步進(jìn)電機(jī)控制原理及應(yīng)用《畢業(yè)論文》

1、<p>　　上海醫(yī)療器械高等專科學(xué)校</p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制原理及應(yīng)用 </p><p>　　姓 名：白天輝 </p><p>　　系 部：醫(yī)學(xué)電子與信息工程 </p><p>　　專

2、 業(yè)：醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器管理與維護(hù)</p><p>　　班 級(jí)：2010檢驗(yàn)班 </p><p>　　指導(dǎo)教師：何培忠 </p><p>　　完成日期 2013年6月1日</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制原理及應(yīng)用</p><p><b>　　摘

3、要</b></p><p>　　文章從步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展史到步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)，再從步進(jìn)電機(jī)的原理到步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用講解和論述步進(jìn)電機(jī)。本文主要介紹了步進(jìn)電機(jī)的工作原理、步進(jìn)電機(jī)的分類和步進(jìn)電機(jī)的控制原理及應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 ?！　?lt

4、;/p><p>　　關(guān)鍵字：步距角, 相數(shù), 定位轉(zhuǎn)矩, 混合式 </p><p>　　The principle and application of stepping motor control</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　From the development

5、 history of stepper motor to the characteristics of the stepper motor, again from the principle of stepping motor to the application of stepping motor and stepper motor is discussed. This paper mainly introduces the work

6、ing principle of stepper motor, the classification of the stepper motor and stepper motor control principle and application. Stepper motor is a kind of induction motor, its working principle is the use of electronic circ

7、uit, direct current (dc) into time-shari</p><p>　　Key Words： Step angle, Phase number, Positioning torque , Hybrid stepping</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　

8、摘 要2</b></p><p>　　ABSTRACT3</p><p><b>　　目 錄4</b></p><p>　　第1章 緒 論5</p><p>　　第2章 步進(jìn)電機(jī)的概況6</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)發(fā)展史7</p><p&

9、gt;　　2.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)8</p><p>　　第3章 步進(jìn)電機(jī)的分類10</p><p>　　3.1 永磁式步進(jìn)電機(jī)10</p><p>　　3.2 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)11</p><p>　　3.3 混合式步進(jìn)電機(jī)12</p><p>　　第4章 步進(jìn)電機(jī)的原理14</p><p

10、>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)14</p><p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理16</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)的主要特性18</p><p>　　4.4 步進(jìn)電機(jī)定子相數(shù)的分類、結(jié)構(gòu)、原理18</p><p>　　4.5 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制19</p><p>　　4.6 步進(jìn)電機(jī)控制原理

11、22</p><p>　　第5章 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用23</p><p>　　5.1 步進(jìn)電機(jī)在醫(yī)用儀器中的應(yīng)用23</p><p>　　5.2 步進(jìn)電機(jī)在物料計(jì)量方面的應(yīng)用24</p><p>　　5.3 步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用25</p><p>　　5.4步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用25</p>

12、;<p><b>　　第6章 結(jié)論26</b></p><p><b>　　謝 辭27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的使

13、用至少需要三個(gè)方面的配合，一是電脈沖信號(hào)發(fā)生器，它按照給定的設(shè)置重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號(hào)，目前這種信號(hào)大多數(shù)由可編程控制器或單片機(jī)來完成；二是驅(qū)動(dòng)器（信號(hào)放大器），它除了對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以外，還可以通過它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能，事實(shí)上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，一般一種步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)不同的工況具有多種驅(qū)動(dòng)器；三是步進(jìn)電機(jī)，它有多種控制原理和型號(hào)，現(xiàn)在常用的有反應(yīng)式、感應(yīng)子式、混合式等。</p>

14、;<p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種專門用于位置和速度精確控制的特種電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的最大特點(diǎn)是其“數(shù)字性”，對(duì)于控制器發(fā)過來的每一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)在其驅(qū)動(dòng)器的推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度(簡稱一步)。如接收到一串脈沖步進(jìn)電機(jī)將連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離。同時(shí)可通過控制脈沖頻率，直接對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。由于步進(jìn)電機(jī)工作原理易學(xué)易用，成本低(相對(duì)于伺服)、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機(jī)控制，因此近年來在各行各業(yè)的控制設(shè)備中獲得

15、了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)(stepping motor)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。</p><p>　　第2章 步進(jìn)電機(jī)的概況</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成角位移或直線位移的常用電氣

16、執(zhí)行元件，具有步進(jìn)數(shù)可控、運(yùn)行平穩(wěn)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位移與脈沖數(shù)成正比，因而其轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而不受電源電壓、負(fù)載大小及環(huán)境條件等影響。每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度前進(jìn)一步，這個(gè)角度即為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了旋轉(zhuǎn)的速度，方向信號(hào)決定了旋轉(zhuǎn)的方向。</p><p>　　在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)

17、載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。 這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 單相步進(jìn)電機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。使用多相步進(jìn) 電機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)繞組。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分

18、配器，電機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。在非超載的情況下， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。</p><p>　　給定一個(gè)電脈沖信號(hào)，步

19、進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角度，這個(gè)角度就稱作該步進(jìn)電機(jī)的步距角。目前常用步進(jìn)電機(jī)的步距角大多為1.8度（俗稱一步）或0.9度（俗稱半步）。以步距角為0.9度的進(jìn)步電機(jī)來說，當(dāng)我們給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過0.9度；給兩個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過1.8度。以此類推，連續(xù)給定脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電脈沖信號(hào)與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角存在的這種線性關(guān)系，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 <

20、/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的使用至少需要三個(gè)方面的配合，一是電脈沖信號(hào)發(fā)生器，它按照給定的設(shè)置重復(fù)為步進(jìn)電機(jī)輸送電脈沖信號(hào)，目前這種信號(hào)大多數(shù)由可編程控制器或單片機(jī)來完成；二是驅(qū)動(dòng)器（信號(hào)放大器），它除了對(duì)電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以外，還可以通過它改善步進(jìn)電機(jī)的使用性能，事實(shí)上它在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中起著重要的作用，一般一種步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)不同的工況具有多種驅(qū)動(dòng)器；三是步進(jìn)電機(jī)，它有多種控制原理和型號(hào)，現(xiàn)在常用

21、的有反應(yīng)式、感應(yīng)子式、混合式等。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生脈沖的頻率減小時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度就下降；當(dāng)頻率增加時(shí)，速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進(jìn)電機(jī)的速度或位置精度。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的位置控制是靠給定的脈沖數(shù)量控制的。給定一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，當(dāng)停止的位置確定以后，也就決定了步進(jìn)電機(jī)需要給定

22、的脈沖數(shù)。在包裝機(jī)控制中，給定脈沖數(shù)的多少，還與機(jī)構(gòu)的參數(shù)有關(guān)，例如螺桿的直徑等。</p><p>　　圖2.1 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部圖</p><p>　　圖2.2 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)發(fā)展史</p><p>　　電機(jī)為工業(yè)發(fā)展不可缺少的一大要素，并扮演著重要的角色。電機(jī)的應(yīng)用不僅在動(dòng)力應(yīng)用反面不斷擴(kuò)

23、大，而且在控制領(lǐng)域的使用范圍也在不斷擴(kuò)大。隨著控制電機(jī)重要性的增加，控制電機(jī)的使用量也逐年增加。步進(jìn)電機(jī)是一種控制電機(jī)，不使用反饋回路，就能進(jìn)行速度控制及定位控制，即所謂的電機(jī)開環(huán)控制，不使用反饋回路，其應(yīng)用主要以處理辦公業(yè)務(wù)能力很強(qiáng)的OA(Office Automation,辦公自動(dòng)化)機(jī)器和FA(Factory Automation工廠自動(dòng)化)機(jī)器為核心，并廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療器械、計(jì)量儀器、汽車、游戲機(jī)等。就數(shù)量來講，OA機(jī)器方面的應(yīng)

24、用約占步進(jìn)電機(jī)使用總數(shù)的75%。</p><p><b>　　圖2.3 電機(jī)</b></p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)最近被大量應(yīng)用，但其原理早已有之。步進(jìn)電機(jī)與電磁鐵和柱塞泵同一時(shí)期開發(fā)，法國人佛羅曼提出了將電磁鐵的吸引力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)力矩的方法。當(dāng)時(shí)，激磁相的切換用機(jī)械凸輪的接觸點(diǎn)來完成，這就是步進(jìn)電機(jī)的原型?，F(xiàn)在還有旋轉(zhuǎn)線圈式的應(yīng)用方法。1920年步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際

25、應(yīng)用才開始，稱為VR（Variable Relutance 變磁阻）式步進(jìn)電機(jī)，被英國海軍用作定位控制和遠(yuǎn)程遙控?；旌鲜紿B(Hybrid 的縮寫，是VR與PM復(fù)合的意思)型步進(jìn)電機(jī)的產(chǎn)生，大約在1952年，由美國GE公司的Karl Feiertag 開發(fā)的發(fā)電機(jī)演變而來。與現(xiàn)在的兩相HB型步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)相同，取得了US專利。當(dāng)初作為低速同步電機(jī)使用，其后，由美國的Superior Electric 公司和Sigma Instrument

26、s公司開發(fā)出兩相1.8°步距角的HB型步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)時(shí)因?yàn)殡娏餍?、電感大、恒電?qū)動(dòng)的關(guān)系，換相脈沖只有300pps（現(xiàn)在為10～20kpps）。另一方面，從驅(qū)動(dòng)電路方面看，步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展與晶體管半導(dǎo)體元件的發(fā)展密不可分。1950年研制出二極管半導(dǎo)體，1964年開發(fā)出MOS半導(dǎo)體，1965年出現(xiàn)IC，1</p><p>　　2.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　可通過控制脈沖

27、數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移，達(dá)到精確定位的目的；同時(shí)也可以通過控制脈沖的頻率來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度，達(dá)到調(diào)速的目的。 </p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　（1）無刷：是無刷結(jié)構(gòu)電機(jī)，與傳統(tǒng)有刷電機(jī)相比而言可靠性更高；</p><p>　?。?）與負(fù)載無關(guān)：不超載時(shí)步進(jìn)電機(jī)能夠按照設(shè)定的速度運(yùn)行；<

28、/p><p>　?。?）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：易于啟動(dòng)、停止和反轉(zhuǎn)；</p><p>　?。?）保持轉(zhuǎn)矩： 停止時(shí)能夠自鎖；</p><p>　?。?）無累積誤差：雖然步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步的角位移與標(biāo)稱的步距角具有一定的誤差（3~5%），但是轉(zhuǎn)動(dòng)一周后累積的誤差和為零。</p><p>　　（6）步距角與環(huán)境無關(guān)：固有步距角是由本身構(gòu)造決定的，與溫度、電壓

29、、電流等使用環(huán)境無關(guān)。</p><p>　?。?）易于控制：只需控制脈沖的頻率和個(gè)數(shù)，即可達(dá)到定位、調(diào)速目的。</p><p><b>　?。?）價(jià)格低廉</b></p><p><b>　　不足之處：</b></p><p>　?。?）低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲都比較大；</p><

30、p>　　（2）輸出力矩隨著轉(zhuǎn)動(dòng)速度的升高而降低；</p><p>　　（3）啟動(dòng)頻率不能太高，否則會(huì)堵轉(zhuǎn)并伴隨有呼嘯聲；</p><p>　?。?）速度突變較大時(shí)存在丟步和過沖現(xiàn)象；</p><p>　?。?）最高運(yùn)動(dòng)速度較低，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出力矩小。</p><p>　　（6）開環(huán)控制，不能保證實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與設(shè)想的完全一致。<

31、/p><p>　　第3章 步進(jìn)電機(jī)的分類</p><p>　　現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)的分類方式有很多，下表是其中的一種分類方式：</p><p>　　表3.1 步進(jìn)電機(jī)的分類</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上主要分三種：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

32、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。</p><p>　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。</p><

33、;p>　　3.1 永磁式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)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；永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)的原理構(gòu)造如圖3.1所示，轉(zhuǎn)子是永久磁鐵所構(gòu)成，更進(jìn)一步的往這個(gè)周圍配置了復(fù)數(shù)個(gè)的固定子。</p><p>　　在圖3.1上，轉(zhuǎn)子磁鐵為N、S

34、一對(duì)，而它的固定子線圈由4個(gè)構(gòu)成，這些因?yàn)楹筒竭M(jìn)</p><p>　　角有直接關(guān)系，所以如需要較微細(xì)的步進(jìn)角時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鐵的極數(shù)和發(fā)生驅(qū)動(dòng)力的固定子線圈的數(shù)不能不對(duì)應(yīng)的增加，還有在圖3.1的構(gòu)造步進(jìn)角為90°。</p><p>　　圖3.1 永磁式步進(jìn)電機(jī)的原理圖(2相單極)</p><p>　　而且，PM型的特征是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子是永久磁鐵構(gòu)成的，所以就算在無激

35、磁(固定子的任何線圈不通電時(shí))也需在一定程度上保持了轉(zhuǎn)矩的發(fā)生，因而，依照利用這種的性質(zhì)效果，可以構(gòu)成省能積形的系統(tǒng)。</p><p>　　這種的步進(jìn)電機(jī)，它的步進(jìn)角種類很多，釤鈷系磁鐵的轉(zhuǎn)子是用在45°或者90°上，而且這些也可以用氟萊鐵(ferrite)磁鐵作為多極的充磁，有3.75°、11.25°、15°、18°、22.5°等豐富的種類，

36、但是從這些數(shù)字上看7.5°(轉(zhuǎn)48步進(jìn))是最為普及化的。</p><p>　　3.2 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低

37、，步距角小；但動(dòng)態(tài)性能差。</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造，如圖3.2所示，轉(zhuǎn)子是利用轉(zhuǎn)子的突極吸引所發(fā)生的轉(zhuǎn)力，因而反應(yīng)式在無激磁的時(shí)候，并不發(fā)生保持轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　主要的用途適用在比較大的轉(zhuǎn)矩上的工作機(jī)械，或者特殊使用的小型起動(dòng)機(jī)的上卷機(jī)械</p><p>　　圖3.2 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的原理圖(2相單極)</p><p&

38、gt;　　上。其它也有用在出力為1W以下的超小型電機(jī)上，總之，VR型的數(shù)量是非常少的，在步進(jìn) 電機(jī)的全部生產(chǎn)量上只有數(shù)%程度而已。</p><p>　　還有，步進(jìn)角的種類有15°、7.5°、也有1.8°，但是在數(shù)量上以1.5°步進(jìn)為最普及化。</p><p>　　3.3 混合式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　混合式步進(jìn)電動(dòng)

39、機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。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。</p><p>　　混合型步進(jìn)電機(jī)，是由固定子磁(齒)極以及和它對(duì)向的轉(zhuǎn)子磁極所構(gòu)成的，更近一步的它的轉(zhuǎn)子有這多數(shù)的齒車狀，在這些上是由轉(zhuǎn)軸和在同方向被磁化的永久磁鐵所

40、組合而成，還有在構(gòu)造上比前面的PM型以及VR型更復(fù)雜，基本上是可以考慮由PM型和VR型一體化的構(gòu)造。</p><p>　　hybrid type型有混合型的意思存在，這個(gè)剛好是VR型和PM型兩者組合的情況，所以就有如此的稱呼。</p><p>　　一般上混合型，因具有高精度、高轉(zhuǎn)矩、微小步進(jìn)角和數(shù)個(gè)優(yōu)異的特征，所以剛開始在OA關(guān)系，其它的分類上也大幅的被使用，特別是在生產(chǎn)量上大半是使用在盤

41、片記憶關(guān)系的磁頭轉(zhuǎn)送上。</p><p>　　還有，在步進(jìn)角上有0.9°、1.8°，其它的3.6°也有，比起其它的電機(jī)而言，具有極細(xì)的步進(jìn)角。</p><p>　　圖3.3 混合式步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造圖（2相單極）</p><p>　　第4章 步進(jìn)電機(jī)的原理</p><p>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)</

42、p><p>　　目前，我國使用的步進(jìn)電機(jī)多為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)中，有軸向分相和徑向分相兩種，如表4.1,4.2所述。</p><p>　　圖4.1是一典型的單定子、徑向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。它與普通電機(jī)一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分，其中定子又分為定子鐵心和定子繞組。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，其形狀如圖中所示。定子繞組是繞置在定子鐵心6個(gè)均勻分布的齒上的線圈，在直徑

43、方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。圖4.1所示的步進(jìn)電機(jī)可構(gòu)成三相控制繞組，故也稱三相步進(jìn)電機(jī)。若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極，其方向即圖中所示的NS極。在定子的每個(gè)磁極上，即定子鐵心上的每個(gè)齒上又開了5個(gè)小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9°，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，只有均勻分布的40個(gè)小齒，齒槽也是等寬的，齒間夾角也是9°，與磁極上的小齒一致。此外，三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯(cuò)開1/3齒距，

44、如圖4.2所示。當(dāng)A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊時(shí)，B相磁極上的齒剛好超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒1/3齒距角，C相磁極齒超前(或滯后)轉(zhuǎn)子齒2/3齒距角。</p><p>　　圖4.1 單定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　圖4.2 步進(jìn)電機(jī)的齒距</p><p>　　圖4.3是一個(gè)五定子、軸向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。從圖中可

45、以看出，步進(jìn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子在軸向分為五段，每一段都形成獨(dú)立的一相定子鐵心、定子繞組和轉(zhuǎn)子，圖4.4所示的是其中的一段。各段定子鐵心形如內(nèi)齒輪，由硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子形如外齒輪，也由硅鋼片制成。各段定子上的齒在圓周方向均勻分布，彼此之間錯(cuò)開1/5齒距，其轉(zhuǎn)子齒彼此不錯(cuò)位。當(dāng)設(shè)置在定子鐵心環(huán)形槽內(nèi)的定子繞組通電時(shí)，形成一相環(huán)形繞組，構(gòu)成圖中所示的磁力線。</p><p>　　圖4.3 五定子徑向分相反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)

46、結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　除上面介紹的兩種形式的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)之外，常見的步進(jìn)電機(jī)還有永磁式步進(jìn)電機(jī)和永磁反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)雖不相同，但工作原理相同。</p><p>　　圖4.4 一段定子、轉(zhuǎn)子及磁回路</p><p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。圖4.3

47、是一種最簡單的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，下面以它為例來說明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。</p><p>　　圖4.5(a)中，當(dāng)A相繞組通以直流電流時(shí)，根據(jù)電磁學(xué)原理，便會(huì)在AA方向上產(chǎn)生一磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)電磁力的作用下，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的齒與定子AA磁極上的齒對(duì)齊。若A相斷電，B相通電，這時(shí)新的磁場(chǎng)其電磁力又吸引轉(zhuǎn)子的兩極與BB磁極齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針轉(zhuǎn)過60°。通常，步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電狀態(tài)每改變一次，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度α

48、稱為步距角。因此，圖4.5(a)所示步進(jìn)電機(jī)的步距角α等于60°。如果控制線路不停地按A→B→C→A…的順序控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序改為A→C→B→A…，同理，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針不停地轉(zhuǎn)動(dòng)。 </p><p>　　上面所述的這種通電方式稱為三相三拍。還有一種三相六拍的通電方式，它的通電順序是：順時(shí)針為A → AB → B → BC → C → CA →

49、A；逆時(shí)針為A → AC → C→ CB → B → BA →A。</p><p>　　若以三相六拍通電方式工作，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)為A和B同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的磁極將同時(shí)受到A相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和B相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)的共同吸引，轉(zhuǎn)子的磁極只好停在A和B兩相磁極之間，這時(shí)它的步距角α等于30°。當(dāng)由A和B兩相同時(shí)通電轉(zhuǎn)為B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極再沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，與B相磁極對(duì)齊。其余依此類推。采用三相六拍通電

50、方式，可使步距角α縮小一半。</p><p>　　圖4.5步進(jìn)電機(jī)工作原理圖</p><p>　　圖4.5(b)中的步進(jìn)電機(jī)，定子仍是A，B，C三相，每相兩極，</p><p>　　但轉(zhuǎn)子不是兩個(gè)磁極而是四個(gè)。當(dāng)A相通電時(shí)，是1和3極與A相的兩極對(duì)齊，很明</p><p>　　顯，當(dāng)A相斷電、B相通電時(shí)，2和4極將與B相兩極對(duì)齊。這樣，在三相

51、三拍的通電方式中，步距角α等于30°，在三相六拍通電方式中，步距角α則為15°。</p><p>　　綜上所述，可以得到如下結(jié)論：</p><p>　　(1)步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角α；</p><p>　　(2)改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變；</p&g

52、t;<p>　　(3)步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；</p><p>　　(4)步進(jìn)電機(jī)步距角α與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)，可用下式表示：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　式中m相m拍時(shí)，k=1；m相2m

53、拍時(shí)，k=2；依此類推。</p><p>　　對(duì)于圖4.3所示的單定子、徑向分相、反應(yīng)式伺服步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)它以三相三拍通電方式工作時(shí)，其步距角為</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　若按三相六拍通電方式工作，則步距角為</p><p><b>　　(3)</b></p

54、><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)的主要特性</p><p>　　(1)步距角：步進(jìn)電機(jī)的步距角是反映步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。它是決定步進(jìn)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。數(shù)控機(jī)床中常見的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為 。步距角越小，數(shù)控機(jī)床的控制精度越高。</p><p>　　(2)矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mq。矩角特性是步進(jìn)電機(jī)

55、的一個(gè)重要特性，它是指步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的變化規(guī)律。</p><p>　　(3)啟動(dòng)頻率fq：空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并進(jìn)入不丟步的正常運(yùn)行所允許的最高頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突跳頻率。若啟動(dòng)時(shí)頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動(dòng)?？蛰d啟動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于該突跳頻率。</p><p>　　4.4 步進(jìn)電機(jī)定子相數(shù)的分類、結(jié)構(gòu)、原理<

56、/p><p>　　現(xiàn)以兩相與三相步進(jìn)電機(jī)為例詳細(xì)說明步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)與特性的關(guān)系。相數(shù)與特性綜合概述為：</p><p>　　1)高分辨率根據(jù)式(2．1)，步距角為180／PNr。故相數(shù)P越大，角分辨率越高。</p><p>　　提高分辨率，可以提高定位控制精度，改善低速失步，使多相控制成為可能，并且可以改善阻尼(改善制動(dòng)性能，減小停止時(shí)的超調(diào)量和制動(dòng)時(shí)間)。詳細(xì)說明在驅(qū)

57、動(dòng)技術(shù)部分。</p><p>　　圖4.6 相數(shù)、靜態(tài)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的關(guān)系</p><p>　　2)低振動(dòng)圖4.5表示的是兩相和三相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，相數(shù)愈多，換相的兩相繞組動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩曲線的交點(diǎn)轉(zhuǎn)矩值Tg與最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Th的相對(duì)誤差愈小。TR為電機(jī)所帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩的下限值，(Th-Tg)／Th為轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的相對(duì)誤差，相數(shù)越多，此值越小，對(duì)降低振動(dòng)越有利。亦即，相數(shù)越多，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)幅值越

58、小，頻率越高．產(chǎn)生的振動(dòng)越小。</p><p>　　3)高轉(zhuǎn)速多相步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能高速響應(yīng)。步進(jìn)電機(jī)為同步電機(jī)，繞組電流頻率與轉(zhuǎn)子速度成正比例，若電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，則繞組電流角頻率ω增加，使繞組電感L產(chǎn)生的電抗ωL加大，從而降低電流，致使轉(zhuǎn)矩下降。</p><p>　　當(dāng)用數(shù)千pps驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)，電機(jī)繞組阻抗Z與直流電阻相比。電抗ωL將大幅增加。當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如電壓V一定，則電機(jī)相電流

59、為V／ωL。機(jī)械角速度ωm為ω=Nrωm，則對(duì)相同機(jī)械角速度ωm的電機(jī)，電流與Nr成反比。</p><p>　　根據(jù)式(2．1)，兩相Nr=50時(shí)，步距角為1.8；五相Nr=20時(shí)．步距角為1．8。當(dāng)這兩種步進(jìn)電機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，五相繞組的電流是兩相的2.5倍，因?yàn)殡娏餍t轉(zhuǎn)矩小。所以五相的轉(zhuǎn)矩比兩相的要大。</p><p>　　4.5 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制</p>

60、<p><b>　　1.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的組成包括變頻信號(hào)源、脈沖分配器、功率放大器等部分：</p><p>　　(1)脈沖信號(hào)：一般由時(shí)鐘信號(hào)或單片機(jī)等產(chǎn)生，一般要求脈沖的信號(hào)可變，以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。</p><p>　　(2)控制信號(hào)：根據(jù)不同的電機(jī)和實(shí)際需要，采用適當(dāng)?shù)目刂品绞健?l

61、t;/p><p>　　(3)驅(qū)動(dòng)：功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流的非靜態(tài)電流。平均電流越大電機(jī)力矩越大。要達(dá)到平均電流大就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的驅(qū)動(dòng)方式。由于發(fā)出的電流都很小，要加一個(gè)功率放大電路再接到電擊上，才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)起來。</p><p><b>　　2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)的組成</b&g

62、t;</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路由變頻信號(hào)源、脈沖分配器以及功率放大器等組成，如圖所示：</p><p><b>　　3.步進(jìn)電機(jī)的控制</b></p><p>　　(1)PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制</p><p><b>　　脈沖</b></p><p>　　圖4.

63、7 外部連接圖</p><p>　　圖4.8 控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　圖4.9 PLC控制步進(jìn)電機(jī)的原理</p><p>　　單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)主要有步進(jìn)控制器、功率放大器及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器是由緩沖寄存器、環(huán)型分配器、控制邏輯及正反轉(zhuǎn)控制門等組成。它的作用就是能把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以便控制步進(jìn)電機(jī)，并能進(jìn)行向控制。功

64、率放大器的作用就是把控制器輸出的環(huán)型脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種控制方式中，由于步進(jìn)控制器線路復(fù)雜，成本高，因而限制它的應(yīng)用。但是，如果采用PLC控制系統(tǒng)，有軟件代替步進(jìn)控制器，則問題大大簡化。</p><p>　　(2)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制</p><p>　　單片機(jī)的P1口控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，只要在一定的時(shí)間控制P1.0，P1.1，P1.2的輸出情況就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)

65、的運(yùn)行控制。</p><p>　　圖4.10 波形圖</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路使用功率三極管作為驅(qū)動(dòng)元件，如下圖。P1.0，P1.1，P1.2三根線按上面的波形圖一次導(dǎo)通，它們經(jīng)過反相器74LS06提升到+12V，直接接通功率晶體管的基極。功率晶體管的集電極E1，E2，E3分別經(jīng)過6Ω限流電阻接到步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三個(gè)繞阻上，功率晶體管在時(shí)序脈沖的驅(qū)動(dòng)下導(dǎo)通或截至。是步進(jìn)電機(jī)的三個(gè)

66、繞阻分別加電或斷電，完成旋轉(zhuǎn)。D1-D6對(duì)功率晶體管起保護(hù)作用。如圖4.10所示：</p><p>　　4.11 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　4.6 步進(jìn)電機(jī)控制原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的工作方式與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和種類密切相關(guān)，從結(jié)構(gòu)上看，步進(jìn)電機(jī)分為三相、四相、五相等類型，常用的是三相步進(jìn)電機(jī)。三相步進(jìn)電機(jī)的工作方式有三相單三拍、三相雙三拍

67、和三相六拍3種。系統(tǒng)采用三相六拍工作方式，在=三相六拍工作方式中，控制電流切換6次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)1周，轉(zhuǎn)子移動(dòng)1個(gè)齒距，各相的通電順序?yàn)椋篈—AB．B-BC．C．CA—A。六拍工作方式時(shí)的電壓及電流波形如圖1所示。其中細(xì)線表示磁極繞組中的電流波形，可見磁極的驅(qū)動(dòng)電壓是方波，而電流不是方波，這主要是由于步進(jìn)電機(jī)的每相繞組存在一定的充電和放電時(shí)間。</p><p>　　圖4.12 三相感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)六拍工作方式時(shí)的電壓及

68、電流波形</p><p>　　常用的步進(jìn)電機(jī)分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等類型，不同的步進(jìn)電機(jī)在控制方式上基本一樣。在實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)較常用。步進(jìn)電機(jī)直接由數(shù)字信號(hào)控制，其基本控制包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)換向,一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)時(shí)，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的

69、最后一個(gè)脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第1個(gè)脈沖前發(fā)出。在某一高速下的正、反向切換實(shí)質(zhì)包含了降速一換向一加速3個(gè)過程。</p><p>　　調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。用PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，實(shí)際上就是控制發(fā)送脈沖的頻率。加速時(shí)，使脈沖頻率增高,減速時(shí)降低。</p><p>　　理想的加速曲線一般為指數(shù)曲線，步進(jìn)電機(jī)整個(gè)降速過程的頻率變化規(guī)律是整個(gè)加速過程頻

70、率變化規(guī)律的逆過程。若選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過程的運(yùn)行規(guī)律，則能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性好，縮短了升降速的時(shí)間，并可防止失步和過沖現(xiàn)象。</p><p>　　第5章 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　5.1步進(jìn)電機(jī)在醫(yī)用儀器中的應(yīng)用</p><p>　　1. 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生化分析儀上的應(yīng)用</p><p>　　自動(dòng)

71、生化分析儀是把臨床生化分析的取樣,加試劑,去干擾,混合,保溫反應(yīng),檢測(cè),數(shù)據(jù)處理,結(jié)果顯示和輸出,以及清洗等實(shí)驗(yàn)操作步驟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的儀器。</p><p>　　自動(dòng)生化分析儀的自動(dòng)加樣、取樣功能是通過其加樣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。加樣系統(tǒng)中的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般包括：懸臂機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。國內(nèi)目前的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)諸如：同步帶、齒輪齒條，滾珠絲桿之類；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與懸臂機(jī)構(gòu)相連，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加樣取樣功能。滾

72、珠絲桿缺點(diǎn)是體積大，成本高，對(duì)機(jī)構(gòu)調(diào)校要求高，而且滾珠絲桿一般螺距較大，造成機(jī)構(gòu)分辨率不高。而其他傳動(dòng)方式的缺點(diǎn)在于精度不高，再就是噪音比較大，最關(guān)鍵的是壽命無法保證，從而影響了產(chǎn)品的整體質(zhì)量和檔次，與國外同類產(chǎn)品的競(jìng)爭中處于不利地位。</p><p>　　圖5.1 傳統(tǒng)傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，綜合成本高</p><p>　　而直線步進(jìn)電機(jī)以其高精度，高可靠性彌補(bǔ)以上缺陷的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自

73、動(dòng)生化分析儀的精確加樣，自動(dòng)裝載。</p><p>　　下圖是直線步進(jìn)電機(jī)在生化分析儀加樣臂上的典型應(yīng)用</p><p>　　圖5.2 直線步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡潔，便于整體設(shè)計(jì)</p><p>　　由于直線步進(jìn)在電機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，使懸臂機(jī)構(gòu)與電機(jī)直接連接，在做到機(jī)構(gòu)盡量精巧簡潔的同時(shí)，無須中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的機(jī)械機(jī)構(gòu)使其能夠做到更高精度，更高效率以

74、及更高壽命。</p><p>　　更簡潔：直線步進(jìn)電機(jī)的在結(jié)構(gòu)上的特性帶來了它在使用上的便利。事實(shí)上，直線步進(jìn)電機(jī)之所以在自動(dòng)生化分析領(lǐng)域有如此成功的應(yīng)用，原因是其簡潔、精確、靈敏高可靠性的特點(diǎn)完美的契合了自動(dòng)生化分析儀對(duì)線性運(yùn)動(dòng)控制性能要求。</p><p>　　更高精度：直線步進(jìn)電機(jī)采用Acme螺桿傳動(dòng)，螺桿一次碾壓成型，傳動(dòng)精度可以做0.0005mm/mm，最高分辨率可達(dá)0.0015

75、mm。此外為了達(dá)到更高精度，可以配上反向消隙螺母，它能夠消除背隙，達(dá)到更高的傳動(dòng)精度。</p><p>　　更高效率：與齒輪齒條傳動(dòng)或者同步帶傳動(dòng)等自動(dòng)生化分析儀中常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，直線步進(jìn)電機(jī)無疑有著更高的傳動(dòng)效率。首先是其Acme螺桿與一般的V形螺紋相比，其29度牙形角效率更高，并且由于它專門為傳動(dòng)設(shè)計(jì)，所以表面光潔度、螺距精度以及公差都不是V形螺紋可以比擬的。</p><p>　　

76、圖5.3  Acme螺紋和V形螺紋對(duì)比</p><p>　　更高壽命：由于作為直線步進(jìn)電機(jī)專利結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（專利號(hào)中國ZL200330102644.4， 美國 6.932，319），以及專業(yè)化的線性傳動(dòng)制造工藝保證整體機(jī)構(gòu)的高壽命，另外其自潤滑的螺母材料和高質(zhì)量的螺桿加工工藝，也為其提供高壽命保證。事實(shí)上，在正常負(fù)載條件下，電機(jī)至少能達(dá)到500萬次循環(huán)的壽命。</p>

77、;<p>　　2.步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，在其它醫(yī)用儀器中也是如此。如分析儀器中棱鏡分光單色器，就可通過控制步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)棱鏡轉(zhuǎn)角，選擇所需的單色光。自動(dòng)生化分析儀樣品盤旋轉(zhuǎn)與定位也可由步進(jìn)電機(jī)控制。臨床化學(xué)分析中經(jīng)常使用的高精度自動(dòng)稀釋器也是一個(gè)使用步進(jìn)機(jī)控制的典型。</p><p>　　醫(yī)院內(nèi)的醫(yī)療器械離患者最近．需要使用振動(dòng)小、噪音低的步進(jìn)電機(jī)。液體定量傳輸和傳輸量管理要使用高精度的輸液泵驅(qū)動(dòng)

78、儀器和各種分析儀器等，定量輸液采用步進(jìn)電機(jī)非常合適。透析設(shè)備或注射泵等由于靠近患者，大多使用振動(dòng)噪音小的三相RM型步進(jìn)電機(jī)或HB型步進(jìn)電機(jī)。注射泵采用步進(jìn)電機(jī)的原因是與無刷電機(jī)相比能得到低速大轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　今后，能代替人完成治療任務(wù)的、動(dòng)作準(zhǔn)確和靜音度高的、使用電機(jī)的醫(yī)療設(shè)備會(huì)越來越多應(yīng)用于臨床。這些設(shè)備將來會(huì)使用更多定位精度高的、易于速度開環(huán)和閉環(huán)控制的步進(jìn)電機(jī)。</p><p

79、>　　5.2步進(jìn)電機(jī)在物料計(jì)量方面的應(yīng)用</p><p>　　1.粉狀物料的計(jì)量 </p><p>　　螺桿計(jì)量是常用的容積式計(jì)量方式，它是通過螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)多少來達(dá)到計(jì)量的多少，為了達(dá)到計(jì)量大小可調(diào)和提高計(jì)量精度的目的，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)和位置定位準(zhǔn)確，使用步進(jìn)電機(jī)可以同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)與螺桿采用直接連接的方式

80、，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。值得指出的是，如步進(jìn)電機(jī)的過載能力較代，當(dāng)輕微過載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的噪聲。因此，在計(jì)量工況確定以后，就要選用較大的過載系數(shù)，以保證步進(jìn)電機(jī)平衡工作。 </p><p>　　2．粘稠體物料的計(jì)量 </p><p>　　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

81、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)。 </p><p>　　齒輪泵計(jì)量是靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，物料通過齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來自步進(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。 </p><p>　　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)

82、顯著下降。對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果聲難以噪聲難以避免，可靠性下降。后來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)量精度得到了保證。 </p><p>　　5.3 步進(jìn)電機(jī)在供送包裝膜中的應(yīng)用</p><p>　　在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄

83、膜定位定長供給，無論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來可靠完成。 </p><p>　　1．用于間歇式包裝機(jī) </p><p>　　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)得到了簡化，而且調(diào)節(jié)極為方

84、便，只要通過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。 </p><p>　　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：袋長控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過預(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)定通過撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)按到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一

85、定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長供膜。 </p><p>　　2．用于連續(xù)式包裝機(jī) </p><p>　　在連續(xù)工包裝機(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)改變袋長時(shí)，只需通過撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　5.4步進(jìn)電機(jī)在橫封中的應(yīng)用</p><p>　　在連續(xù)式包裝機(jī)中，橫封是

86、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)于有色檔的包裝膜，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。 </p><p>　　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

87、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)改變袋長時(shí)，就需要通過改變橫封輪的轉(zhuǎn)速來改變，但是橫封需要一定的時(shí)間，就是說橫封輪與薄膜從接觸到離開需要恒定的時(shí)間，否則封口吵嚴(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。</p><p><b>

88、;　　第6章 結(jié)論</b></p><p>　　利用可編程控制器可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度和位置進(jìn)行控制，可靠地實(shí)現(xiàn)各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作。它是一種先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，可廣泛地在造紙、食品、包裝以及其他輕工機(jī)械中得到應(yīng)用。用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制在數(shù)控機(jī)床改造中也是一種經(jīng)濟(jì)、有效的方法。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在包裝機(jī)械中的就用還剛剛開始，原來許

89、多傳統(tǒng)的機(jī)械控制方式都可以用步進(jìn)電機(jī)來替代，除了上面介紹的一些用途外，它還在印刷、灌裝、囊包等方面得到了應(yīng)用，相信在較短的時(shí)間內(nèi)，我國的包裝機(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。</p><p>　　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說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果聲

90、難以噪聲難以避免，可靠性下降。后來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)量精度得到了保證。</p><p>　　在這次的報(bào)告中，我學(xué)到了許多以前不知道的東西。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)有了更深地了解，我想以后在步進(jìn)電機(jī)這一方面有更多的學(xué)習(xí)。希望能在以后的工作能有所作用。</p><p><b>　　謝 辭</b></p>

91、<p>　　經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。</p><p>　　在這里我要感謝我的指導(dǎo)教師何老師。何老師雖身負(fù)教學(xué)、科研重任，仍抽出時(shí)間，不時(shí)召集我和同門以督責(zé)課業(yè)，耳提面命，殷殷之情盡在諄諄教誨中。這篇論文更傾注了他的大量心血。從初稿到定稿，何老師不厭其煩，一

92、審再審，大到篇章布局的偏頗，小到語句格式的瑕疵，都予以指出。同時(shí)，我要感謝上海醫(yī)療器械高等?？茖W(xué)校所有給我上過課老師，是他們傳授給我方方面面的知識(shí)，拓寬了我的知識(shí)面，培養(yǎng)了我的功底，對(duì)論文的完成不無裨益。我還要感謝學(xué)校的各位工作人員，他們細(xì)致的工作使我和同學(xué)們的學(xué)習(xí)和生活井然有序。</p><p>　　謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持，他們無微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動(dòng)力；他們的殷殷

93、希望，激發(fā)我不斷前行。沒有他們就沒有我，我的點(diǎn)滴成就都來自他們。  </p><p>　　讓我依依不舍的還有各位學(xué)友、同門和室友。在我需要幫助的時(shí)候，是你們伸出溫暖的雙手，鼎立襄助。能和相遇、相交、相知是人生的一大幸事。  </p><p>　　本論文的完成遠(yuǎn)非終點(diǎn)，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個(gè)個(gè)新的起點(diǎn)。  <

94、/p><p><b>　　我將繼續(xù)前行！</b></p><p>　　逝者如斯，不舍晝夜，兩次春去春又來，歲月稍縱即逝。此時(shí)，回頭想想這段短暫的求學(xué)路，時(shí)而喜悅，時(shí)而惆悵。在這個(gè)美麗的校園里，原本天真幼稚的我如今已蛻變成一個(gè)睿智、沉穩(wěn)的青年，感謝命運(yùn)的安排，讓我有幸結(jié)識(shí)了許多良師益友，是他們教我如何品味人生，讓我懂得如何更好的生活！人生處處是驛站，已是揮手作別之時(shí)，在此，

95、向所有幫助過我的人獻(xiàn)上我最誠摯的謝意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 韓慶瑤，劉崇倫，李巧紅,步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控定位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,自動(dòng)化博覽，(3)2005</p><p>　　[2] 舒冰,控制步進(jìn)電機(jī)在分類存儲(chǔ)中應(yīng)用, 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,（11）2009</p><p>