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步进电机原理
步进电机原理
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。
1.1步进电机概述
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构,由步进电机及其功率驱动装置构成一个开环的定位运动系统。
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(即步距角)。
脉冲输入越多,电机转子转过的角度就越多;输入脉冲的频率越高,电机的转速就越快。
因此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,从而达到调速的目的。
步进电机种类,根据自身的结构不同,可分为常用三大类:
反应式(VR,也称磁阻式)、永磁式(pt).混合式(HB)。
其中混合式步进电机兼有反应式和永磁式的优点,它的应用越来越广泛。
1.2步进电机的特征
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件。
与其他驱动元件相比,步进电机及控制系统有如下几个明显的优点:
步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比.当它转一转后,没有累计误差,具有良好的跟随性.
由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统,既简单、廉价,又可靠。
通常不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制。
步进电机的动态响应快,易于起停,正反转及变速。
速度可在相当宽的范围内平滑调节,低速下仍能保证获得大转矩,因此,一般可以不用减速器而直接驱动负载。
控制系统结构简单,与数字设备兼容,价格便宜。
步进电机作为执行元件的一个明显特点是快速启停能力。
如果负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值,就能够在“一刹那间”使步进电机启动和停转。
一般步进电机的步速率为200~1000步/秒,如果步进电机是逐渐增加到最大值,然后再逐渐减到零的方式工作,其步进速率增加2~4倍,而且仍然不会失掉一步。
步进电机的另一明显特点是精确度高。
在没有齿轮传动的情况下,步值(即每步所转达动的地角度)可以由每步90度低到每步只有度。
另一方面无论是变磁阻式步
进电机还是永磁式步进电机,它们都能精确地返回到原来的位置。
如一个24步(每步为15度)的步进电机,当它向正方向步进48步时,刚好转达两转。
如果再向反转达48步,它将精确地回到原始的位置。
正因为步进电机具有快速启停、精确步进以及直接接受数字量的特点,因而使得步进电机得到了广泛的应用。
如在绘图机、打印机及光学仪器中,都采用步进电机来定位绘图笔印字头或光学镜头,特别是工业过程式控制的位置控制系统中,由于它的精确以及不用位移传感器即可达到精确定位,因而随着计算机控制技术的不断发展,应用会越来越广泛。
混合式步进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。
1引言
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件,由于步进电机具有控制方便、体积小等特点,所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。
微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用,为步进电动机的应用开辟了广阔前景,使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现,既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性,可靠性及多功能性。
市场上有很多现成的步进电机控制机构,但价格都偏高。
应用SGS公司推出的L297和L298两芯片可方便的组成步进电机驱动器,并结合AT89C52单片机进行控制,即可以实现用相对便宜的价格组成一个性能不错的步进电机驱动电路。
2工作原理
由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件,它不能直接接到交直流电源上,而必须使用专用设备-步进电机控制驱动器典型步进电机控制系统如图1所示:
控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几十千赫兹可以连续变化的脉冲信号,它为环形分配器提供脉冲序列。
环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后,经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输人端,以驱动步进电机的转动。
环形分配器主要有两大类:
一类是用计算机软件设计的方法实现环分器要求的功能,通常称软环形分配器。
另一类是用硬件构成的环形分配器,通常称为硬环形分配器。
功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大.以达到驱动步进电机目的。
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