步进电机驱动两坐标线切割控制.docx

一、标题：专业选修课实训—步进电机驱动两坐标线切割控 制 1、作品照片 2、焊接电路照片 二、步进电机的应用及发展、电路功能 1、设计目标 利用两个步进电机组成 X 、Y 坐标系，并分别控制工作台上 X 轴和 Y 轴的步进脉冲，实现从起点 A 点到预定点 B 点的走向控制。对步进电机的控制要求 : 1）． 判断旋转方向； 2）． 按顺序传送控制脉冲； 3）． 判断所要求的控制步数是否传送完毕。 2、X、Y 工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杆螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。 由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大， 故选用滚动直线导轨副， 从而减少工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。 考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及 考虑步进电机负载匹配， 采用齿轮减速传动， 系统总体框图如下： 图1步进电机控制 XY 轴系统总体框图 3、步进电机的特点 1.一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比， 没有累计误差，具有良好的跟随性。 2.步进电机外表不允许较高的温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步， 因此电机外表允许的最高温度应取决于不 同电机磁性材料的退磁点； 一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上， 有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正 常。 3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的 电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机 随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4.步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。 5.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常的可 靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 6.步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。 7.速度可在相当宽的围平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以 不用减速器而直接驱动负载。 8.步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电 源。 9.步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 10.步进电机低速时可以正常运转 ,但若高于一定速度就无法启动 ,并伴有啸叫声。 步进电动机以其显著的特点， 在数字化制造时代发挥着重大的用途。 伴随着不同 的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高， 步进电机将会在更多的领域 得到应用。 4、 步进电机及其发展 步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作 用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 单片机控制的步进电 机广泛地应用于工业自动控制、 数控机床、 组合机床、机器人、计算机外围 设备、 照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着经济的发展，技术的进步和电子技 术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机 的运行性能提出了更高 的要求。 步进电机的原始模型起源于 1830 年至 1860 年，1870 年前后开始以控制为 目的 的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。 1950 年 后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到 20 世纪 60 年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应 运而生。步进电机往后经过不断改良， 使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、 高分解能、 高响应性、 信赖性等灵活控制性高的机械系统中。 在生产过程中要求自动化、 省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控 制、需要精确操作 各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。 三、电路的组成 1、步进电机的结构及工作原理 结构 图2  步进电机部结构图 如图  2.1 所示，步进电机分为转子和定子两部分： 1.定子：由硅钢片叠成的，定子上有 6 大磁极，每 2 个相对的磁极（Ｎ，组成一对，共有 3 对。定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿  S） 轴线错开。  0、1/3 π、2/3 π,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以  π 表示），即 A 与齿 1 相对齐，B 齿 5 相对齐，（ A' 就是  与齿 2 A ，齿  向右错开 5 就是齿  1/3 π，C 1）。  与齿  3 向右错开  2/3 π，A'与 2.转子：由软磁材料制成，其外表面也均匀地分布着小齿 ,与定子上的小齿相同， 并且小齿的大小相同，间距相同 工作原理： 以反应式步进电机为