步進(jìn)電機(jī)的工作原理及演示資料

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1、步進(jìn)電機(jī)的工作原理及演示 ? 主題:步進(jìn)電機(jī)的工作原理 ? 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其原理圖 ?? 一?前言 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件?在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速?停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,即給電機(jī)加一個脈沖信號,電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角?這一線性關(guān)系的存在,加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)?使得在速度?位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單? 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用,但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī),交流電機(jī)在常規(guī)下使用?它必須由雙環(huán)形脈沖信號?功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用?因

2、此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事,它涉及到機(jī)械?電機(jī)?電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識? 目前,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少,但具有專業(yè)技術(shù)人員,能夠自行開發(fā),研制的廠家卻非常少,大部分的廠家只一?二十人,連最基本的設(shè)備都沒有?僅僅處于一種盲目的仿制階段?這就給用戶在產(chǎn)品選型?使用中造成許多麻煩?簽于上述情況,我們決定以廣泛的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)為例?敘述其基本工作原理?望能對廣大用戶在選型?使用?及整機(jī)改進(jìn)時有所幫助? 二?感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理 (一)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理 由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡單?下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理? 1?結(jié)構(gòu): 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒,定子齒有三個勵

3、磁繞阻,其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開?0?1/3て?2/3て,(相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示),即A與齒1相對齊,B與齒2向右錯開1/3て,C與齒3向右錯開2/3て,A'與齒5相對齊,(A'就是A,齒5就是齒1)下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖: 2?旋轉(zhuǎn): 如A相通電,B,C相不通電時,由于磁場作用,齒1與A對齊,(轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同)?如B相通電,A,C相不通電時,齒2應(yīng)與B對齊,此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3て,此時齒3與C偏移為1/3て,齒4與A偏移(て-1/3て)=2/3て?如C相通電,A,B相不通電,齒3應(yīng)與C對齊,此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て,此時齒4與A偏移為1/3て對齊

4、?如A相通電,B,C相不通電,齒4與A對齊,轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て這樣經(jīng)過A?B?C?A分別通電狀態(tài),齒4(即齒1前一齒)移到A相,電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距,如果不斷地按A,B,C,A……通電,電機(jī)就每步(每脈沖)1/3て,向右旋轉(zhuǎn)?如按A,C,B,A……通電,電機(jī)就反轉(zhuǎn)? 由此可見:電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系?而方向由導(dǎo)電順序決定? 不過,出于對力矩?平穩(wěn)?噪音及減少角度等方面考慮?往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài),這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て?甚至于通過二相電流不同的組合,使其1/3て變?yōu)?/12て,1/24て,這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)

5、動的基本理論依據(jù)? 不難推出:電機(jī)定子上有m相勵磁繞阻,其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1?并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件?只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī),出于成本等多方面考慮,市場上一般以二?三?四?五相為多? 3?力矩: 電機(jī)一旦通電,在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(磁通量Ф)當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力F與(dФ/dθ)成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br為磁密,S為導(dǎo)磁面積, F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度,D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數(shù)(電流乘匝數(shù))R為磁

6、阻? 力矩=力*半徑 力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比(只考慮線性狀態(tài))因此,電機(jī)有效體積越大,勵磁安匝數(shù)越大,定轉(zhuǎn)子間氣隙越小,電機(jī)力矩越大,反之亦然? (二)感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī) 1?特點(diǎn): 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比,結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體,以提供軟磁材料的工作點(diǎn),而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能,因此該電機(jī)效率高,電流小,發(fā)熱低?因永磁體的存在,該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢,其自身阻尼作用比較好,使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)?噪音低?低頻振動小? 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)?一個四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行,也可以作二相運(yùn)行?

7、(必須采用雙極電壓驅(qū)動),而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此?例如:四相,八相運(yùn)行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. 一個二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致,小功率電機(jī)一般直接接為二相,而功率大一點(diǎn)的電機(jī),為了方便使用,靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點(diǎn),往往將其外部接線為八根引線(四相),這樣使用時,既可以作四相電機(jī)使用,可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用? 2?分類 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為:二相電機(jī)?三相電機(jī)?四相電機(jī)?五相電機(jī)等?以機(jī)座號(電機(jī)外徑)可分為:42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號)?57BYG?86BYG?11

8、0BYG?(國際標(biāo)準(zhǔn)),而像70BYG?90BYG?130BYG等均為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)? 3?步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù):產(chǎn)生不同對極N?S磁場的激磁線圈對數(shù)?常用m表示? 拍數(shù):完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示,或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機(jī)為例,有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角:對應(yīng)一個脈沖信號,電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示?θ=360度/(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)),以常規(guī)二?四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例?四拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步

9、),八拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)? 定位轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在不通電狀態(tài)下,電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的) 靜轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下,電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時,電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩?此力矩是衡量電機(jī)體積(幾何尺寸)的標(biāo)準(zhǔn),與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)? 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比,與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān),但過份采用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音? 4?步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語: 1?步距角精度: 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差?用百分比表示:誤差/步距角*100%

10、?不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同,四拍運(yùn)行時應(yīng)在5%之內(nèi),八拍運(yùn)行時應(yīng)在15%以內(nèi)? 2?失步: 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)?稱之為失步? 3?失調(diào)角: 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角,由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差,采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的? 4?最大空載起動頻率: 電機(jī)在某種驅(qū)動形式?電壓及額定電流下,在不加負(fù)載的情況下,能夠直接起動的最大頻率? 5?最大空載的運(yùn)行頻率: 電機(jī)在某種驅(qū)動形式,電壓及額定電流下,電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率? 6?運(yùn)行矩頻特性: 電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性,這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重

11、要的,也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)?如下圖所示: 其它特性還有慣頻特性?起動頻率特性等? 電機(jī)一旦選定,電機(jī)的靜力矩確定,而動態(tài)力矩卻不然,電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時的平均電流(而非靜態(tài)電流),平均電流越大,電機(jī)輸出力矩越大,即電機(jī)的頻率特性越硬?如下圖所示: 其中,曲線3電流最大?或電壓最高;曲線1電流最小?或電壓最低,曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)? 要使平均電流大,盡可能提高驅(qū)動電壓,使采用小電感大電流的電機(jī)? 7?電機(jī)的共振點(diǎn): 步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域,二?四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間(步距角1.8度)或在400pps左右(步距角

12、為0.9度),電機(jī)驅(qū)動電壓越高,電機(jī)電流越大,負(fù)載越輕,電機(jī)體積越小,則共振區(qū)向上偏移,反之亦然,為使電機(jī)輸出電矩大,不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低,一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多? 8?電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制: 當(dāng)電機(jī)繞組通電時序?yàn)锳B-BC-CD-DA或()時為正轉(zhuǎn),通電時序?yàn)镈A-CA-BC-AB或()時為反轉(zhuǎn)? 三?驅(qū)動控制系統(tǒng)組成 使用?控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖,功率放大等組成的控制系統(tǒng),其方框圖如下: 1?脈沖信號的產(chǎn)生? 脈沖信號一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生,一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右,電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,占空比則越大? 2?信號分配 我廠生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以

13、二?四相電機(jī)為主,二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種,具體分配如下:二相四拍為,步距角為1.8度;二相八拍為,步距角為0.9度?四相電機(jī)工作方式也有二種,四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度;四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度)? 3?功率放大 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分?步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流)?平均電流越大電機(jī)力矩越大,要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢?因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式,到目前為止,驅(qū)動方式一般有以下幾種:恒壓?恒壓串電阻

14、?高低壓驅(qū)動?恒流?細(xì)分?jǐn)?shù)等? 為盡量提高電機(jī)的動態(tài)性能,將信號分配?功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源?我廠生產(chǎn)的SH系列二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下: 說明: CP 接CPU脈沖信號(負(fù)信號,低電平有效) OPTO 接CPU+5V FREE 脫機(jī),與CPU地線相接,驅(qū)動電源不工作 DIR 方向控制,與CPU地線相接,電機(jī)反轉(zhuǎn) VCC 直流電源正端 GND 直流電源負(fù)端 A 接電機(jī)引出線紅線 ?? 接電機(jī)引出線綠線 B 接電機(jī)引出線黃線 接電機(jī)引出線藍(lán)線 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型,其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源?步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,力距越大則要求電機(jī)的電流越大,

15、驅(qū)動電源的電壓越高?電壓對力矩影響如下: 4?細(xì)分驅(qū)動器 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下,可采用細(xì)分驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰(A,B)電流的大小,以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的? 四?步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 (一)步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))?靜轉(zhuǎn)矩?及電流三大要素組成?一旦三大要素確定,步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了? 1?步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求,將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上,每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)?電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度?目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36

16、度/0.72度(五相電機(jī))?0.9度/1.8度(二?四相電機(jī))?1.5度/3度 (三相電機(jī))等? 2?靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機(jī)的靜力矩?靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載,而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種?單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的?直接起動時(一般由低速)時二種負(fù)載均要考慮,加速起動時主要考慮慣性負(fù)載,恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載?一般情況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來(幾何尺寸) 3?電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī),由于電流參數(shù)不同,其運(yùn)行特性差別很大,可依據(jù)矩頻特性曲線圖,判斷

17、電機(jī)的電流(參考驅(qū)動電源?及驅(qū)動電壓)綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟: ??? 4?力矩與功率換算 步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用?其功率是變化的,一般只用力矩來衡量,力矩與功率換算如下: P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉(zhuǎn)速,M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400(半步工作) 其中f為每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS) (二)?應(yīng)用中的注意點(diǎn) 1?步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn),(0.9度時6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝

18、置使其在此間工作,此時電機(jī)工作效率高,噪音低? 2?步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時振動大? 3?由于歷史原因,只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外,其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ,可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓(建議:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源, 不過要考慮溫升? 4?轉(zhuǎn)動慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)? 5?電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時,一般不在工作速度起動,而采用逐漸升頻提速,一電機(jī)不失步,二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度? 6?高精度時,應(yīng)通

19、過機(jī)械減速?提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動器來解決,也可以采用5相電機(jī),不過其整個系統(tǒng)的價格較貴,生產(chǎn)廠家少,其被淘汰的說法是外行話? 7?電機(jī)不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作,如若必須可通過改變電壓?電流或加一些阻尼的解決? 8?電機(jī)在600PPS(0.9度)以下工作,應(yīng)采用小電流?大電感?低電壓來驅(qū)動? 9?應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動的原則? 1.步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件,它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動機(jī)?單相步進(jìn)電動機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動,輸出功率一般很小,其用途為微小功率驅(qū)動?多相步進(jìn)電動機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動,用途很廣? 使用多相步進(jìn)電動

20、機(jī)時,單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號,在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動機(jī)各相繞組?每輸入一個脈沖到脈沖分配器,電動機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化,轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度(稱為步距角)? 正常情況下,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比;連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,不受電壓波動和負(fù)載變化的影響?由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入,所以特別適合于微機(jī)控制? ?1.1步進(jìn)電機(jī)的特性 ? 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動使用的是脈沖信號,而脈沖是數(shù)字信號,這恰是計(jì)算機(jī)所擅長處理的數(shù)據(jù)類型?從20世紀(jì)80年代開始開發(fā)出了專用的IC驅(qū)動電路,今天,在打印

21、機(jī)?磁盤器等的OA裝置的位置控制中,步進(jìn)電機(jī)都是不可缺少的組成部分之一?總體上說,步進(jìn)電機(jī)有如下 優(yōu)點(diǎn): 1.不需要反饋,控制簡單? 2.與微機(jī)的連接?速度控制(啟動?停止和反轉(zhuǎn))及驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)比較簡單? 3.沒有角累積誤差? 4.停止時也可保持轉(zhuǎn)距? 5.沒有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分,不需要保養(yǎng),故造價較低? 6.即使沒有傳感器,也能精確定位? 7.根椐給定的脈沖周期,能夠以任意速度轉(zhuǎn)動? 但是,這種電機(jī)也有自身的缺點(diǎn)? 8.難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 9?不宜用作高速轉(zhuǎn)動 10.在體積重量方面沒有優(yōu)勢,能源利用率低? 11.超過負(fù)載時會破壞同步,速工作時會發(fā)出振動和噪聲? 1

22、.2 步進(jìn)電機(jī)的種類 目前常用的步進(jìn)電機(jī)有三類: 1?反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)(VR)? 采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子,其結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)成本低,步距角可以做的相當(dāng)小,但動態(tài)性能相對較差? 2?永磁式步進(jìn)電動機(jī)(PM)? 轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵,在其外側(cè)配置齒狀定子?用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動步的角度一般是7.50?它的出力大,動態(tài)性能好;但步距角一般比較大? 3?混合步進(jìn)電動機(jī)(HB)? 這是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品,其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料,定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)?此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn),步距角小,出力大,動態(tài)性能好,是性能較好的一類步進(jìn)電

23、動機(jī),在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)? 2?步進(jìn)電機(jī)的工作原理 現(xiàn)以反應(yīng)式三相步進(jìn)電機(jī)為例說明其工作原理? 三相步進(jìn)電機(jī)的定子鐵心上有六個形狀相同的大齒,相鄰兩個大齒之間的夾角為60?度?每個大齒上都套有一個線圈,徑向相對的兩個線圈串聯(lián)起來成為一相繞組?各個大齒的內(nèi)表面上又有若干個均勻分布的小齒? 轉(zhuǎn)子是一個圓柱形鐵心,外表面上圓周方向均勻的布滿了小齒?轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的?設(shè)計(jì)時應(yīng)使轉(zhuǎn)子齒數(shù)能被二整除?但某一相繞組通電,而轉(zhuǎn)子可自由旋轉(zhuǎn)時,該相兩個大齒下的各個小齒將吸引相近的轉(zhuǎn)子小齒,使電動機(jī)轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)子小齒與該相定子小齒對齊的位置,而其它兩相的各個大齒下的小齒必定和轉(zhuǎn)子的小

24、齒分別錯開正負(fù)1/3?的齒距,形成“齒錯位”,從而形成電磁引力使電動機(jī)連續(xù)的轉(zhuǎn)動下去? 和反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)不同,永磁式步進(jìn)電動機(jī)的繞組電流要求正,反向流動,故驅(qū)動電路一般要做成雙極性驅(qū)動?混合式步進(jìn)電動機(jī)的繞組電流也要求正,反向流動,故驅(qū)動電路通常也要做成雙極性? 2.1?步進(jìn)電機(jī)的勵磁方式 步進(jìn)電機(jī)有2相?4相和5相電機(jī)?在4相電機(jī)中有4組線圈,若電流按順序通過線圈則使電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動?2相電機(jī)中有2組線圈?從圖9.3可以發(fā)現(xiàn),在各線圈中引出中間端子,因此若以中間端子為基準(zhǔn)即可實(shí)現(xiàn)4相,稱這4為A?B?C?D的勵磁相?本實(shí)驗(yàn)使用的就是這種方式的4相電機(jī),而勵磁方式中有1相(單向)勵磁?

25、2相(雙向)勵磁和1-2相(單-雙向)勵磁方式?此外,如果轉(zhuǎn)動的方向不正確,可以交替1?2端子或3?4號端子 ?(1). 1相勵磁方式 按ABCD的順序總是僅有一個勵磁相有電流通過,因此,對應(yīng)1個脈沖信號電機(jī)只會轉(zhuǎn)動一步,這使電機(jī)只能產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)矩并會產(chǎn)生振動,故很少使用? ? A B C D T1 1 0 0 0 T2 0 1 0 0 T3 0 0 1 0 T4 0 0 0 1 圖2.T1-T4表示脈沖周期;ABCD表示電機(jī)的各相,1表示此時有一個脈沖,0表示沒有 (2). 2相勵磁方式 按AB?BC?CD?DA的方式總是只有2相勵

26、磁,通過的電流是1相勵磁時通過電流的2倍,轉(zhuǎn)矩也是1相勵磁的2倍?此時電機(jī)的振動較小且應(yīng)答頻率升高,目前仍廣泛使用此種方式? ? A B C D T1 1 1 0 0 T2 0 1 1 0 T3 0 0 1 1 T4 1 0 0 1 圖3.T1-T4表示脈沖周期;ABCD表示電機(jī)的各相,1表示此時有一個脈沖,0表示沒有脈沖 (3). 1-2相勵磁方式 即實(shí)驗(yàn)中所有的勵磁方式,它按A?AB?B?BC?C?CD?D?DA的順序交替進(jìn)行線圈的勵磁?與前述的2個線圈勵磁方式相比,電機(jī)的轉(zhuǎn)速是原來的1/2,應(yīng)答頻率范圍變?yōu)樵瓉淼?倍?轉(zhuǎn)子以滑動的方

27、式轉(zhuǎn)動? ? A B C D T1 1 0 0 0 T2 1 1 0 0 T3 0 1 0 0 T4 0 1 1 0 T5 0 0 1 0 T6 0 0 1 1 T7 0 0 0 1 T8 1 0 0 1 圖4.T1-T8表示脈沖周期;ABCD表示電機(jī)的各相,1表示此時有一個脈沖,0表示沒有脈沖 3.與微處理器的連接方式 步進(jìn)電機(jī)并不是直接與CPU相連的?由于開發(fā)板上外部設(shè)備很多,各功能模塊與微處理器的連接方式有專用線路,局部總線與擴(kuò)展總線? ?3.1 局部總線與擴(kuò)展總線 局部總線與微處理器直接

28、相連,擴(kuò)展總線通過一個總線控制器74LVCH6245與局部總線相連? 從CPU?出來的數(shù)據(jù)?地址?讀寫控制等信號構(gòu)成局部總線?NAND?FLASH?SDRAM和網(wǎng)卡芯片AX88796?直接掛在局部總線上的?局部總線經(jīng)過四片74LVCH16245?驅(qū)動后作為擴(kuò)展總線引到其他外設(shè)以及168Pin?擴(kuò)展槽?由于數(shù)據(jù)線是雙向的,所以16245芯片必須有方向控制信號,這里采用經(jīng)過隔離后的寫控制信號OE?作為數(shù)據(jù)線所在16245?芯片的方向控制線?當(dāng)OE?有效時16245?芯片把擴(kuò)展總線上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄植靠偩€上;當(dāng)OE無效時反之?另外,必須注意,當(dāng)系統(tǒng)對局部總線上的芯片讀數(shù)據(jù)時OE?一樣會起作用,這樣就

29、必須對局部總線和擴(kuò)展總線進(jìn)行總線仲裁,這里是外設(shè)所具有的四個片選信號nGCS1?3?4?5?用74HC21?相與后作為數(shù)據(jù)線所在的16245?芯片的輸出使能控制線,只有當(dāng)系統(tǒng)對擴(kuò)展總線讀操作,也就是上述四個片選之一有效時,16245?才能對局部總線輸出數(shù)據(jù),否則無論OE?如何都呈現(xiàn)高阻態(tài)?如下圖: 注:LDATA表示局部總線的數(shù)據(jù)線;DATA表示擴(kuò)展總線的數(shù)據(jù)線?74LVCH16425芯片共有四塊,限于篇幅僅舉一片為例,其它三片芯片,一片用于數(shù)據(jù)線的低位連接,兩片用于地址線的連接? 注:由于片選線使用的負(fù)邏輯電平有效,所有此處用的是與門 3.2芯片74HC573 擴(kuò)展總線連接在芯片7

30、4HC573上,擴(kuò)展總線的DATA0-DATA7分別接在74HC573的八個數(shù)據(jù)輸入端上?74HC573芯片是由8個三態(tài)門組成的寄存器,它起到暫時保存信息和隔離總線的作用?芯片的輸出I\O0—I\O3用于D\A數(shù)模轉(zhuǎn)換,I\O4—I\O7用于步進(jìn)電機(jī)的控制? ?描述: 這個芯片采用的是八進(jìn)位的D觸發(fā)器,它可以驅(qū)動電容式或電阻式的負(fù)載?因此它特別適合應(yīng)用于緩沖寄存器?IO端口?雙向的總線控制器?和操作寄存器? 當(dāng)寄存器的使能端(LE)為高電平時,Q輸出端和D輸入端一一對應(yīng);當(dāng)LE為低電平時,輸出端管腳Q輸出的是寄存器中已被設(shè)定的值?當(dāng)一個能開啟緩沖功能的負(fù)邏輯管腳(OE)為0時,無論是在

31、正常邏輯狀態(tài)還是在高阻抗?fàn)顟B(tài)下,都能放置八位的輸出數(shù)據(jù)?在高阻抗?fàn)顟B(tài)下?輸出并沒有負(fù)載或者進(jìn)行控制總線?高阻態(tài)和改進(jìn)的總線驅(qū)動可以在不拉起元件的情況下控制總線傳輸?OE端并不影響寄存器內(nèi)部的操作?當(dāng)輸出端呈高阻狀態(tài)時舊的數(shù)據(jù)可以被保存或者新的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入? ?3.3步進(jìn)電機(jī)模塊的驅(qū)動電路 74HC573芯片的輸出I\O4—I\O7用于用來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動?數(shù)據(jù)線要首先接在步進(jìn)電機(jī)模塊的一個接口上?接口對信號進(jìn)行放大,使之能夠驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)?放大后的信號就可以直接的來使步進(jìn)電路進(jìn)行工作了? ?3.4?開發(fā)板中的步進(jìn)電機(jī) 本開發(fā)板中使用的步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)?轉(zhuǎn)子小齒數(shù)為64? 系統(tǒng)

32、中采用四路I/O?進(jìn)行并行控制,ARM?控制器直接發(fā)出多相脈沖信號,在通過功率放大后,進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的各相繞組?這樣就不再需要脈沖分配器?脈沖分配器的功能可以由純軟件的方法實(shí)現(xiàn)如上圖所示? ?四相步距電機(jī)的控制方法有四相單四拍,四相單?雙八拍和四相雙四拍三種控制方式? 步距角的計(jì)算公式為: θb=3600/mCk 其中:m?為相數(shù),控制方法是四相單四拍和四相雙四拍時C?為1,控制方法是四相單?雙八拍時C?為2,Zk?為轉(zhuǎn)子小齒數(shù)? ?本系統(tǒng)中采用的是四相單?雙八拍控制方法,所以步距角為360°/512?但步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過一個1/8?的減速器引出,實(shí)際的步距角應(yīng)為360°/512/8? 開

33、發(fā)平臺中使用EXI/O?的高四位控制四相步進(jìn)電機(jī)的四個相?按照四相單?雙八拍控制方法,電機(jī)正轉(zhuǎn)時的控制順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CD→D→DA?EXI/O?的高四位的值參見下表: ? 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 通電狀態(tài) 1H 0001 A 3H 0011 AB 2H 0010 B 6H 0110 BC 4H 0100 C CH 1100 CD 8H 1000 D 9H 1001 DA 表5. 電機(jī)正轉(zhuǎn)時,EXIO的高四位的值 ?反轉(zhuǎn)時,只要將控制信號按相反的順序給出即可?可以通過宏 SETEXIOBITMASK(bit,mask)(EX

34、IO.h)來設(shè)置擴(kuò)展I/O?口,其中mask?參數(shù)為0xf0? 本實(shí)驗(yàn)使作的是1-2相勵磁方式,還可以使用1相勵磁方式和2相勵磁方式? * 1相勵磁方式的順序是ABCD,因此只要設(shè)置數(shù)組 char?stepdata[]={0x10,0x20,0x400x,0x80}?即可 * 2相勵磁方式的順序是AB,BC,CD,DA,???因此只要設(shè)置數(shù)組 char?stepdata[]={0x30,0x60,0xc0,0x90}? 即可 * 要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn),只需將上面數(shù)組的值按相反的順序排列即可 ?4?驅(qū)動程序的編程 驅(qū)動程序采用C語言進(jìn)行編程,下面是驅(qū)動程序中幾個重要的函數(shù)?

35、 static?int?do_stepmotor_run(char?phase) //通過調(diào)用這個函數(shù)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)起來 { unsigned?int?bak; //變量bak用于存放從寄存器中讀出的值 ???bak?=?readw(s3c2410_exio_base);??????//調(diào)用內(nèi)核函數(shù)將基地址為s3c2410_exio_base寄存 //器的值讀出并放在bak中 DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base?content?is?%x\n",?bak);?//調(diào)試輸出語句 tiny_delay(5);

36、 //延時函數(shù),有延時功能 ?bitops_mask_bit(phase,?0xf0,?&bak); //清除4-8位然后再設(shè)置phase傳進(jìn)來的位(也是4-8位) DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base?content?is?%x\n",?bak);?//調(diào)試輸出語句 tiny_delay(5); ?writew(bak,?s3c2410_exio_base);?//調(diào)用內(nèi)核函數(shù)將bak的值寫入相應(yīng)的寄存器中 bak?=?readw(s3c2410_exio_base);?

37、//再次將寄存器的值讀出 DPRINTK_STEP("s3c2410_exio_base?content?is?%x\n",?bak); //利用調(diào)試語句再次將修改后的寄存器中的值輸出,以驗(yàn)證其正確性 tiny_delay(5); DPRINTK_STEP("\n"); return?0; } ? 驅(qū)動程序主要通過上面這個函數(shù)來使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動?控制電機(jī)的是一個寄存器(地址是s3c2410_exio_base=0x08000100),只要給它適當(dāng)?shù)闹惦姍C(jī)就可以運(yùn)動起來?這個函數(shù)通過傳遞變量phase從應(yīng)用程序獲得數(shù)據(jù)?然后使用函數(shù)readw()把寄存器的值就讀出并送給bak;

38、 通過函數(shù)bitops_mask_bit()修改bak的值;最后由writew()寫回到寄存器中? ?5?應(yīng)用程序的編程 1?步進(jìn)電機(jī)模塊 步進(jìn)電機(jī)模塊和DA?模塊是使用Bank1?地址空間擴(kuò)展出來的IO?口?共同使用驅(qū)動 s3c2410-exio.o? 在驅(qū)動程序中,與步進(jìn)電機(jī)相關(guān)的主要在函數(shù)s3c2410_exio_ioctl: 2?對應(yīng)的應(yīng)用源程序 ?#include? #include? #include? #include? ?#define?STEPMOTOR_IOCTRL_PH

39、ASE?????0x13 ?static?int?step_fd?=?-1; char?*STEP_DEV="/dev/exio/0raw";?//定義一個指針指向步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動程序 ? /*********????????A,?AB,?B,?BC,?C???CD,????D,?DA???????????***/ char?stepdata[]={0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90};//各個相位對應(yīng)的值 ? void?Delay(int?t) //延時函數(shù) { ????int?i; ????for(;t>0;t--)

40、???????for(i=0;i<400;i++); } ? /****************************************************************/ int?main(int?argc,?char?**argv) { ?int?i?=?0; ?if((step_fd=open(STEP_DEV,?O_WRONLY))<0){ ?????printf("Error?opening?/dev/exio/0raw?device\n"); ?????return?1; ?} /* 打開設(shè)備的驅(qū)動程序,由于LINUX把所有的設(shè)

41、備都模擬成文件? step_fd=open(STEP_DEV,0_WRONLY)實(shí)際調(diào)用的函數(shù)為: static?int?s3c2410_exio_open(struct?inode?*inode,?struct?file?*filp) //驅(qū)動程序中的設(shè)備打開程序 */ ??for?(;;)?{ ???????for?(i=0;?i

42、} /*?程序進(jìn)入一個死循環(huán),這樣可以使電機(jī)在沒有人為停止的狀況下,一直的轉(zhuǎn)動下去? *?第二層for語句循環(huán)一次即電機(jī)轉(zhuǎn)動一周?函數(shù)ioctl()對應(yīng)函數(shù)????????????????*s3c2410_exio_ioctl() *?而這個函數(shù)最終將調(diào)用函數(shù)?do_stepmotor_run((char)arg);使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動起來? */ ? ?printf("Delay(100)\n"); ???Delay(100); ????} ????close(step_fd);???//程序結(jié)束時關(guān)閉設(shè)備 ????printf("Step?motor?start?run

43、ning!\n"); ????return?0; 勵志美文美句摘抄 1?不要放棄自己就是真正的堅(jiān)強(qiáng),虛心就是堅(jiān)強(qiáng),努力就是堅(jiān)強(qiáng),從頭再來就是堅(jiān)強(qiáng),正直就是堅(jiān)強(qiáng),學(xué)會堅(jiān)強(qiáng)之前要學(xué)會如何愛惜自己? 2?人生,就沒有,永遠(yuǎn)的悲痛;也沒有,永遠(yuǎn)的歡欣?能使我們堅(jiān)強(qiáng)的,往往不是順境,而是逆境;能讓我們醒悟的,往往不是高興,而是傷心?學(xué)會忍受,懂得艱辛,于曲折中前進(jìn)? 3?人都說比天空和大地更遠(yuǎn)的距離是人與人的距離,因?yàn)槿诵睦锒紩啬涮嗟牟录珊徒鋫?想要快樂就甩開生命中這些過于沉重,卻又不必要的行李吧,生命中有愛就足夠了?試著給周圍你所熟識的還有你還陌生的人一個真誠無惕的微笑吧

44、,它可以觸摸到他人的心靈,微笑是有感染力有連帶性的,它會無聲的滲透進(jìn)每個易感的心靈,更會讓更多的心靈為之感動,心中有愛就會快樂,就會讓微笑發(fā)自心底,燦爛在臉上? 4?千萬不要因?yàn)樽约阂呀?jīng)到了結(jié)婚年齡而草率結(jié)婚?想結(jié)婚,就要找一個能和你心心相印相輔相攜的伴侶?不要因?yàn)榉趴v和游戲而戀愛,不要因?yàn)閼賽鄱绊懝ぷ骱褪聵I(yè),更不要因一樁草率而失敗的婚姻而使人生受阻?感情用事往往會因小失大? 5?你要從現(xiàn)在開始,微笑著面對生活,不要抱怨生活給了你太多的磨難,不要抱怨生活中有太多的曲折,不要抱怨生活中存在的不公?當(dāng)你走過世間的繁華與喧囂,閱盡世事,你會幡然明白:人生不會太圓滿,再苦也要笑一笑!

45、 6?不要讓灰色的烏云籠罩一輩子,生命中還有很多美好的不要讓其遮蓋,不要因?yàn)橐黄瑸踉茪Я艘磺?人生中還有很多可以去把握? 7?每一個成功者的背后都有一個心路的旅程,雨中漫步你不會比別人先一步看到彩虹? 8?面對人生的煩惱與挫折,最重要的是擺正自己的心態(tài),積極面對一切?再苦再累,也要保持微笑?笑一笑,你的人生會更美好! 9?命運(yùn),不過是失敗者無聊的自慰,不過是懦怯者的解嘲?人們的前途只能靠自己的意志?自己的努力來決定? 10?你或許無法改變身高和體形,但是可以改變你的態(tài)度?我們每個人都有力量去培養(yǎng)和保持為我所用的積極態(tài)度,提高我們的人生質(zhì)量,完成我們的人生目標(biāo)?態(tài)度是人

46、生理想的昭示,而非既有成果的反映?改變你的態(tài)度,就可以改變你的人生? 11?不要像玻璃那樣脆弱?有的人眼睛總盯著自己,所以長不高看不遠(yuǎn);總是喜歡怨天尤人,也使別人無比厭煩?沒有苦中苦,哪來甜中甜?不要像玻璃那樣脆弱,而應(yīng)像水晶一樣透明,太陽一樣輝煌,臘梅一樣堅(jiān)強(qiáng)?既然睜開眼睛享受風(fēng)的清涼,就不要埋怨風(fēng)中細(xì)小的沙粒? 12?常言道,失敗是成功之母,而我卻認(rèn)為,失敗是一種解脫和瀟灑,也是一種“得”?人生中,有成功有失敗,成功是鮮花,失敗同樣也精彩? 13?該來的會來,該走的會走,有時候離開并不意味著結(jié)束,而是另一種開始? 14?人生,無非只有三天,昨天,今天,明天?昨天很長

47、,說不清有多少天,但不管有多少天,不管是受到挫折,還是取得輝煌,都只能代表過去,昨天你失敗了,將來可能會成功,昨天你輝煌了,將來你可能會萎靡不振,只有把過去的挫折和輝煌都變成今天的基石,才能登上美好的明天? 15?每個人都有每個人的做法,每個人都有每個人的想法,別人做什么,想什么,我們無法掌握,也無法控制?我們能做的,就是做好自己,管好自己,憑自己的本身,靠自己的良心,踏踏實(shí)實(shí)地做事,老老實(shí)地做人,即使遭遇不公,遭遇不平,也能想開,懂得包容,學(xué)會用寬容的心懷,善良的言行,對待身邊所有的人?生活中的許多磨難,讓我們理解了人情,理解了這個社會能給你的所有尊重,于艱難中,懂得了承受,懂得了堅(jiān)定

48、,慢慢挺起自己的靈魂? 16?老師告訴她,用心去觀察研究昆蟲和花草,漸漸地就會發(fā)現(xiàn),動植物的世界是一個多么神奇有趣的世界? 17?老師給我們講了個有趣的故事? 18?你說的這個問題本身就很有趣? 19?世界是神奇的,讓我們不斷著探索周圍發(fā)生的有趣的現(xiàn)象? 20?他每天都堅(jiān)持讀一篇有趣的故事? 21?他真是個有趣的人? 22?天文館里的宇宙空間,充滿了神奇有趣的色彩? 23?我看一本有趣的漫畫書,笑得我肚子都疼了? 24?星期三,學(xué)校舉行了一次有趣的文藝演出,讓我回味無窮,永遠(yuǎn)留在我的腦海里? 25?學(xué)生選擇自己喜歡的動物和反映的主題編

49、寫有趣的故事? 26?要是法布爾先生不這樣寫的話,我完全可以認(rèn)定這是一本普通的記敘文,一本枯燥無味的記敘文?((A good sentence ))沒有創(chuàng)意,沒有什么特別的地方以及引人注目的地方?可他運(yùn)用了,這樣就像把我也一起帶進(jìn)了這個神秘有趣的昆蟲王國,自己也是一只頑固可愛的小昆蟲,就像在看動畫片?小人書一樣的有趣?好玩?把我吸進(jìn)了這個似人卻非人的王國? 27?有趣的文藝演出在我們的掌聲中結(jié)束了,我真希望這次文藝演出永遠(yuǎn)也不會結(jié)束? 28?有些人認(rèn)為雜志有趣,但是我覺得小說跟有趣? 29?這位名揚(yáng)四海?譽(yù)滿天下的法布爾先生,運(yùn)用了巧妙的擬人手法,再加入自己幽默生動的另我?guī)е鵁o比探索的精神去這神秘有趣的昆蟲王國“探密”,不斷了解昆蟲先生的習(xí)性,與生活? 30?最有趣的是兩位同學(xué)表演說相聲,相聲的名字是“吹?！? 31?吹泡泡是一件很有趣的事? 32?冬天的早晨,窗戶上總是模模糊糊的,媽媽說是窗戶“流汗”了! 哈哈,老師說這個比喻很有趣呢! 33?非誠勿擾大家都來參加吧,非常有趣? 34?今天的班會課十分有趣? 35?今天和小敏約好出去玩,有趣的是,她把裙子穿反了?