步进电动机传动控制系统

1、步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 机电传动控制机电传动控制 Transmission and Control of Mechatronics System 第第13章章 步进电动机传动控制系统 Chapter 13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 Chapter 13 Step Motor Transmission and Control System l13.1 步进电动机步进电动机 Step Motors l13.2 步进电动机驱动电源的环形分配器步进电动机驱动电源的环形分配器

2、l13.3 步进电动机的驱动电源的功率放大器步进电动机的驱动电源的功率放大器 l13.4 步进电动机的控制与应用步进电动机的控制与应用 主要内容 Contents： 计划学时：2h 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的 机电执行元件机电执行元件 角位移角位移 输入脉冲个数输入脉冲个数 运行速度运行速度 输入脉冲频率输入脉冲频率 一个电脉冲一个电脉冲一个固定的角度（一个固

3、定的角度（ ） 利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位 移，每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机移，每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机 械移动一小段距离。械移动一小段距离。 特点：特点： 转动方向转动方向脉冲顺序脉冲顺序 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 脉冲数 f fnN 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Trans

4、mission and Control System 功率功率 放大器放大器 环形环形 分配器分配器 辅助电器辅助电器 控制器控制器步进电机步进电机 步进电机控制系统的基本构成步进电机控制系统的基本构成 步进电机传动控制系统框图步进电机传动控制系统框图 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 13.1.1 步进电动机的结构与工作原理步进电动机的结构与工作原理 1)步进电动机的结构步进电动机的结构 步进电机主要由两部步进电机主要由两部 分构成：定子和转子。分构成

5、：定子和转子。 它们均由磁性材料构它们均由磁性材料构 成。成。 定、转子铁心由软磁定、转子铁心由软磁 材料或硅钢片叠成凸材料或硅钢片叠成凸 极结构极结构 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 定、转子磁极上均有定、转子磁极上均有 小齿，定、转子的齿小齿，定、转子的齿 数相等。数相等。其中定子有其中定子有 六个磁极六个磁极,定子定子定子磁定子磁 极上套有星形连接的极上套有星形连接的 三相控制绕组，每两三相控制绕组，每两 个相对的磁极为一相，个相对的磁极为一相， 组成一相控制绕组组成一相控制绕组,转转 子上没有绕组。转子子上没有绕组。转子 上相邻两齿间的夹角上相邻两齿间的夹角 称为齿距角称

6、为齿距角 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 2) 工作方式工作方式 步进电机的工作方式可分为：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相三相单三拍、三相 单双六拍、三相双三拍等。单双六拍、三相双三拍等。 （1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型 （2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为： A

7、相相 B 相相 C 相相 通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： A 相相 C 相相 B 相相 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。单三拍。 三相单三拍的特点：三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30 。此角称为。此角称为 步距角，用步距角，用 S表示。表示。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺

8、序即可改变转向。改变通电顺序即可改变转向。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 C A B BC A 3 4 1 2 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 3) 工作原理（三相单三拍）工作原理（三相单三拍） A A相绕组通电，相绕组通电，B B、C C 相相 不通电。由于在磁场作用下，不通电。由于在磁场作用下， 转子总是力图旋转到磁阻最转子总是力图旋转到磁阻最 小的

9、位置，故在这种情况下，小的位置，故在这种情况下， 转子必然转到左图所示位置：转子必然转到左图所示位置： 1 1、3 3齿与齿与A A、A A极对齐。极对齐。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System C A B BC A 3 4 1 2 1 C 3 42 C A B B A 同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4 齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时，转子相通电时，转子 再转过再转过30 角，角，1、3齿

10、和齿和C C 、C 磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l三相单双六拍三相单双六拍 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。 工作过程：工作过程： A相通电，转子相通电，转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。 C A B BC A 3 4 1 2 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 A、B相同时通电相同时通电 C A B BC A 3 4 1 2 所以转子转到两磁拉力

11、平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。 （1）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。 （2）AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 C A B BC A 3 4 1 2 B相通电，转子相通电，转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15 。 总之，每个循环周期，有六种通电

12、状态，所以称总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15 。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l三相双三拍三相双三拍 三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 13.1 Step Motors Ch13 Step

13、Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 13.1.2 实用的小步距角步进电机实用的小步距角步进电机 结构特点：结构特点： 定子内圈和转子外圈均有齿和定子内圈和转子外圈均有齿和 槽；槽； 定子和转子的齿宽和齿距相等；定子和转子的齿宽和齿距相等； 当当A相的定子齿和转子齿对齐相的定子齿和转子齿对齐 时，时，B相的定子齿应相对于转相的定子齿应相对于转 子齿顺时针方向错开子齿顺时针方向错开1/

14、3， 而而 C相的定子齿应相对于转子齿相的定子齿应相对于转子齿 顺时针方向错开顺时针方向错开2/3， 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 也就是说，当某一相磁极下定子与转子齿相对时，也就是说，当某一相磁极下定子与转子齿相对时， 下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开 /m(齿距齿距 /相数相数)，再下一相磁极定子与转子齿错开，再下一相磁极定子与转子齿错开2 /m ，以此以此 类推。类推。 1 .13/360 0 Z 2 .13 360360 00 ZKmNZ 拍数 齿距 步距角：步距角： KmNN 21KK Z 拍数 ，状态系数 转子齿数 13.

15、1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 例如：已知，例如：已知，Z=40，若按三相单三拍运行，则，若按三相单三拍运行，则 0 0 3 403 360 若按三相单双六拍运行，则若按三相单双六拍运行，则 0 0 5 . 1 4032 360 可见：步进电机的转子齿数可见：步进电机的转子齿数Z和定子相数（或运行拍和定子相数（或运行拍 数）越多，

16、步距角数）越多，步距角 就越小，控制就越精确。就越小，控制就越精确。 00 5 . 1/3 一般表示为：一般表示为： 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 f通电脉冲频率 步进电动机的转速步进电动机的转速 3 .13f 6 f KmZ 60 60 2 f KmZ 2 60 2 f n p p p 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control S

17、ystem 13.1.3 步进电机的分类步进电机的分类 1) 按步进电动机的工作原理分按步进电动机的工作原理分 (1) 励磁式励磁式(电磁式电磁式) 电机的定子转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动电机的定子转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动 (2) 反应式反应式 转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转 子转动。这是我国步进电动机发展的主要类型。子转动。这是我国步进电动机发展的主要类型。 特点：气隙小，定位精度高；步距角小，控制精确；特点：气隙小，定位精度高；步距角小，控制精确； 励磁电流较大，要求驱动电源功率大；断电后无定励磁电流较大，要求驱动电

18、源功率大；断电后无定 位转矩，使用中需自锁定位。位转矩，使用中需自锁定位。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System (3) 永磁式永磁式 (4) 混合式混合式 (永磁感应子式永磁感应子式) 转子或定子一方具有永久磁钢，另一方由软磁材料制成。转子或定子一方具有永久磁钢，另一方由软磁材料制成。 特点：步距角大，控制精度不高；控制功率小，效率高；特点：步距角大，控制精度不高；控制功率小，效率高； 断电后具有一定的定位转矩。断电后具有一定的定位转矩。 反应式与永磁式的

19、结合。应为其转子上有永久磁钢，所以，反应式与永磁式的结合。应为其转子上有永久磁钢，所以， 产生同样大小的转矩所需的励磁电流大大减小。产生同样大小的转矩所需的励磁电流大大减小。 永磁感应式电机具有步距角小，驱动电流小、效率高、过永磁感应式电机具有步距角小，驱动电流小、效率高、过 载能力强，控制精度高，启动和运行频率较高，不通电时载能力强，控制精度高，启动和运行频率较高，不通电时 有定位转矩等优点，代表步进电动机的最新进展。有定位转矩等优点，代表步进电动机的最新进展。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 按步进电动机输出转矩大小分按步进电动机输出转矩大小分 l 1)1)快速步进电动机

20、快速步进电动机 l 该类电动机输出转矩一般为该类电动机输出转矩一般为0 0.07 N.m07 N.m4 N4 N.m m。可控。可控 制小型精密机床的工作台制小型精密机床的工作台( (例如，线切割机床例如，线切割机床) )。 l 2)2)功率步进电动机功率步进电动机 l 其输出转矩一般为其输出转矩一般为5 N5 N.m m40 N40 N.m m。可直接驱动机床。可直接驱动机床 移动部件。移动部件。 l 此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相 等。相数越多，步距角越小，但结构越复杂。按定等。相数越多，步距角越小，但结构越复杂。按定 子子排列还可

21、分为多段式排列还可分为多段式( (轴向式轴向式) )和单段式和单段式( (径向式径向式) )。 轴向式的转动惯量小，快速性和稳定性好，功率步轴向式的转动惯量小，快速性和稳定性好，功率步 进电动机多为轴向式。进电动机多为轴向式。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 13.1.4 步进电机的主要特性与性能指标步进电机的主要特性与性能

22、指标 1) 主要特性主要特性 (1) 矩角特性矩角特性 矩角特性反映了步进电机电磁转矩矩角特性反映了步进电机电磁转矩T随转角随转角 变化的关变化的关 系。系。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System emax sinTT 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 (2) 启动惯频特性启动惯频特性 (3) 运行频率特性运行频率特性 (4) 矩频特性矩频特性 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and C

23、ontrol System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 步进电动机的运行特性及影响因素步进电动机的运行特性及影响因素 l 1)1)步进电动机的基本特点步进电动机的基本特点 l 步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和 负载变化的影响，也不受环境条件负载变化的影响，也不受环境条件( (温度、压力、温度、压力、 冲击和振动等冲击和振动等) )变化的影响，只与控制脉冲同步，变化的影响，只与控制脉冲同步， 它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改 变速度变速度( (且能在较宽的范围内通

24、过改变脉冲频率来且能在较宽的范围内通过改变脉冲频率来 进行调速进行调速) )。 l 同时步进电动机具有自锁能力，当控制电脉冲停止同时步进电动机具有自锁能力，当控制电脉冲停止 输人，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通人直流输人，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通人直流 时，则电动机可以保持在固定的位置上。时，则电动机可以保持在固定的位置上。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 3).3).脉冲信号频率对步进电动机的影响脉冲信号频率对步进电动机的影响 频率低是

25、矩形波频率低是矩形波 频率高频率高I I波形畸波形畸 变电机工作不正变电机工作不正 常常 频率很高电流小，频率很高电流小， 负载能力小失步负载能力小失步 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 4).4).转子机械惯性对步进电动机运行的影响转子机械惯性对步进电动机运行的影响 启动时，由于惯性作用，转子落后于应转过的角度，如 果落后太大，或脉冲频率过高，则无法启动。 运行中，由于惯性作业，要经过几次振荡后才能停下来。 如果这种情况严重，就可能引起失步。 因此

26、，应采取措施，消除（减小）振荡。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 2).步进步进电动机的性能指标电动机的性能指标 (1).步距角步距角 (2).最大静转矩最大静转矩 负载轴最小位移增量传动比 min 4 .13min i i 最大静负载转矩启动转矩 maxLst maxLst maxsL TT TT 5 .13T5 . 03 . 0T 6 .135 . 03 . 0/TT maxLst 13.1 Step Motors Ch13 Step Moto

27、r Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 2).步进步进电动机的性能指标电动机的性能指标 (3)空载启动频率空载启动频率f不丢步的最高频率不丢步的最高频率 (4)精度精度步距角精度步距角精度 矩频特性矩频特性 差负载轴上允许的角度误 L L i T f 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 l 2)主要性能指标主要性能指标 l (1).空载启动频率空载启动频率 l 驱动电源的优劣对步

28、进电动机控制系统的运行影响极大，使驱动电源的优劣对步进电动机控制系统的运行影响极大，使 用时要特别注意，需根据运行要求，尽量采用先进的驱动电用时要特别注意，需根据运行要求，尽量采用先进的驱动电 源，以满足步进电动机的运行性能。源，以满足步进电动机的运行性能。 l 若所带负载转动惯量较大，则应在低频下启动，然后再上升若所带负载转动惯量较大，则应在低频下启动，然后再上升 到工作频率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停车。到工作频率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停车。 l 在工作过程中，应尽量避免由于负载突变而引起的误差。在工作过程中，应尽量避免由于负载突变而引起的误差。 l 若在工作中

29、发生失步现象，首先，应检查负载是否过大，电若在工作中发生失步现象，首先，应检查负载是否过大，电 源电压是否正常，再检查驱动电源输出波形是否正常，在处源电压是否正常，再检查驱动电源输出波形是否正常，在处 理问题时不应随意变换元件。理问题时不应随意变换元件。 13.1 Step Motors Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.2.113.2.1步进电动机的驱动步进电动机的驱动 步进电机的驱动控制主要有步进电机的驱动控制主要有 由分散器件组成的环形脉冲分配器由分散器件组成的环形脉冲分配器

30、 软件环形脉冲分配器软件环形脉冲分配器 1) 专用集成芯片环形脉冲分配器专用集成芯片环形脉冲分配器 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 功率放大器功率放大器 功 率功 率 电 源电 源 步进脉冲步进脉冲 分配器电源分配器电源 脉冲分配器脉冲分配器 步进电动机步进电动机 负载 负载 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Contr

31、ol System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 1.1.硬件环形分配器 硬件环形分配器 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 表表13.1 13.1 环形分配器逻辑真值环形分配器逻辑真值 序 号 控制信号状态输出状态 导电绕组 CAJ CBJ CCJQA QB QC 01 1 01 0 0A 10 1 01 1 0AB 20 1 10 1 0B 30 0 10 1 1BC 41 0 10 0 1C 51 0

32、 01 0 1CA 61 1 01 0 0A BXAXCJAXCXBJ cXBXAJ QWQWC:QWQWC QWQWC 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 2.2.软件环分软件环分 1) 步进电机控制接口 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 2).

33、步进电机控制的输出字表 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 3 专用集成芯片环形脉冲分配器专用集成芯片环形脉冲分配器 PMM8713 专用芯片简介专用芯片简介 PMM8713是日本三洋电机公 司生产的步进电机脉冲分配 器，适用于控制三相或四相 步进电机。控制三相或四相 步进电机时都可以选择3种励 磁方式，每相最小吸入与拉 出电流为20mA，它不仅满足 后级功率放大器的输入要求， 而且在其所有输入端上均内 嵌施密特触发电路，

34、抗干扰 能力强。 13.2 步进电机驱动电源的环形分配器步进电机驱动电源的环形分配器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 应用实例：应用实例： 四相步进电机功率驱动电路四相步进电机功率驱动电路 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.3.1 单电压限流型驱动电路单电压限流型驱动电路 Rr/L 时间常数 缺点：缺点： 电阻电阻R R上有上有 功率消耗功率消耗 加速 电容 13.3 步进电机步进电机驱动电源的功率放大器驱动电源的功率放大器 Ch13 Step Motor Trans

35、mission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.3.2 高低压切换型驱动电路高低压切换型驱动电路 高电 压 低电压 功耗小，启功耗小，启 动力矩大，动力矩大， f f高。高。 13.3 步进电机步进电机驱动电源的功率放大器驱动电源的功率放大器 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器 和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。和脉冲放大器（也

36、称功率放大器）三部分组成。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 步进驱动器与电机的接线 在步进驱动模块面板的在步进驱动模块面板的24V和和0V端子引入端子引入DC 24V 电源。电源。 驱动器的输入信号为驱动器的输入信号为CP+、CP-和和DIR+、DIR-，参见下图。，参见下图。 在外部接成共阳方式：把在外部接成共阳方式：把CP+和和DIR+接在一起作为共阳接在一起作为共阳 端，由电气箱中端，由电气箱中PLC的的Y0端子输出脉冲信号，脉冲信号接入端子输出脉冲信号，脉冲信号接入 CP-端，方向信号接入端，方向信号接入DIR-端。端。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 步进

37、驱动器与电机的接线 当当CP+和和DIR+输入输入+24V时，在脉冲信号接入端时，在脉冲信号接入端CP-， 方向信号接入端方向信号接入端DIR-分别接入分别接入2K限流电阻（本模块已限流电阻（本模块已 在内部接入在内部接入2K电阻）。分别把电机的电阻）。分别把电机的A相、相、B相接入驱相接入驱 动器的动器的A相、相、B相输出端。相输出端。 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 13.4.1 步进

38、电机步距角的细分控制步进电机步距角的细分控制 步距角由步进电机的结构所限定。步距角由步进电机的结构所限定。 实际应用中物流提高数控设备的控制精度，应减小实际应用中物流提高数控设备的控制精度，应减小 脉冲当量脉冲当量 。采用的方法如下：。采用的方法如下： (1)减小步进电机的步距角；减小步进电机的步距角； (2)加大步进电机与传动丝杆间齿轮的传动比和减小加大步进电机与传动丝杆间齿轮的传动比和减小 传动丝杆的螺距；传动丝杆的螺距； (3)将步进电机的步距角将步进电机的步距角 进行细分。进行细分。 前两种，受机械结构和制造工艺的限制；前两种，受机械结构和制造工艺的限制； 步进电动机传动控制系统步进电

39、动机传动控制系统 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 1)步距角细分的基本原理步距角细分的基本原理 2)步距角细分的控制步距角细分的控制 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 13.4.2 步进电机的开环控制步进电机的开环控制 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch1

40、3 Step Motor Transmission and Control System 13.4.2 步进电机的闭环控制步进电机的闭环控制 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 13.4.3 步进电机的控制举例步进电机的控制举例 1) 步进电机的单片机控制步进电机的单片机控制 2) 步进电机的步进电机的PLC控制控制 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 使用使用PLC直接控制步进电机时，可使用直接控制步进电机时，可使用PLC产生

41、控制步进产生控制步进 电机所需要的各种时序的脉冲。例如三相步进电机可采用电机所需要的各种时序的脉冲。例如三相步进电机可采用 三种工作方式三种工作方式 三相单三拍三相单三拍 三相双三拍三相双三拍 三相单六拍三相单六拍 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进可根据步进电机的工作方式，以及所要求的频率（步进 电机的速度），画出电机的速度），画出A、B、C各相的时序图。并使用各相的时序图。并使用 PL

42、C产生各种时序的脉冲产生各种时序的脉冲 例如：采用西门子例如：采用西门子S7-300PLC控制三相步进电机的过程控制三相步进电机的过程 要求通过要求通过PLC可实现三相步进电机的起停控制、正反转可实现三相步进电机的起停控制、正反转 控制，以及三种工作方式的切换（每相通电时间为控制，以及三种工作方式的切换（每相通电时间为1秒钟）秒钟） 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 启动按钮启动按钮SB1：I0.0 方向选择开关方向选择开关SA1：I0

43、.1 停止按钮停止按钮SB2：I0.2 三相单三拍方式选择三相单三拍方式选择SA2：I0.3 三相双三拍方式选择三相双三拍方式选择SA3：I0.4 三相单六拍方式选择三相单六拍方式选择SA4：I0.5 变量约定如下：变量约定如下： 输入：输入： 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 A相加电压：相加电压：Q0.0 B相加电压：相加电压：Q0.1 C相加电压：相加电压：Q0.2 启动指示灯：启动指示灯：Q0.3 三相单三拍运行方式：三相单三拍

44、运行方式：Q0.4 三相双三拍运行方式：三相双三拍运行方式：Q0.5 三相单六拍运行方式：三相单六拍运行方式：Q0.6 输出脉冲显示灯：输出脉冲显示灯： Q0.7 输出：输出： 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 三相单三拍正向的时序图如图所示三相单三拍正向的时序图如图所示 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制

45、系统步进电动机传动控制系统 三相双三拍正向的时序图如图所示三相双三拍正向的时序图如图所示 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 三相单六拍正向时序图如图所示三相单六拍正向时序图如图所示 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 编程方法：编程方法： 1) 使用定时器指令实现各种时序脉冲的要求

46、：使用定器使用定时器指令实现各种时序脉冲的要求：使用定器 产生不同工作方式下的工作脉冲，然后按照控制开关状产生不同工作方式下的工作脉冲，然后按照控制开关状 态输出到各相对应的输出点控制步进电机态输出到各相对应的输出点控制步进电机 例如：使用图所示的程序可以产生所需要的脉冲例如：使用图所示的程序可以产生所需要的脉冲 M0.0作为总控制状态位，控制脉冲发生指令是否启动。作为总控制状态位，控制脉冲发生指令是否启动。 一旦启动，采用一旦启动，采用T0、T1、T2以及它们的组合可以得到以及它们的组合可以得到 三相单三拍和三相双三拍的两种工作方式下，各相的脉三相单三拍和三相双三拍的两种工作方式下，各相的脉

47、 冲信号。如冲信号。如T0的状态为三相单三拍工作状态下的状态为三相单三拍工作状态下A相的脉相的脉 冲。同理可使用类似程序得到三相单六拍时各相所需的冲。同理可使用类似程序得到三相单六拍时各相所需的 脉冲信号。脉冲信号。 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制

48、系统 2)使用移位指令实现各相所需的脉冲信号使用移位指令实现各相所需的脉冲信号 例如在例如在MW10中进行移位，每次中进行移位，每次 移位的时间为移位的时间为1秒钟。如图为三秒钟。如图为三 相单六拍正向时序流程图，三相相单六拍正向时序流程图，三相 单三拍可利用相同的流程图，从单三拍可利用相同的流程图，从 M11.1开始移位，每次移两位，开始移位，每次移两位， 而三相双三拍从而三相双三拍从M11.2开始，每开始，每 次移两位。次移两位。 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传

49、动控制系统步进电动机传动控制系统 在程序段在程序段1中，先产生周期为中，先产生周期为1秒钟的脉冲信号，如图秒钟的脉冲信号，如图 所示所示 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 在不同的工作方式下赋予在不同的工作方式下赋予MW10不同的初值，如图不同的初值，如图 程序段程序段24所示所示 13.4 步进电机步进电机的控制与应用的控制与应用 Ch13 Step Motor Transmission and Control System 步进电动机传动控制系统步进电动机传动控制系统 程序段程序段2：三相单三拍或三相单六拍工作方式，此时均：三相单三拍或三相单六拍工作方式，此时均 从从M11.0开始移位，两种工作方式均为开始移位，两种工作方式均为M11.6为为“1”时时 返回。程序段返回。程序段3：三相双三拍