机械电子学第六章 伺服系统

1、kZm0360三、步进电机的种类和特点三、步进电机的种类和特点步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（VariableReluctance，VR）、永磁式（PermanentMagnet,PM）和混合式(HybridStepping,HS)。反应式反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料（硅钢片）组成。结构简单、定子上有绕组、转子由软磁材料（硅钢片）组成。结构简单、成本低、步距角小，可达成本低、步距角小，可达1.5、但动态性能差、效率低、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。发热大，可靠性难保证。永磁式永磁式： 永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子永磁式步进电机的转子用永磁材

2、料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为机精度差，步矩角大（一般为7.5或或15）。）。混合式混合式： 混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步矩角小，但结构复杂、成本相对较高。矩角小，但结构复杂、成本相对较高。

3、按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式（受欢迎的是两相混合式（HS）步进电机，约占）步进电机，约占 97% 以上以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步矩角为好。该种电机的基本步矩角为1.8/步，配上半步驱动器后，步，配上半步驱动器后，步矩角减少为步矩角减少为0.9，配上细分驱动器后其步矩角可细分达，配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍（倍（0.007）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制

4、精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。精度和效果。 判断需多大力矩：判断需多大力矩：静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。负载大时，需采静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。负载大时，需采用大力矩电机。力矩指标大时，电机外形也大。用大力矩电机。力矩指标大时，电机外形也大。 判断电机运转速度：判断电机运转速度：转速要求高时，应选相电流较大的电机，以增加功率输入转速要求高时，应选相电流较大的电机，以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。且在选择驱动器时采用较高供电电压。 确定定位精度：确定定位精度：判断是否需细分，需多

5、少细分。判断是否需细分，需多少细分。 根据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。根据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。四、怎样选择步进电机和驱动器四、怎样选择步进电机和驱动器动静态半流动静态半流是指驱动器在有无脉冲输入时，输出电流都减少到额定值的是指驱动器在有无脉冲输入时，输出电流都减少到额定值的60%。动态全流动态全流是指驱动器在有脉冲输入时，输出电流等于额定设定电流值。是指驱动器在有脉冲输入时，输出电流等于额定设定电流值。静态自动半流静态自动半流是指驱动器在是指驱动器在100毫秒内无脉冲输入时，输出电流减少到额毫秒内无脉冲输入时，输出电流减少到额定值的定值的60%，从而减少电机和驱动器

6、的发热。，从而减少电机和驱动器的发热。（1）PLSY是按指定的频率产生定量脉冲的指令是按指定的频率产生定量脉冲的指令.操作数（操作数（S1.）为指定的频率，）为指定的频率，FX2N为为220000Hz；FX1S、FX1N的的16位指令，为位指令，为132767Hz；对；对32位指令，为位指令，为1100000Hz； 操作数（操作数（S2.）为指定产生的脉冲量。对）为指定产生的脉冲量。对16位指令，为位指令，为132767个脉冲；对个脉冲；对32位指令，为位指令，为12147483647个脉冲；个脉冲；操作数操作数(D.)为脉冲输出的为脉冲输出的Y地址号，只限于地址号，只限于Y0，Y1。（2）P

7、LSY指令只适用于晶体管输出的指令只适用于晶体管输出的PLC，对，对 FX2N型号，在程序中指型号，在程序中指令只能使用一次，对于令只能使用一次，对于FX1S,FX1N可以同时使用可以同时使用2次。次。（3）操作数（）操作数（S1.）的内容在指令执行过程中可以改变，操作数（）的内容在指令执行过程中可以改变，操作数（S2.）的）的内容如在进行中改变，只有驱动触点断开再一次闭合后才按新的脉冲数输内容如在进行中改变，只有驱动触点断开再一次闭合后才按新的脉冲数输出出 。（4）脉冲发完后，）脉冲发完后，M8029闭合。当驱动触点断开后，闭合。当驱动触点断开后，M8029自动断开。自动断开。 (FX1S,

8、FX1N) M8147：Y0输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开；输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开； M8148：Y1输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开；输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开； （5）在输出过程中）在输出过程中X11断开，立即停止脉冲输出，当断开，立即停止脉冲输出，当X11再次闭合后，从再次闭合后，从初始状态开始重新输出初始状态开始重新输出D10指定的脉冲数；指定的脉冲数； （6）PLSY指令断开，用另一个驱动触点再次驱动指令断开，用另一个驱动触点再次驱动PLSY指令时，必须满足指令时，必须满足原来的驱动触点断开一个扫描周期以上，否则发生运算错误！原来的驱动触点断开一个扫描周期以

9、上，否则发生运算错误！ （思考：如何实现步进电机的即时正反转？）（思考：如何实现步进电机的即时正反转？）（7）Y0或或Y1输出的脉冲数将保存于以下特殊数据寄存器输出的脉冲数将保存于以下特殊数据寄存器:D8140(低位低位) 输出至输出至Y0的脉冲总数的脉冲总数.D8141(高位高位) (PLSR,PLSY指令的输出脉冲总数指令的输出脉冲总数)D8142(低位低位) 输出至输出至Y1的脉冲总数的脉冲总数.D8143(高位高位) (PLSR,PLSY指令的输出脉冲总数指令的输出脉冲总数)D8136（低位），（低位），D8137（高位）：记录（高位）：记录Y0和和Y1输出的脉冲总输出的脉冲总数数,3

10、2位寄存器位寄存器 D8136-D8137 ，D8140-D8143数据寄存器的内容可以用数据寄存器的内容可以用MOV指令来清除。指令来清除。 (1) PLSR是带加速减速功能的脉冲输出指令。对所指定的最高频率进行定加速，是带加速减速功能的脉冲输出指令。对所指定的最高频率进行定加速，在达到所指定的输出脉冲数后，进行定减速。在达到所指定的输出脉冲数后，进行定减速。(2)操作数（操作数（S1.），为最高频率），为最高频率(Hz)，设置范围，设置范围1020000Hz，以，以10的倍数为单的倍数为单位，最高频率中指定值的位，最高频率中指定值的1/10可作为减速的一次变速量可作为减速的一次变速量(频率

11、频率)。如果此指令用。如果此指令用于步进马达的控制，此频率应设定在其不失调的范围内。（于步进马达的控制，此频率应设定在其不失调的范围内。（S2.）为总输出的）为总输出的脉冲数，对脉冲数，对16位，脉冲数设定为位，脉冲数设定为11032767；对；对32位，脉冲设定为位，脉冲设定为1102147483647。设定不满。设定不满110值时，脉冲不能正常输出。（值时，脉冲不能正常输出。（S3.）为加减速度时）为加减速度时间间(ms)，可设在，可设在5000ms以下，加减数的变速次数以下，加减数的变速次数(段数段数)为为10次。（次。（D.）为脉）为脉冲输出，只能指定冲输出，只能指定Y0和和Y1。（3

12、 3）在指令执行中改写操作数，只有驱动触点断开再一次闭合后）在指令执行中改写操作数，只有驱动触点断开再一次闭合后才按新的操作数输出才按新的操作数输出 。（4 4） PLSYPLSY指令只适用于晶体管输出的指令只适用于晶体管输出的PLCPLC，对，对 FX2NFX2N型号，在程序型号，在程序中指令只能使用一次，对于中指令只能使用一次，对于FX1S,FX1NFX1S,FX1N可以同时使用可以同时使用2 2次。次。（5 5） M8029 M8029：脉冲发完后，：脉冲发完后，M8029M8029闭合。当闭合。当M0M0断开后，断开后，M8029M8029自动自动断开。断开。 (FX1S,FX1N)M8147(FX1S,FX1N)M8147：Y0Y0输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开；开； M8148M8148：Y1Y1输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开；输出脉冲时闭合，发完后脉冲自动断开； （6 6）在输出过程中）在输出过程中X11X11断开，立即停止脉冲输出，当断开，立即停止脉冲输出，当X11X11再次闭合再次闭合后，从初始状态开始重新输出后，从初始状态开始重新输出D0D0指