步進(jìn)電機(jī)的速度控制及運(yùn)動規(guī)律

1、步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的速度控制及運(yùn)動規(guī)律的速度控制及運(yùn)動規(guī)律步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制用途電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它可接受數(shù)字控制信號步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制用途電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它可接受數(shù)字控制信號(電脈沖信號電脈沖信號)并轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)化成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移，因而本身就是一個完成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件?；膳c之相對應(yīng)的角位移或直線位移，因而本身就是一個完成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。而且它能進(jìn)行開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量。

2、這樣的增量而且它能進(jìn)行開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量。這樣的增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)相比，其成本明顯降低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。因位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)相比，其成本明顯降低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。因此，步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、遙控、航天等領(lǐng)域，特別是微型計算機(jī)和微此，步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、遙控、航天等領(lǐng)域，特別是微型計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)獲得更為廣泛的

3、應(yīng)用。電子技術(shù)的發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)獲得更為廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的速度特性步進(jìn)電機(jī)的速度特性步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)。其角速度與脈沖頻率成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲時間上與脈沖同步。因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。由于步進(jìn)電機(jī)是借助它的同步轉(zhuǎn)

4、矩而啟動的，為了不發(fā)生失步，啟動頻率是得所需速度。由于步進(jìn)電機(jī)是借助它的同步轉(zhuǎn)矩而啟動的，為了不發(fā)生失步，啟動頻率是不高的。特別是隨著功率的增加，轉(zhuǎn)子直徑增大，慣量增大，啟動頻率和最高運(yùn)行頻率可不高的。特別是隨著功率的增加，轉(zhuǎn)子直徑增大，慣量增大，啟動頻率和最高運(yùn)行頻率可能相差能相差10倍之多。倍之多。為了充分發(fā)揮電機(jī)的快速性能，通常使電機(jī)在低于啟動頻率下啟動，然后逐步增加脈沖頻為了充分發(fā)揮電機(jī)的快速性能，通常使電機(jī)在低于啟動頻率下啟動

5、，然后逐步增加脈沖頻率直到所希望的速度，所選擇的變化速率要保證電機(jī)不發(fā)生失步，并盡量縮短啟動加速時率直到所希望的速度，所選擇的變化速率要保證電機(jī)不發(fā)生失步，并盡量縮短啟動加速時間。為了保證電機(jī)的定位精度，在停止以前必須使電機(jī)從最高速度逐步減小脈沖率降到能間。為了保證電機(jī)的定位精度，在停止以前必須使電機(jī)從最高速度逐步減小脈沖率降到能夠停止的速度夠停止的速度(等于或稍大于啟動速度等于或稍大于啟動速度)。因此，步進(jìn)電機(jī)拖動負(fù)載高速移動一定距離

6、并精確。因此，步進(jìn)電機(jī)拖動負(fù)載高速移動一定距離并精確定位時，一般來說都應(yīng)包括定位時，一般來說都應(yīng)包括“啟動啟動加速加速高速運(yùn)行高速運(yùn)行(勻速勻速)減速減速停止停止”五個階段，速度特性通五個階段，速度特性通常為梯形，如果移動的距離很短則為三角形速度特性，如圖常為梯形，如果移動的距離很短則為三角形速度特性，如圖1所示。所示。圖1步進(jìn)電機(jī)的速度曲線步進(jìn)電機(jī)的速度曲線步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PC機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r刻通過對硬件控制電路上

7、的機(jī)在適當(dāng)?shù)臅r刻通過對硬件控制電路上的8253計數(shù)器計數(shù)器0賦初值，設(shè)置好加減速過程的賦初值，設(shè)置好加減速過程的頻率變化頻率變化(即速度、加速度變化即速度、加速度變化)，以防止失步。例如，在點(diǎn)位控制中設(shè)置好速度曲線圖，在，以防止失步。例如，在點(diǎn)位控制中設(shè)置好速度曲線圖，在起動和升速時，使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動負(fù)載，跟上規(guī)定的速度和加速度起動和升速時，使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動負(fù)載，跟上規(guī)定的速度和加速度在減速時在減速時，下降特性使

8、負(fù)載不產(chǎn)生過沖，停止在規(guī)定的位置。硬件控制電路板上的，下降特性使負(fù)載不產(chǎn)生過沖，停止在規(guī)定的位置。硬件控制電路板上的8253產(chǎn)生脈沖方產(chǎn)生脈沖方(2)脈沖頻率為：脈沖頻率為：1fn=Tn=T1(n1)△f0(3)上式分別顯示了脈沖數(shù)上式分別顯示了脈沖數(shù)n與脈沖頻率與脈沖頻率fn和時間和時間tn的關(guān)系。令的關(guān)系。令△f0=δ，即加速階段相鄰兩，即加速階段相鄰兩脈沖周期的減量，則上述公式簡化為：脈沖周期的減量，則上述公式簡化為：tn=(n1

9、)T1(n2)(n1)δ2(4)1fn=T1(n1)δ(5)聯(lián)立聯(lián)立(4)、(5)，并簡化，并簡化fn與tn的關(guān)系，得出加速階段的數(shù)學(xué)模型為：的關(guān)系，得出加速階段的數(shù)學(xué)模型為：(6)其中，是常數(shù)，其值與定時器初值及定時器變化量有關(guān)，其中，是常數(shù)，其值與定時器初值及定時器變化量有關(guān)，A=δB=(2T1δ)2C=8δ。加速階段脈沖頻率的變化為：加速階段脈沖頻率的變化為：(7)從(6)、(7)式可以看出，在加速階段，脈沖頻率不斷升高，且加速度

10、以二次函數(shù)增加。這種式可以看出，在加速階段，脈沖頻率不斷升高，且加速度以二次函數(shù)增加。這種加速方法對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行十分有利，因為啟動時，加速度平緩，一旦步進(jìn)電機(jī)具有一定的加速方法對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行十分有利，因為啟動時，加速度平緩，一旦步進(jìn)電機(jī)具有一定的速度，加速度增加很快。這樣一方面使加速度平穩(wěn)過渡，有利于提高機(jī)器的定位精度，另速度，加速度增加很快。這樣一方面使加速度平穩(wěn)過渡，有利于提高機(jī)器的定位精度，另一方面可以縮短加速過程，提高快速性能。