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步进电机运动控制系统设计(三)

步进电机运动控制系统设计(三)

点击数:7904 次   录入时间:03-04 11:49:50   整理:http://www.55dianzi.com   电工技术
4.2.2 三相双三拍通电方式                

  控制绕组的通电方式为AB-BC-CA-AB 或AB-CA-BC-AB 每拍同时有两相绕组通电三拍为一个循环,当A B 两相控制绕组同时通电时转子齿的位置应同时考虑到两对定子极的作用,只有A 相极和B 相极对转子齿所产生的磁拉力相平衡才是转子的平衡位置如4-2-2 B 所示,可见双三拍运行时的步距角仍是30°,但双三拍运行时每一拍总有一相绕组持续通电,例如由A B 两相通电变为B C 两相通电时,B 相保持持续通电状态C 相磁拉力图使转子逆时针方向转动,而B 相磁拉力却起有阻止转子继续向前转动的作用。即起到一定的电磁阻尼作用所以电机工作比较平稳,而在三相单三拍运行时由于没有这种阻尼作用,所以转子达到新的平衡位置容易产生振荡稳定性不如双三拍运行方式。

 在分析步进电动机动态运行时,不仅要知道某一相控制绕组通电时的矩角特性,而且要知道整个运行过程中各相控制绕组通电状态下的矩角特性,即所谓矩角特性族以三相单三拍的通电方式为例,若将失调角θ的坐标轴统一取在A 相磁极的轴线上,显然A 相通电时矩角特性如图4-3中曲线A 所示稳定平衡点为O,点B 相通电时转子转过1/3 齿距相当于转过2π/3 电角度,它的稳4-3中曲线C, 这三条曲线就构成了三相单三拍通电方式时的矩角特性族总之矩角特性族中的每一条曲线依次错开一个用电角度表示的步矩角

 步进电机的动态特性是指步进电动机在运行过程中的特性它直接影响系统工作的可靠性和系统的快速反应。

  1)单步运行状态

  单步运行状态是指步进电动机在一相或多相控制绕组通电状态下仅改变一次通电状态时的运行方式.

  2)动稳定区

  当A 相控制绕组通电时矩角特性如图1-12中的曲线A 所示,若步进电动机为理想空载则转子处于稳定平衡点 “* MERGEFORMAT 处,如果将A相通电改变为B相通电,那么矩角特性应向前移动一个步距角 “* MERGEFORMAT 变为曲线B, “* MERGEFORMAT 点为新的稳定平衡点由于在改变通电状态的初瞬转子位置来不及改变还处于θ=0的位置,对应的电磁转矩却由O 突变为曲 “* MERGEFORMAT 线B上的C 点,电机在该转矩的作用下转子向新的稳定平衡位置,移动直至到达 “* MERGEFORMAT 点为止对应它的静稳定区为止,(-π+ “* MERGEFORMAT   )θ (π+ “* MERGEFORMAT ), 即改变通电状态的瞬间只要转子在这个区域内就能趋向新的稳定平衡位置,因此把后一个通电相的静稳定区称为前一个通电相的动稳定区,把初始稳定平衡点OA 与动稳定区的边界点A 之间的距离称为稳定裕度,拍数越多步距角越小,动稳定区就越接近静稳定区稳定裕度越大,运行的稳定性越好转子从原来的稳定平衡点到达新的稳定平衡点的时间越短,

     3)最大负载能力

  步进电动机带恒定负载时负载转矩为 “* MERGEFORMAT , “* MERGEFORMAT 若A 相控制绕组通电则转子的稳定平衡位置 A中曲线A 上的 “* MERGEFORMAT 点,这一点的电磁转矩正好与负载转矩相平衡,当输入一个控制脉冲信号通电状态由A相改变为B 相,矩角特性变为曲线B 在改变通电状态的瞬间电机产生的电磁转矩 “* MERGEFORMAT 大于负载转矩 “* MERGEFORMAT ,电机在该转矩的作用下转过一个步距角到达新的稳定平衡点OB´,

 如果负载转矩增大为 “* MERGEFORMAT ,且 “* MERGEFORMAT ,如图4-14(B)则初始平衡位置为 “* MERGEFORMAT 点,但在改变通电状态的瞬间电机产生电磁转矩为 “* MERGEFORMAT ,由于 “* MERGEFORMAT ,转子不能到达新的稳定平衡位置点 “* MERGEFORMAT ,而是向失调角θ减小的方向滑动,电机不能带动负载作步进运行,这时步进电动机实际上是处于失控状态,由此可见只有负载转矩小于相邻两个矩角特性交点S 所对应的电磁转矩 “* MERGEFORMAT 才能保证电机正常的步进运行,把 “* MERGEFORMAT 称为最大负载转矩也称为启动转矩当然它比最大静转矩 “* MERGEFORMAT 可求得启动转矩公式4-2-1。

      “* MERGEFORMAT     (4-2-1)

  4.3驱动电路的选择 

  因从CPU输出的脉冲信号特别小,固应先经过PWM8713脉冲分配器对脉冲进行分配并经过放大然后再经过光耦驱动来驱动步进进电机。

 PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器。该器件采用DIP 16封装,适用于二相或四相步进电机。PMM8713在控制二相或四相步进电机时都可选择三种励磁方式(1相励磁,2相励磁,3相励磁三种励磁方式之一),每相最小的拉电流和灌电流为20mA,它不但可满足后级功率放大器的要求,而且在所有输人端上均内嵌有施密特触发电路,抗干扰能力很强,其原理框图如图1所示,表1所列是PMM8713的引脚功能。在PMM8713的内部电路中,时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入法。PMM8713有两种脉冲输人法:双脉冲输人法和单脉冲输人法。

 PMM8713 功能介绍

  PMM8713 是专用的步进电机的步进脉冲产生芯片,它适用于三相和四相步进电机。如图1 所示PMM8713 的引脚,Cu 为加脉冲输入端,它使步进电机正转,Cp 为减脉冲输入端,它使步进电机反转,Ck

  为脉冲输入端,当脉冲加入此引脚时,Cu 和Cp 应接地,正反转由U/ D 的电平控制,EA 和EB 用来选择励磁方式的,可以选择的方式有一相励磁、二相励磁和一二相励磁,ΦC 用来选择三、四相步进电机,Vss 为芯片工作地,R 为芯片复位端,Φ4~Φ1 为四相步进

脉冲输出端,Φ3~Φ1 为三相步进脉冲输出端,Em 为励磁监视端,Co 为输入脉冲监视端,VDD为芯片的工作电源( + 4~ + 18V).:

4.4  显示电路与键盘的选择 

  显示电路的用8279芯片来驱动,8279芯片分别接两排显示器,每排为4位显示,分别用来显示步进电机的实际转速与给定转速。

 8279芯片的具体介绍如下;

  1) DB0~DB7:双向数据总线。在CPU于827数据与命令的传送。

  2) CLK:8279的系统时钟,100KHZ为最佳选择。

  3) RESET:复位输入线,高电平有效。当 RESET  输入端出现高电平时,8279被初始复位。

  4) /CS:片选信号。低电平使能,使能时可将命令写入8279或读取8279的数据。

  5) A0:用于区分信息的特性。当A0=1时,CPU向8279写入命令或读取8279的状态;当A0为0时,读写一数据。

  6) /RD:读取控制线。/RD=0,8279会送数据至外部总线。

  7) /WR:写入控制线。/WR=0,8279会从外部总线捕捉数据。

  8) IRQ:中断请求输出线,高电平有效。当FIFO RAM 缓冲器中存有键盘上闭合键的键码时,IRQ线升高,向CPU请求中断,当CPU将缓冲器中的输入键数的数据全部读取时,中断请求线下降为低电平。

  9) L0~SL3:扫描输出线,用于对键盘显示器扫  描。可以是编码模式(16对1)或译码模式(4对1)。

  10) ~RL7:反馈输入线,由内部拉高电阻拉成高电平,也可由键盘上按键拉成低电平。

  11) FT、CNTL/STB :控制键输入线,由内部拉高电  阻拉成高电平,也可由外部控制按键拉成低电平。

  12) TB0~3、OUTA0~3:显示段数据输出线,可分别作为两个半字节输出,也可作为8位段数据输出口,此时OUTB0为最低位, OUTA3位最高位。

  13) 消隐输出线,低电平有效。当显示器切换时或使用消隐命令时,将显示消隐。

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