alternate steps (see Fig. 1.10).

Fig. 1.8 Full step current, 2-phase on

Fig. 1.9 Half step current

Fig. 1.10 Half step current, profiled

We have seen that energizing both phases with equal currents produces an intermediate step position half-way between the one-phase-on positions. If the two phase currents are unequal, the rotor position will be shifted towards the stronger pole. This effect is utilized in the microstepping drive, which subdivides the basic motor step by proportioning the current in the two windings. In this way, the step size is reduced and the low-speed smoothness is dramatically improved. High-resolution microstep drives divide the full motor step into as many as 500 microsteps, giving 100,000 steps per revolution. In this situation, the current pattern in the windings closely resembles two sine waves with a 90°phase shift between them (see Fig. 1.11). The motor is now being driven very much as though it is a conventional AC synchronous motor. In fact, the stepper motor can be driven in this way from a 60 Hz-US (50Hz-Europe) sine wave source by including a capacitor in series with one phase. It will rotate at 72 rpm.

Fig. 1.11 Phase currents in microstep mode

Standard 200-Step Hybrid Motor

The standard stepper motor operates in the same way as our simple model, but has a greater number of teeth on the rotor and stator, giving a smaller basic step size. The rotor is in two sections as before, but has 50 teeth on each section. The half-tooth displacement between the two sections is retained. The stator has 8 poles each with 5 teeth, making a total of 40 teeth (see Fig. 1.12).

Fig. 1.12 200-step hybrid motor

If we imagine that a tooth is placed in each of the gaps between the stator poles, there would be a total of 48 teeth, two less than the number of rotor teeth. So if rotor and stator teeth are aligned at 12 o’clock, they will also be aligned at 6 o’clock. At 3 o’clock and 9 o’clock the teeth will be misaligned. However, due to the displacement between the sets of rotor teeth, alignment will occur at 3 o’clock and 9 o’clock at the other end of the rotor.

The windings are arranged in sets of four, and wound such that diametrically-opposite poles are the same. So referring to Fig. 1.12, the north poles at 12 and 6 o’clock attract the south-pole teeth at the front of the rotor; the south poles at 3 and 9 o’clock attract the north-pole teeth at the back. By switching current to the second set of coils, the stator field pattern rotates through 45°. However, to align with this new field, the rotor only has to turn through 1.8°. This is equivalent to one quarter of a tooth pitch on the rotor, giving 200 full steps per revolution.

Note that there are as many detent positions as there are full steps per rev, normally 200. The detent positions correspond with rotor teeth being fully aligned with stator teeth. When power is applied to a stepper drive, it is usual for it to energize in the “zero phase” state in which there is current in both sets of windings. The resulting rotor position does not correspond with a natural detent position, so an unloaded motor will always move by at least one half step at power-on. Of course, if the system was turned off other than in the zero phase state, or the motor is moved in the meantime, a greater movement may be seen at power-up.

Another point to remember is that for a given current pattern in the windings, there are as many stable positions as there are rotor teeth (50 for a 200-step motor). If a motor is

de-synchronized, the resulting positional error will always be a whole number of rotor teeth or a multiple of 7.2°. A motor cannot “miss” individual steps – position errors of one or two steps must be due to noise, spurious step pulses or a controller fault.

Fig. 2.19 Digital servo drive

Digital Servo Drive Operation

Fig. 2.19 shows the components of a digital drive for a servo motor. All the main control functions are carried out by the microprocessor, which drives a D-to-A convertor to produce an analog torque demand signal. From this point on, the drive is very much like an analog servo amplifier.

Feedback information is derived from an encoder attached to the motor shaft. The encoder generates a pulse stream from which the processor can determine the distance travelled, and by calculating the pulse frequency it is possible to measure velocity.

The digital drive performs the same operations as its analog counterpart, but does so by solving a series of equations. The microprocessor is programmed with a mathematical model (or “algorithm”) of the equivalent analog system. This model predicts the behav ior of the system. In response to a given input demand and output position. It also takes into account additional information like the output velocity, the rate of change of the input and the various tuning settings.

To solve all the equations takes a finite amount of time, even with a fast processor – this time is typically between 100ms and 2ms. During this time, the torque demand must remain constant at its previously-calculated value and there will be no response to a change at the input or output. This “update time” therefore becomes a critical factor in the performance of a digital servo and in a high-performance system it must be kept to a minimum.

The tuning of a digital servo is performed either by pushbuttons or by sending numerical data from a computer or terminal. No potentiometer adjustments are involved. The tuning data is used to set various coefficients in the servo algorithm and hence determines the behavior of the system. Even if the tuning is carried out using pushbuttons, the final values can be uploaded to a terminal to allow easy repetition.

In some applications, the load inertia varies between wide limits – think of an arm robot that starts off unloaded and later carries a heavy load at full extension. The change in inertia may well be a factor of 20 or more, and such a change requires that the drive is

re-tuned to maintain stable performance. This is simply achieved by sending the new tuning values at the appropriate point in the operating cycle.

步进电机和伺服电机的系统控制

只要有软件的支持,这里将不再有猜测性的工作。

运动的控制者---软件:只要有了软件,它可以帮助我们配置改装、诊断故障、调试程序等。数控电动机的设计者会是一个微软窗口——基于构件的软件开发工具,可以为6000系列产品设置代码,同时可以控制设计者与执行者的运动节目,并创造一个定制运营商的测试小组。运动建筑师的心脏是一个空壳,它可以为进入以下模块提供一个综合环境。

1.系统配置——这个模块提示您填写所有相关初成立信息启动议案。配置向具体

6000系列产品的选择,然后这些信息将用于产生实际的6000 - 语言代码,这是你的开始计划。

2.程序编辑器——允许你编辑代码。它也有可行的“帮助”命令菜单。A用户指

南提供了相关的磁盘指南。

3.终端模拟器——本模块,可让您直接与6000系列产品互动。他所提供的“帮

助”是再次参考所有命令和定义。

4.测试小组——你可以使用本模块,模拟程序,调试程序,并跟踪检测程序。

由于它的对话窗口,你能很容易的知道怎么使用它。

运动建筑师已经将所有的6000系列产品都运用在了步进电机和伺服电机的技术上。由于丰富的对话窗口和6000系列语言,使得你能够从简单到复杂的解决问题。

运动建筑师的6000系列产品的标准配置工具,能够使得这些控制器更加简单,相当大的缩短项目开发时间。它的另外一个增值特点是使用6000伺服控制器的调谐助手。基于调谐价值观,这个额外的模块可以以图形化的方式为你展示各种参数。看看这些参数是如何让变化的。用运动的建筑师,你可以一次性打开多个窗口。举例来说,无论是程序编辑器和终端模拟器窗口,你都可以打开运行程序,得到信息,然后改变这一程序。运动建筑师可以利用在线帮助,在整个互动接触内容中为数控电机6000系列软件做参考指南。

从简单到复杂的解决应用

伺服控制是你用伺服调谐器软件控制。数控电机与6000系列伺服控制器相结合并应用伺服调谐器软件。伺服调谐器是一个新增功能模块,它扩展和提高运动建筑师的能力。议案建筑师与伺服调谐器结合起来,以提供图形化的反馈方式,反馈实时运动信息并提供简便环境设置微调收益及相关制参数以及提供文件操作,以保存并记得微调会议。

请你用运动工具箱软件解决自己的运动控制。运动工具箱实际上是一个为数控电机和6000系列运动控制器而设计的广泛应用的虚拟图标式编程仪器。

当使用运动工具箱与虚拟编程仪时,编程6000系列控制器实质上是完成连接图形图标,或加上形成框图使之可见。运动工具箱中包含了1500多条命令,状态栏,实例等。所有的命令、状态栏、实例都包括可视的来源图表,使您可以修改他们,如果有必要,可以满足您的特殊的需要。运动工具箱同时还具有一个可视窗口,基于安装程序和一个全面的用户手册,可以帮助您运行得更好更快。

软件电脑辅助运动应用软件compucam

compucam是基于微软的编程包,它能从CAD程序、示波器文档、数控程序和产生6000系列数控电机密码相兼容的运动控制器中输入几何图形。购买数控电机是可行的,因为compucam是一个附加模块,是运动建筑师的菜单栏,它是作为公用部分而被引用的。程序从compucam开始运行CAD软件包。一旦程序被起草创作,它就会被保存为DXF文件,或惠普-吉尔段文档,或G代码数控程序。这些几何图形然后输入compucam中,产生6000系列代码。在程序运行之后,你可使用的运动建筑师功能块,如编辑或下载代码等执行程序。

运动执行者软件可轻松编程6000系列

运动执行者革命性控制运动编程。这一具有创新意义的软件允许程序员以他们所熟悉的- 流程图式的方法编程。运动执行者降低了学习曲线,并使运动控制编程变得相当容易。运动执行者是一套微软软件,基于图形化窗口的发展,让专家和新手程序员容易学习计划6000系列产品新的编程语言。简单地拖放代表议案职能的视觉图标,你可以随时的进行你所需要的操作。运动执行者是一个完整的应用开发环境的软件。除了视觉编程6000 系列产品,用户还可以配置,调试,下载,策划和执行的议案计划。

伺服与步进...您需要了解的

电机类型及其应用

下一节将会给你介绍一些的适用特别场合的电机,而某些应用是最好避免。应当强调说,在一个广范的应用范围,电机是可同样满足一个以上的汽车类型,而选择往往是由客户偏好、以往经验或与现有的设备的兼容性决定的。一个非常有用的工具箱,可供你选择适当的运动,为你选择电机与选择软件包是compumotor软件包。使用这个软件,使用户可以轻松找出适当的电机大小和类型。

高扭矩,低转速

连续脉冲适宜于步进电机时,在低速时,就相对于扭矩输出规模和输入功率而言,它是非常高效率。微步,在低速应用,可以用来提高平滑度。如可作为计量泵驱动非常精确的流量控制。

高扭矩,高转速

连续脉冲适应于伺服电机时,其实步进电机应避免使用在这种情况下。这是因为高速可导致负荷。

简捷,快速,重复性动作

仅是自然域的步进电机由于其在低速时高转矩,因而存在惯性比例大,及缺乏折算的问题。直流电动机的电刷可限制其潜在的频繁开始,停止和方向的改变。

低速,高光滑的应用

这是最适合于微步或直接驱动伺服电机。

适用于危险环境或在真空中可能不能够使用电刷电机。步进或无刷电机是无所谓的,靠的是对负荷的需求。牢记当负载过高时,热耗散可能是个问题。

选择适合你的电机

导言

运动控制,在其最广泛的意义上说,可能与任何移动式起重机中焊接机器人液压系统有关。在电子运动控制领域,我们的主要关切系统范围内的有限功率的大小,通常高达约10hp (7千瓦),并要求在一个或多个方面有严格精密。这可能涉及精确控制的距离或速度,但很多时候是双方的,有时还涉及其它参数如转矩或加速率。在以下所举的两个例子中,焊接机器人,需要精确的控制双方的速度和距离;吊臂液压系统采用驱动作为反馈系统,因此,它的准确度会随着操作者的技能的不同而不同。在严格意义上来说,这将不会被视为一项运动控制系统。我们的标准运动控制系统由以下三个基本要素组成:

图1运动控制系统的组成元件

混合式步进直流

伺服无刷电机电机,可能是一个步进电机(要么旋转或线性),也可能是直流无刷电机或无刷伺服马达。电机必须配备一些种回馈装置,除非它是一个步进电机。

图2显示了一个完善地反馈控制电机转速的系统。这样一个具有闭环控制系统的速度伺服系统。

图2典型的闭环(速度)伺服系统

转速表

电压反馈

驱动器是一个电子功率放大器,以提供电力操作电动机来回应低层次的控制信号。一般来说,驱动器将特别设计,其操作与特定电机类型相配合。例如,你不能用一个步进驱动器来操作直流无刷电机。

不同电机适应的不同领域

步进电机:

步进电机的好处。

步进电机有以下好处:

(1)成本低廉(2)坚固耐用(3)结构简单(4)高可靠性(5)无维修(6)适用广泛(7)稳定性很高(8)无需反馈元件(8)适应多种工作环境(9)相对伺服电机更具有保险性。

因此,几乎没有任何可以想象的失败使步进驱动模块出错。步进电机驱动简单,并且驱动和控制在一个开放的闭环系统内。他们只需要4个驱动器。低速时,驱动器提供良好的扭矩,是有刷电机同一帧大小5倍连续力距,或相当于无刷电机一倍扭矩。这往往不再需要变速箱。步进驱动系统迟缓,在限定的范围内,可以更好的减少动态位置误差。

步进电机弊端。

步进电机有下列缺点:

(1)共振效应和相对长的适应性(2)在低速,表现粗糙,除非微驱动器来驱动(3)开环系统可能导致未被查觉的损失(4)由于过载,他们消耗过多电流。因此倾向于过热运行。(5)亏损速度比较高,并可产生过多热量因此,他们噪音很大(尤其是在高速下)。(6)他们的滞后现象导致振荡,这是很难抑制的。对他们的可行性,这儿有一个限度,而他们的大小,定位精度主要依靠的是机器(例如,滚珠丝杠的精确度)。许多这些缺点是可以克服的,通过使用一个闭环控制方案。

注:compumotor系列能很多的减小或降低了这些不同的步进电机不利之处。

主要有3类步进电机:(1)永磁式步进电机,(2)可变磁阻式步进电动机,(3)混合式步进电机汽车。

当电动机驱动,在其全步模式,给两个绕组通电时或"2相"通电的时候(见图

1.8 ),扭矩可于每一个步将是相同(除极少数的变异和传动特性)。在半步模式

下,我们交替改变两相电流,如图1.9所示。假设该驱动器在每种情况下提供了相同的绕组电流,再通电时,这将导致更大的转矩。换句话说,交替的步进距将时强时若。对电动机表现来说,这并不代表着一个重大的威慑。扭矩明显受制于较弱的一步,但在全步模式时,低速平滑有一个显着的改善。

显然,我们想在每一个步骤实现约相等扭矩对时,这扭矩应该在水平较强的一步。们可以实现这个,当只有一个绕组通电时,通过用高电流水平。这并不过度消耗电机,因为该电机的额定电流假定两个阶段被激活(目前的评级是基于许可的情况温度)。只有一相通电,如果目前是增加了40 %的功率,同样的总功率将会消散。利用这种更高的电流在一相中产生大致相等的扭矩,在交替的步进距中。(见图1.10 )

图1.8 图1.9 图1.10

我们已经看到,给两相都通与平等电流产生的一个中间步进,居于每一相的中

间位置。如果两相电流是不平等的,转子位置将转向更强的一极。这种作用是利用细

分驱动,其中细分的大小基于两个绕组中的电流的大小。以这种方式,步长是减少了,

而低速平滑度得到大幅度提高。高细分驱动电动机细分整步步进到多达500 个细分

步,转一圈可细分十万步。在这种情况下,绕组中的电流极为相似的两个正弦波有90 °相移。(图1.11 )电机被驱动好像转换成了交流同步电机。事实上,步进电机可被驱动,从60赫兹美(50赫兹-欧洲)正弦波源头起,包括电容器系列的一相。它将旋转

72转。

图1.11步进电机的相电流

标准200步混合电机

标准步进电机运行在同就如同我们的简单模式,但有一个更大的数目齿数在转子和定子中,从而有了一个较小的基本步长。转子有2部分,但每部分有50个齿。

该半齿位于两部分之间。定子每5个齿有8个极,完整的共有40个齿(见图1.12 )图1.12 200步混合标准电机

如果我们想象一个齿,是摆在2个定子极点每一齿隙中,假设定子共有48个齿,少于转子齿数两个。因此,如果转子和定子的齿排列一整圈,他们同样也可以排列半圈。1/4和3/4圈也同样可以排列。然而,由于转子齿排列位置,在另一端的转子,排列将发生在1/4和3/4位置处。

绕组4个一组,并对角线方向的极性相反。如图1.12所示,北极在转子前面的12点和6点位置,吸引着在在背面3时和9时的南极。通过开关第二组线圈的电流,定子场模式旋转45 °。不过,要配合这个新的领域,转子只转过1.8 °。相当于转子,这只转过了四分之一齿间距,每一次旋转要200个全步。

注意到,每一次旋转全部时这儿有很多定位点位置,通常是200个。该定位点的位置与转子齿全面接轨定子齿时相对应。当通电给步进驱动器时,它通常是"零阶段"状态时最活跃,也就是两套绕组都通电。因此产生的转子位置并不符合转子自然定位点的位置。因此,空载时,一旦通电电机将至少步进半步。当然,如果系统关机,或在零相位位置,电机一旦通电将步进一大步。

另一点要注意的是,对于一个给定电流的绕组,有很多稳定的位置,正如转子齿(200步进电机有50个齿)。如果电机是同步电机,导致位置误差将永远是一个整体倍转子齿或能被7.2 °整除。电机不能"细分",如个别一个或两个位置误差,是由于噪声,错误脉冲或控制器故障造成的。

图2.19数字伺服驱动

图2.19显示为伺服电机的数控驱动。所有的主控制功能是微处理器,驱动为D A模拟转换器,以产生一个模拟扭矩需求信号。从这个角度上,这台机器非常很像一个模拟伺服放大器。

反馈的信息是来自隶属该电机轴的一个编码器。编码器生成脉冲流可确定传输路程,并通过计算脉冲频率,是可以测定转速的。

数码驱动通过求解一系列的方程式,履行同样类似的功能。微处理器是与数学模型(或“算法" )的等效的编程模拟系统。这模型预测系统的行为。它响应一个给定输入的信号并产生速度。它同样也考虑到额外信息如输出速度,速率转变中的投入和各种调校设定。

解决所有方程需数额需有限的时间,即使是一个快速的处理器一次处理通常也是100 ms和2 ms之间。在此之间,在改变输入或输出,先前的计算值将有没有回应时,扭矩要求必须保持恒定。因此更新时间成为数字伺服和一台高性能系统关键的因素,它必须保持及时更新。

调试数字伺服电机可按钮或从一个计算机或终端调试。电位器调整是涉及的。调试数据是设置在伺服算法的各种系数,因此,它决定了系统的性能。即使如果调谐进行使用按钮,终值也可以上传到终端,让其进行简单的重复。

在某些应用中,因负载惯量各异,例如一个机器手臂卸载后又带有沉重的负荷。改变惯性可能是一个系数为20或以上,而这样的变化需要该驱动器重新调整,以保持其稳定。这只不过是在操作系统的适当点通过发送新的调试参数来实现的。

闭环步进电机与伺服电机对比

伺服电机是被现在的工程师们所推崇和津津乐道的,提到运动控制不谈伺服电机几乎不可想象,工程师们痴迷于伺服电机的闭环控制,沉醉于高响应和高速性及高精度的优点,真正地“三高”。但是,正所谓尺有所短,寸有所长,伺服电机也有它不可避免的如下缺陷: 1. 无法静止:由于采用闭环控制,伺服电机本身结构和电机的特性决定,伺服电机在停止时无法绝对静止,在负载扰动小或者伺服电机的参数调试良好的情况下,伺服电机始终在正负1个脉冲之间波动(可以通过观察伺服驱动器上关于编码器位置的数值,它一直在正负1之间波动)。在图像处理场合这就是一个影响精度的因素。 2. 过冲:在由高速转为低速或者静止时,不可避免地要过冲一段距离,然后在纠正回来。当控制器发一个脉冲给伺服电机时,伺服电机往往不是走一个脉冲,而是走3个脉冲,然后在回退2个脉冲。这对那些需要一个脉冲一个脉冲运动的场合,绝对不允许过冲的场合时致命的。 3. 调试复杂:伺服驱动器内动辄上百个参数,使用说明书几百页,着实让新手发怵;更换一个品牌的伺服电机,也会让老手着实头痛。这也为售后服务和维修带来了大量的工作。 4. 低速蠕动:在低速时伺服电机的运行会出现蠕动或者称之为爬行。 而闭环步进电机就完美地解决了以上问题。 由于闭环步进电机不是简单的给步进电机配一个编码器了事,而是按照伺服电机系统的工作原理进行设计和开发。它采用32位的DSP做为主处理器,以保证整个系统的高响应和高速,可以做到每隔25微秒就可以调整一次电机的电流,标配10000个脉冲/圈的编码器,而且是金属码盘的编码器,既保证了精度,也保证了对环境、温度和振动的高适应性、稳定性和可靠性,甚至优于采用玻璃码盘编码器的伺服电机。 首先,闭环步进电机由于是电机的本体是步进电机,在静止时是绝对静止不动的。

步进电机控制系统

目录 一、设计任务: (2) 二、步进电机概述: (2) 三、题目分析与整体构思: (4) 四、硬件电路设计: (7) 五、硬件验证: (10) 六、程序设计: (10) 七、系统仿真: (15) 八、感应子式步进电机工作原理: (17) 九、心得体会: (24) 参考文献: (25)

一、系统设计要求 步进电机作为一种电脉冲—角位移的转换元件,由于具有价格低廉、易于控、制、无积累误差和计算机接口方面等优点,在机械、仪表、工业控制等领域中获得了广泛的应用。本设计的具体要求是: 1. 设计制作一个步进电机控制电路,可以细分驱动和常规驱动。 2. 常规驱动状态转速四档可调并可实现正反转。 二、步进电机概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度。 反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为 1.5度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为 1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛,也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 (一)步进电机的一些基本参数: 1.电机固有步距角: 电机固有步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°,整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为“电机固有步距角”,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。 2.步进电机的相数: 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,它们的步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°

四相步进电机控制系统设计资料讲解

四相步进电机控制系 统设计

课题:四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业:机械电子工程 班级:2班 学号: 20110259 姓名:周后银 指导教师:李立成 设计日期: 2014.6.9~2014.6.20 成绩:

1概述 本实验旨在通过控制STC89C52芯片,实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s,连续运行1分钟,并用1602液晶显示屏显示出来。 具体工作过程是:给系统上电后,按下启动开关,步进电机按照预先 实验具体用到的仪器:STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设 备。 实验具体电路单元有:单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制:通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制:如果给定工作方式正序换相通电,步进 电机正转,如果按反序通电换相,则电机就反转。

3.控制步进电机的速度控制:如果给步进电机发一个控制脉冲,它就 转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程 开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动, 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,

步进电机闭环控制系统方案

几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点,给出了几种典型的闭环控制系统,并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统/高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移,是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展,步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中,是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下,步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制,控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点,使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是,步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点,即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面,开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的,其定位精度比较低。因此,在精度和稳定性标准要求比较高的系统中,就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和(或)速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换,可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中,或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时,扩大工作速度围,或可在给定速度下提高跟踪和定位精度,或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比,具有如下优点: a.随着输出转矩的增加,二者的速度均以非线性形式下降,但是,闭环控制提高了矩频特性。 b.闭环控制下,输出功率/转矩曲线得以提高,原因是,闭环下,电机励磁转换是以转子位置信息为基础的,电流值决定于电机负载,因此,即使在低速度围,电流也能够充分转换成转矩。 c.闭环控制下,效率一转矩曲线提高。 d.采用闭环控制,可得到比开环控制更高的运行速度,更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制,步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价,可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出: 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g.应用闭环驱动,效率可增到7.8倍,输出功率可增到3.3倍,速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此,在可靠性要求很高的位置控

PLC控制伺服电机的方法

伺服电机的PLC控制方法 以松下Minas A4系列伺服驱动器为例,介绍PLC控制伺服电机的方法。伺服电机有三种控制模式:速度控制,位置控制,转矩控制{由伺服电机驱动器的Pr02参数与32(C-MODE)端子状态选择},本章简要介绍位置模式的控制方法 一、按照伺服电机驱动器说明书上的"位置

控制模式控制信号接线图"连接导线 3(PULS1),4(PULS2)为脉冲信号端子,PULS1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),PULS2连接控制器(如PLC 的输出端子)。 5(SIGN1),6(SIGN2)为控制方向信号端子,SIGN1连接直流电源正极(24V电源需串连2K左右的电阻),SIGN2连接控制器(如PLC的输出端子)。当此端子接收信号变化时,伺服电机的运转方向改变。实际运转方向由伺服电机驱动器的P41,P42这两个参数控制。 7(com+)与外接24V直流电源的正极相连。 29(SRV-0N),伺服使能信号,此端子与外接24V直流电源的负极相连,则伺服电机进入使能状态,通俗地讲就是伺服电机已经准备好,接收脉冲即可以运转。 上面所述的六根线连接完毕(电源、编

码器、电机线当然不能忘),伺服电机即可根据控制器发出的脉冲与方向信号运转。其他的信号端子,如伺服报警、偏差计数清零、定位完成等可根据您的要求接入控制器。构成更完善的控制系统。 二、设置伺服电机驱动器的参数。 1、Pr02----控制模式选择,设定Pr02参数为0或是3或是4。3与4的区别在于当32(C-MODE)端子为短路时,控制模式相应变为速度模式或是转矩模式,而设为0,则只为位置控制模式。如果您只要求位置控制的话,Pr02设定为0或是3或是4是一样的。 2、Pr10,Pr11,Pr12----增益与积分调整,在运行中根据伺服电机的运行情况相应调整,达到伺服电机运行平稳。当然其他的参数也需要调整(Pr13,Pr14,Pr15,Pr16,Pr20也是很重要的参数),在您不太熟悉前只调整这三个参数也

闭环步进电机

STEBRO-S convex CONVEX是韩国最大的伺服生产商。主要客户为三星、LG等韩国具代表性的企业。 CONVEX专注为客户提供高精度、高性价比的解决方案。 在韩国液晶、半导体设备上,其产品得到了广泛应用。 1、闭环步进系统特点: *闭环系统 STEBRO-S是闭环控制系统。安装在电机后面的编码器实时反馈电机转子位置,必要时进行位置补偿,是没有失步现象的伺服系统。 *无需增益调整 普通伺服系统为提高性能,必须进行增益调整。增益调整非常耗时,且跟据负载的不同,还可能会出现各种问题。 STEBRO-S充分利用了步进电机的特点,是无需增益调整的伺服系统。特别是普通伺服系统为之困扰的低刚性负载(例如:同步齿形带等),STEBRO-S是最佳选择。

*由负载情况决定的电流控制 STEBRO-S可以跟据负载情况调整电流,使发热量少,且可以提高效率。 *高速响应(高速定位) STEBRO-S对定位指令具有非常强的跟随性,因此定位时间非常短。在频繁启停的应用中,可显著缩短定位时间。 普通的伺服系统会在定位指令与定位响应之间产生延迟,因此,定位结束指令与定位完成之间需要一定时间,从而增加了整定时间,使定位时间变长。

*平稳、高定位精度 STEBRO-S采用高精度编码器,分辨率为10000ppr。 与以往的步进驱动不同,STEBRO-S采用32位DSP芯片做矢量控制及滤波功能,可以在低速下实现无抖动平稳旋转。 *无抖动 STEBRO-S采用步进电机特性,因此,电机停止时会完全静止,无普通伺服的微振动现象。在使用CCD 等高速检测设备中,STEBRO-S停止时不会产生振动,可充分发挥其性能。

步进电机控制系统设计

文理学院芙蓉学院课程设计报告 课程名称:专业综合课程设计 专业班级:自动化1001班学号:40 学生:志航 指导教师:建英 完成时间: 2013年 6月13 日 报告成绩: 芙蓉学院教学工作部制

摘要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理,分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用,论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理,提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术,该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成,单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词:单片机;正弦脉宽调制;混合式步进电机;细分驱动

Abstract In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The system's whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller,SPWM,Hybrid stepper motor,Micro-stepping driver

基于单片机的步进电机控制系统的设计_毕业设计

本科毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统的设计

摘要 随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求,步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色,区别于普通的直流电机和交流电机,步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,是机电一体化的关键组成之一,广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。 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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计,包括了硬件设计和软件设计两部分。其中,硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写,包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。 本设计采用STC89C52单片机作为主控制器,4*4矩阵键盘作为输入,LCD1602液晶作为显示,ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面,键盘输入步进电机的运行距离;步进电机能以不同的速度运行,可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置,可调性较强;显示设定的运行距离和实际运行距离;方便操作者使用。关键词:单片机步进电机液晶显示键盘驱动

Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver

伺服控制系统(设计)

第一章伺服系统概述 伺服系统是以机械参数为控制对象的自动控制系统。在伺服系统中,输出量能够自动、快速、准确地跟随输入量的变化,因此又称之为随动系统或自动跟踪系统。机械参数主要包括位移、角度、力、转矩、速度和加速度。 近年来,随着微电子技术、电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、材料技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高,伺服技术已迎来了新的发展机遇,伺服系统由传统的步进伺服、直流伺服发展到以永磁同步电机、感应电机为伺服电机的新一代交流伺服系统。 目前,伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用,而且在许多高科技领域,如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。 1.1伺服系统的基本概念 1.1.1伺服系统的定义 “伺服系统”是指执行机构按照控制信号的要求而动作,即控制信号到来之前,被控对象时静止不动的;接收到控制信号后,被控对象则按要求动作;控制信号消失之后,被控对象应自行停止。 伺服系统的主要任务是按照控制命令要求,对信号进行变换、调控和功率放大等处理,使驱动装置输出的转矩、速度及位置都能灵活方便的控制。

1.1.2伺服系统的组成 伺服系统是具有反馈的闭环自动控制系统。它由检测部分、误差放大部分、部分及被控对象组成。 1.1.3伺服系统性能的基本要求 1)精度高。伺服系统的精度是指输出量能复现出输入量的精确程度。 2)稳定性好。稳定是指系统在给定输入或外界干扰的作用下,能在短暂的调节过程后,达到新的或者恢复到原来的平衡状态。 3)快速响应。响应速度是伺服系统动态品质的重要指标,它反映了系统的跟踪精度。 4)调速范围宽。调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。 5)低速大转矩。在伺服控制系统中,通常要求在低速时为恒转矩控制,电机能够提供较大的输出转矩;在高速时为恒功率控制,具有足够大的输出功率。 6)能够频繁的启动、制动以及正反转切换。 1.1.4 伺服系统的种类 伺服系统按照伺服驱动机的不同可分为电气式、液压式和气动式三种;按照功能的不同可分为计量伺服和功率伺服系统,模拟伺服和功率伺服系统,位置

步进电机闭环控制系统

步进电机闭环控制系统

几种典型的步进电机闭环控制系统 哈尔滨工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点,给出了几种典型的闭环控制系统,并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。【叙词】步进电机闭环系统/高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一,是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移,是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展,步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中,是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下,步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制,控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点,使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。

c.闭环控制下,效率一转矩曲线提高。 d.采用闭环控制,可得到比开环控制更高的运行速度,更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制,步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价,可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出: 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g.应用闭环驱动,效率可增到7.8倍,输出功率可增到3.3倍,速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此,在可靠性要求很高的位置控制系统中,闭环控制的步进电动机将获得广泛应用。3编码器形式的步进电动机阕环控制系统步进电机的闭环控制最早是采用编码器的形式,图1是其原理示意图。初始状态,系统受一相或几相激磁而静止。开始工作后,先把目标位置送入减法计数器;然后,“起动”脉冲信号加到

步进电机控制系统设计.

毕业设计论文 论文题目:基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中,其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制,通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号,信号经过芯片ULN2003驱动步进电机;同时,用 4个按键来对电机的状态进行控制,并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中,硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动(集成达林顿ULN2003)模块、数码显示(SM420361K数码管)模块、测速模块(含霍尔片UGN3020)6个功能模块的设计,以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序,最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上,对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑

************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会,电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机,在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点,给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品(打印机、照相机、雕刻机)、工业控制(数控机床、工业机器人)、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法,对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片,它以其独特的低成本,小体积广受欢迎,当然其易编程也是不可多得的优点为此,本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统,可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元,通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1

伺服电机控制系统

伺服电机控制系统 对于数字化伺服电机控制系统,转矩环的性能直接影响着系统的控制效果,电流采样的精度和实时性很大程度上决定了系统的动、静态性能,精确的电流检测是提高系统控制精度、稳定性和快速性的重要环节,也是实现高性能闭环控制系统的关键。在伺服电机控制系统中,电流检测的方案有多种,常见的一种方案是使用霍耳传感器[1],将电流信号经过电磁转换,变换为直流电压信号输出,然后,通过运放和比较器构成的处理电路处理后,输入到处理器;另一种方案是,取采样电阻两端的电压,经线性光藕或者隔离放大器进行信号隔离,调理后接A/D转换器输入进行数字化,获取电流的采样值,而数字化的过程即可以利用处理器中的A/D转换通道实现[3] [4],也可以利用根据原理实现的模拟量直接转换为数字量的隔离调制芯片来实现[2]。本文通过对这三种方案分别进行电路设计和具体实验后所得结果的比较分析,对三种方案各自的特点有了清晰的认识,这有利于基于不同的条件选择合适的方案来提高伺服控制系统的整体性能。 2 伺服电机控制系统简介

本系统采用交直交电压型变频电路,主电路由整流电路、滤波电路及智能功率模块IPM逆变电路构成,控制部分以DSP 芯片TMS320LF2812为核心,CPLD作为辅助处理模块,构成功能齐全的全数字矢量控制系统,系统结构如图1所示,从图1可以看出,本系统是一个有电流、转速和位置负反馈的三闭环系统, DSP负责采样各相电流,计算电机的转速和位置,最后运用矢量控制算法,得到电压矢量PWM控制信号,经过光藕隔离电路后,驱动逆变器功率开关器件;同时DSP 还监控变频调速系统的运行状态,当系统出现短路、过流、过压、过热等故障时,DSP将封锁SVPWM信号,使电机停机,并通过LED显示。CPLD模块负责对光栅尺反馈的位置信息和上位机发送脉冲形式指令信息进行滤波和计数,并将数据以总线方式传送给DSP;同时处理键盘输入和显示输出,以及开关量的输入输出。 伺服电机控制系统中电流采样的作用就是检测交流同步 电动机的三相定子电流并转换成相应的信号输入到DSP中,再由DSP的AD模块转化成数字量进行处理。因为本文研究的是三相平衡系统Ia+Ib+Ic=0,因此只要检测其中的两路电流,就可以得到三相电流。

闭环步进伺服电机驱动器参数安装图

SS57 闭环步进驱动器功能使用说明 一、产品简介 1.1概述 SS57闭环步进伺服电机驱动器是一能机电全新推出的SS混合伺服系列产品,采用行业最新的Cotex-M4ARM核处理器,主频高达80MHz,使得驱动器对外部响应频率最高可达500KHz,用以适配57闭环步进电机,从而使电机具有高精度,快响应,不失步,停止时绝对静止等优良特性,是当前业内同类产品中特性表现极其优异的一款产品。 1.2闭环步进伺服电机驱动器特点 ◆全新Cotex-M4ARM核技术32位处理器◆主频高达80MHZ ◆电机最高空载运行速度达4000转◆电机响应频率最高达500KHZ以上 ◆输出电流最高达7A◆细分高达25600 ◆输入电压最高75VDC◆双脉冲及脉冲加方向模式切换 ◆报警复位功能◆脉冲,方向,使能兼容5-24V输入 ◆丰富的报警及运行显示讯号◆失步报警输出功能 1.3功能示意图 二、电气、机械和环境指标 2.1闭环步进伺服电机驱动器电气指标 说明项目 SS57 最小值典型值最大值单位

输入电压244875 VDC 驱动电流1-7.0A 输入脉冲频率1-2M Hz 输入脉冲宽度250-5E+8ns 方向信号宽度62.5--μs 输入信号电压 3.6524VDC 输出信号电压--100mA 输出信号电流--30vdc 2.2闭环步进伺服电机驱动器使用环境及参数 冷却方式自然冷却或强制风冷 环境及参数 场合尽量避免粉尘、油雾及腐蚀性气体环境温度-20℃—+40℃ 最高工作温度80℃ 湿度40—90%RH9(不能结露和有水珠)震动 5.9m/s2Max 保存温度-20℃—+50℃ 重量约210克 2.3闭环步进伺服电机驱动器机械安装图 单位:毫米(mm) 图1.安装尺寸图 三、SS57闭环步进驱动器接口和接线介绍 3.1SS57闭环步进驱动器接口与接线示意图

步进电机及其驱动电路

第三节步进电动机及其驱动 一、步进电机的特点与种类 1.步进电机的特点 步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每当输入一个电脉冲时,转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。 步进电动机具有以下特点: ?工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等)的影响; ?步进电动机的步距角有误差,转子转过一定步数以后也会出现累积误差,但转子转过一转以后,其累积误差变为“零” ; ?由于可以直接用数字信号控制,与微机接口比较容易; ?控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”; ?不需要传感器进行反馈,可以进行开环控制; ?缺点是能量效率较低。 就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说,可将其分为以下三种: (1)可变磁阻(VR-Variable Reluctance),也叫反应式步进电动机 (2)永磁(PM-Permanent Magnet)型 (3)混合(HB-Hybrid)型 (1)可变磁阻(VR-Variable Reluctance) 结构原理:该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动,故又称作反应式步进电动机。其结构原理如图3.5定子1 上嵌有线圈,转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动,并由此而得名可变磁阻型。

图3.6 可变式阻步进电机 可变磁阻步进电机的特点: 反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁,故无励磁时没有保持力; 需要将气隙作得尽可能小,例如几个微米; 结构简单,运行频率高,可产生中等转矩,步距角小(0.09~9°) 制造材料费用低; 有些数控机床及工业机器人上使用。 (3)混合(HB-Hybrid)型 结构原理 这类电机是PM式和VR式的复合形式。其定子与VR类似,表面制有小齿,转子由永磁铁和铁心构成,同样切有小齿,为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。其结构如图3.7所示。 混合式步进电机特点: HB兼有PM和VR式步进电机的特点: 步距角可以做得较小(0.9~3.6°); 无励磁时具有保持力; 可以产生较大转矩,应用较广。

步进电机控制系统课程设计

河北xxxxxx学院 课程设计说明 书 题目:步进电机控制系统 学院(系): 年级专业: 学号: 学生姓名: 同组学生: 指导教师:

步进电机控制系统 设计者:xxxxx 指导老师:xxxx 1摘要: 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈,只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率,就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如,一个三相步进电机的通电顺序为:a—ab—b—bc—c—ca—a--.....,此时点击正转,若通电顺序改为:a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序,也可以通过编程改变输出脉冲的顺序,来改变输入到各绕组的通电顺序,达到控制电击方向的目的。 关键词:步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件,一种多相或单相同步点击,在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大,除了有简单的逻辑功能和顺序控制外,运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机,了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中,首先控制步进电机使之稳步启动,然后高速运动,接近制定位置时,减速之后低速运动一段时间,在准确地停在预定的位置上,最后步进电机停留2s后,按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点,其运动状态转换过程平稳,其功能框图如图3.1所以,其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程,如果在启动时突然加载高频脉冲,电机会产生啸叫、失步甚至不能启动,在停止阶段也是这样,当高频脉冲突然降到零时,电机会产生啸叫和振动,所以在启动和停止时,都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性,所以对输入的脉冲的频率有所限制,对于低频的脉冲输出时,plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时,就需要用plc的高速脉冲输出指令,这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 (1)主机plc 根据系统的控制要求,采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。(2)限位开关此系统中共用了两个限位开关:左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置,防止物体超出合理的工作范围。 (3)步进电机步进电机是该系统的执行机构

步进电机全闭环控制系统实现技巧

步进电机全闭环控制系统实现技巧 步进电机因体积精巧、价格低廉、运行稳定等优点在各大行业中得到广泛应用。虽然步进电机已被广泛地应用,但是步进电机运动控制实现全闭环控制仍是工控行业的一大难题。 问题主要体现是原点的不确定性和失步现象。目前,采用高速光电开关作为步进系统的原点,这个误差在毫米级,所以在精确控制领域,是不能接受的。另外,为了提高运行精度,步进电机系统的驱动采用多细分,有的大于16,假如用在往复运动过程中,误差大的惊人。已经不能适应加工领域。 为此,提出步进电机全闭环控制系统,以适应目前运动控制领域的需求。 1、硬件连接 硬件连接加装编码器,根据细分要求,采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。 2、原点控制 根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点,同数控系统相同,精度可以达到2/编码器解析度×4。 3、失步控制

根据编码器的反馈数据,实时调整输出脉冲,根据失步调整程度,采取相应办法。 4、电路原理描述 电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率,电源3.3V,利用2596开关电源,将24V转为3.3V,方便实用。输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算,及时修正输出脉冲量和频率。 5、应用描述 本电路有两种模式,返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时,进入原点模式,反之,进入运行模式。 在原点模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,当碰到原点开关后,降低输出脉冲频率,根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点。返回原点完成后,输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下,永远保持。 在运行模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,同时计算反馈数据,假如出现误差,及时修正。另外,大惯量运行时,加减速设置不合理的情况下,可能会及时反向修正。 6、技术指标 (1)输入输出相应频率:≤1M; (2)脉冲同步时间误差:≤10ms;(主要延误在反向修正,不考虑反向修正,≤10us) (3)重定位电气精度:≥2/编码器解析度×4/马达解析度×

步进电机全闭环控制

半导体器件应用网 https://www.360docs.net/doc/e717046350.html,/news/194498.html 步进电机全闭环控制 【大比特导读】步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业 应用广泛,步进电机运动控制实现全闭环,是工控行业的一大难题。 步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业应用广泛,步进电机运动控 制实现全闭环,是工控行业的一大难题。 主要问题有两个,原点的不确定性和失步,目前,采用高速光电开关作为步进系统的原点,这个误差在毫米级,所以在精确控制领域,是不能接受的。另外,为了提高运行精度, 步进系统的驱动采用多细分,有的大于16,假如用在往复运动过程中,误差大的惊人。已 经不能适应加工领域。 为此,提出步进电机全闭环控制系统,以适应目前运动控制领域的需求。 1、硬件连接 硬件连接加装编码器,根据细分要求,采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。 2、原点控制 根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点,同数控系统相同,精度可以达到2/编码器解 析度×4。 3、失步控制 根据编码器的反馈数据,实时调整输出脉冲,根据失步调整程度,采取相应办法。 下图是电路原理 4、电路原理描述

半导体器件应用网 电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率,电源3.3V,利用2596 开关电源,将24V转为3.3V,方便实用。输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算,及时修正输出脉冲量和频率。 5、应用描述 本电路有两种模式,返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时,进入原点模式,反之,进入运行模式。 在原点模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,当碰到原点开关后,降低输出脉冲频率,根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点。返回原点完成后,输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下,永远保持。 在运行模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,同时计算反馈数据,假如出现误差,及时修正。另外,大惯量运行时,加减速设置不合理的情况下,可能会及时反向修正。 6、技术指标 (1)输入输出相应频率:≤1M; (2)脉冲同步时间误差:≤10ms;(主要延误在反向修正,不考虑反向修正,≤10us) (3)重定位电气精度:≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分) (4)重定位原点电气精度≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分) (5)适应PNP,NPN接口 (6)适应伺服脉冲控制 (7)适应各种编码其接口 步进电机运动控制一旦解决上述问题,增加数百元成本的情况下可以实现全闭环控制,毫不逊色于伺服系统。特别是其价格低廉、控制简单、寿命长久的特点在某些场合,可能优于伺服系统。

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