步进电机介绍及控制原理
步进电机其实是一种执行式元器件,是机电一体化设备的重要关键型产品之一,其被广泛的应用在于各种的自动化控制设备系统当中。随着社会微电子技术和计算机科学技术的不断迅猛的发展,步进电机的需求量也开始与日俱增,在国民经济体系的各个领域当中都有很大的应用。步进电机是一种通过将电脉冲信号直接转化成为角位移运动的执行设备机构。通俗一点讲:每当步进电机驱动器接收到了一个电脉冲信号时,就会驱动其匹配的步进电机按其原先设定的固定方向进行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的进行运转的,我们通过控制其发送的脉冲个数来控制其角位移运动的量,从而达到准确定位的最终目的,同时我们通过控制其发送的脉冲频率来控制其步进电机的转动速度和加速度,从而达到调速的最终目的。步进电机作为一种控制用的特种电机,其没有积累误差(精度为100%),被广泛应用于各种开环控制。一、步进电机的种类永磁式步进电机一般为两相,转矩和体检较小,步踞角一般为7.5度或15度,多用于空调风摆上。反应式步进电机常见的有三相反应式,步踞角为1.5度。混合式步进电机常见的有两相、三相、四相、五相混合式。两相和四相混合式可以通用驱动器,步踞角多是1.8度,具有体积小、大力距、低噪音的特点。五相混合式步踞角为0.72度,分辨率高,但是驱动电路复杂,接线麻烦。三相混合式步踞角为1.2度,其拥有比两相、五相混合式更多的磁极,有利于电机夹角的对称,因而比两相、五相精度更高,误差更小,运行更平稳。二、步进电机的相关概念步进电机的精度:步进电机的精度为步进角的3%―5%,且不累积。步踞角:就是发送一个脉冲,电机对应转动的角度。定位转矩:是指步进电机不通电的情况下,定子锁住转子的力矩。运行频率:步进电机不失步运行的最高频率。细分驱动器:主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运作精度,减少噪音。三、步进电机的特征1.高精度的定位。步进电机的最大特征是能够简单地做到高精度的定位控制。以五相步进电机为例:其定位基本单位(分辨率)为0.72度(全步级)/0.36度(半步级),是非常小的;停止定位精度误差皆在±3分(±0.05度)以内,且无累计误差,因而能达到高精度的定位控制。(步进电机的定位精度取决于电机本身的机械加工精度)2.位置及速度控制。步进电机在输入脉冲信号时,可以依输入的脉冲数做固定角度的回转,进而得到灵活的角度控制(位置控制),并可得到与该脉冲信号周波数(频率)成比例的回转速度。3.具定位保持力。步进电机在停止状态下(无脉波信号输入时)仍具有激磁保持力,因此,即使不依靠机械式的刹车,也能做到停止位置的保持。4.动作灵敏。步进电机因为加速性能优越,所以可做到瞬时起动、停止、正反转等快速、频繁的定位动作。5.开回路控制,不必依赖传感器定位。步进电机的控制系统构成简单,不需要速度感应器(ENCODER、转速发电机)及位置传感器(SENSOR),就能以输入的脉波达到速度与位置的控制。也因其属开回路控制,所以最适合于短距离、高频度、高精度等定位控制的场合下使用。6.中低速时具备高转矩。步进电机在中低速时具有较大的转矩,所以能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。7.高信赖性。使用步进电机装置与使用离合器、减速机及极限开关等其它装置相较,步进电机的故障及误动作少,所以在检查及保养时也较简单容易。8.体积小,功率高。步进电机体积小、扭力大,在狭窄的空间内也可顺利做安装,并提供高转矩输出。四、步进电机的控制原理步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是:它是通过输入脉冲信号进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速则由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作,而控制信号则由单片机产生。其基本原理如下:(一)控制换相顺序。通电换相这一过程称为脉冲分配。例如:三相步进电机的三拍工作方式,其各相通电顺序为A―B―C―D,通电控制脉冲就必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,D,进行电的通断。(二)控制步进电机的转向。如果给定工作方式是正序换相通电,步进电机就正转;如果按反序通电换相,步进电机就反转。(三)控制步进电机的速度。如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它就再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。供应杰力科技直线步进电机的深圳市杰力科技有限公司与您携手共创辉煌!
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