伺服系统 第2版 教学课件 钱平 第3章 步进电动机的控制.pdf

伺 服 系 统 伺 服 系 统 第 3 章 步进电动机的控制 编写人：葛翔 编写人：葛翔 上海应用技术学院 上海应用技术学院 内容提要 第一节 步进电动机的工作原理及驱动 方法 第二节 步进电动机的开、闭环控制 第三节 步进电动机的最佳点-位控制 第四节 步进电动机控制的程序设计 引 言 步进电动机主要用于开环控制系统，也可以用于闭环 控制系统。 步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之 一，由于它可以直接接受计算机输出的数字信号，而 不需要进行数/模转换，所以步进电动机广泛应用于数 字控制系统中。步进电机角位移与控制脉冲间精确同 步，若将角位移的改变转变为线性位移、位置、体积、 流量等物理量的变化，便可实现对它们的控制。例如， 在机械结构中，可以用丝杠把角度变成直线位移，也 可以用它带动螺旋定位器，调节电压和电流，实现对 执行机构的控制 引 言 步进电动机具有快速启停、精确步进以及能直 接接收数字量的特点，使其在定位场合中得到 了广泛的应用。 如在绘图机、打印机及光学仪器中，采用步进 电动机来定位绘图笔、印字头或光学镜头。特 别在工业过程控制的位置控制系统中应用越来 越广泛。 本章介绍步进电动机结构与工作原理、步进电 动机的开环控制、步进电动机的最佳点、位控 制及目前使用较广的微机控制与程序的设计方 法。 第 3 章 第一节 步进电动机的工作原理 及驱动方法 第一节 步进电动机的工作原理及驱动方法 步进电动机或称脉冲电动机，是一种将电脉冲信号变 换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串 行的数/模转换器。输入一个电脉冲，电动机就转动一 个固定的角度，称为“一步”，这个固定的角度称为步距 角。 步进电动机的运动状态是步进形式的，故称为“步进电 动机” 。从步进电机定子绕组所加的电源形式来看，与 一般交流和直流电动机也有区别，既不是正弦波，也 不是恒定直流，而是脉冲电压、电流，所以有时也称 为脉冲电动机或电脉冲马达。 第一节 步进电动机的工作原理及驱动方法 步进电动机有如下特点： 1. 电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成 正比；转向与通电相序有关。当它转一周后，没有累积误差，具 有良好的跟随性。 2. 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉 价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的 闭环数控系统。 3. 步进电机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。 4. 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采 取相应的措施。 5. 步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。控 制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的通电顺序，可得到各种 需要的运行特性。 第一节 步进电动机的工作原理及驱动方法 一、步进电动机的种类 1. 按运动方式来分。分为旋转运动、直线运动、平面运动和滚切 运动式步进电机。 2. 按工作原理来分。分为反应式（磁阻