步进电机及其驱动控制系统(下)

10.1

步进电机及其驱动控制系统

1.步进电机工作原理

2.步进电机的主要特性

3.步进电机的控制电路

4.步进电机的环形分配器

5.功率放大电路

步进电机是一种脉冲控制的执行元件，可将输入脉冲转换为机械角位移。每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。

脉冲数量----位移量；

脉冲频率---电机转速；

脉冲顺序----方向。

10.1.3步进电机的驱动控制电路

步进电机驱动控制线路的功能

将具有一定频率f、一定数量和一定方向的进给脉冲转换成控制步进电机各相定子绕组通断电的电平信号。电平信号的变化频率、变化次数和通断电顺序要与进给指令脉冲的频率、数量和方向对应。

10.1.4步进电机的环形分配器

步进电机的驱动控制由环形分配器和功率放大器组成。

环形分配器功

率

放

大

器

A

B

C

10.1.4步进电机的环形分配器

环形分配器的主要功能：

将数控装置送来的一串指令脉冲，按步进电机所要求的通电顺序分配给步进电机驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断，实现步进电机的运行及换向。

环形分配的功能可由硬件或软件的方法来实现，分别称为硬件环形分配器和软件环形分配器。

10.1.4步进电机的环形分配器

1.硬件环形分配器

可由D触发器或JK触发器构成，亦可用专用集成芯片或通用可编程逻辑器件。

CNC 装置

电源

环形

分配器

A相驱动

B相驱动

C相驱动

FULL/HALF

DIR

CLK

M 硬件环形分配驱动与数控装置的连接

CH250是国产三相反应式步进电机环形分配器专用集成电路芯片，通过控制端的不同接法可组成三相双三拍和三相六拍的工作方式。

16151413121110912345678

CH250CH250U D J 3L J 3r J 6r

J 6L A B C R*CL EN R*

R

J 6L

J 6r

A B C J 3L J 3r

U S U D CL

EN 91071214158131211616+12V

1μF

100k ΩCP 1方向R U S 引脚图三相六拍接线图

2.软件环形分配器

由数控装置中的软件完成环形分配，直接驱动步进电机各绕组的通、断电。

用软件环形分配器只需编制不同的环形分配程序，可灵活地改变步进电机的控制方案。

CNC 装置

电源A相驱动

B相驱动

C相驱动

C

B

A M

PIO PA 0

PA 1

PA 2

PA 3

PA 4

PA 5

光电偶合器光电偶合器放大放大 X 向步进电机 Z 向步进电机a b c A B C 软件环形分配器的设计方法:查表法、比较法、移位寄存器法等，常用查表法。

以三相反应式步进电机的环形分配器为例，说明查表法工作原理。

D0、D1、D2为X相步进电机的A、B、C三相的缓冲位；D3D4D5为Z向步进电机的缓冲位，采用MCS—51的20H—2FH的位控功能软件更为简便。

2000：MOV DPTR，#2A00H

MOV R0，#00

LOOP：MOV A，R0

MOVC A，@A+DPTR

MOV P1，A

LCALL 1000

INC R0

CJNE R0，#06H，LOOP

AJMP 2100

DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H 1000：MOV R3，#FF

DT1：MOV R4，#FF

DT2：DJNZ R4，DT2

DJNZ R3，DT1

RET

步进电机的速度控制

进给脉冲频率f → 定子绕组通电/断电状态变化频率f→ 步进电机转速→工作台的进给速度V。

V=60δf

硬件环分：控制CLK的频率，控制电机的速度。

软件环分：控制相邻两次软件环分状态之间的延时，可控制电机线圈通电状态的变化频率。

步进电机控制

1、工作台位移量的控制进给脉冲的能量——定子绕组通电状态变化次

数——步进电机转子角位移——机床工作台位移量

δ=Pθ/(3600/i)

θ=360/mzk

2、工作台进给速度控制

F=60δf F —mm/min δ_脉冲当量(mm/pulse) f_ 脉冲频率pulse/s

θ——δ3600/i —P

设一步进电动机驱动工作台的开环系统。已知：步进电机经一对=1/5的齿轮减速后，经丝杠螺母副驱动工作台作直线进给（如图2所示）。步进电机的转子有100个齿，采用三相六拍通电方式，丝杠导程为4mm，工作台移动最大速度为8mm/s，求：

（1）步进电动机的步距角θ=？

（2）系统的脉冲当量δ=？

（3）为满足工作台最大移动速度，所需要的步进电动机的最高工作频率f=？

（1）θ=360/mzk

（2 ) δ=Pθ/(360/i)

（3 ) f=F/δ

10.1.5功率放大电路

作用：将环形分配器或微处理器送来的弱电信号变为强电信号，以得到步进电机绕组所需的脉冲电流及脉冲波形。

注：步进电机有几相，就需要几组功率放大电路。

分类：就其工作原理分，有单电压驱动、高低

电压切换、恒流斩波、调频调压、细分电路等。