步進(jìn)電機(jī)控制
步進(jìn)電機(jī)控制,步進(jìn),電機(jī),機(jī)電,控制,節(jié)制
一種高精度步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文來自2006年第5期“交流伺服系統(tǒng)”上 ,已經(jīng)被閱讀過462次關(guān)鍵詞： 運(yùn)動(dòng)控制卡步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的控制電機(jī)，在數(shù)字控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，由專門的、可以產(chǎn)生一定頻率、功率和時(shí)序的電脈沖的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性好。步進(jìn)電機(jī)可用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制組成位置控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng)定位度高，具有良好的跟蹤性能，沒有積累誤差。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位移量是嚴(yán)格正比于輸入脈沖數(shù)，平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入脈沖頻率。尤其是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有小步距角、快速啟停、消耗功率小、斷電時(shí)有定位轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，越來越多在工業(yè)中得到應(yīng)用。同時(shí)采用細(xì)分控制策略又大幅度提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)了分辨率，并且有效地抑制單步運(yùn)行中所產(chǎn)生的噪聲和振蕩現(xiàn)象，無需專門的阻尼器，既減小了控制器的體積，又降低了成本。利用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)及細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，基于DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡組成一套雙坐標(biāo)的位置伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備了基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視窗交互式控制軟件，可以實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)軌跡的合成、插補(bǔ)運(yùn)算以及在線高速軌跡跟蹤和控制，同時(shí)具有圖示化的編程功能?；谠撈脚_(tái)可方便的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及仿真研究。系統(tǒng)控制方案及軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器作為的執(zhí)行部件的位置伺服系統(tǒng)，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在開環(huán)系統(tǒng)中達(dá)到精確的控制。在該開環(huán)步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)中指令信號(hào)是單向流動(dòng)的，由DEC4T卡發(fā)出的指令脈沖，經(jīng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)雙坐標(biāo)平臺(tái)移動(dòng)。系統(tǒng)開環(huán)控制方案如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)開環(huán)控制方案圖基于ISA總線的運(yùn)動(dòng)控制卡 DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡是德國MOVTEC公司開發(fā)出來的針對ISA總線的運(yùn)動(dòng)控制卡。它用于控制步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字伺服電機(jī)，最多可以控制4軸4聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行直線、圓弧插補(bǔ)和樣條函數(shù)等運(yùn)動(dòng)。DEC4T運(yùn)動(dòng)控制卡作為步進(jìn)電機(jī)的上位單元，與計(jì)算機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)主要完成人機(jī)交互界面的管理、控制系統(tǒng)的檢測和控制工作；運(yùn)動(dòng)控制卡接收計(jì)算機(jī)CPU的發(fā)出的指令，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃。這包括脈沖的方向和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速處理、原點(diǎn)和限位開關(guān)等信號(hào)的檢測。系統(tǒng)具有軟件搜索參考點(diǎn)和軟件限位功能，這樣可以保證電機(jī)和滾珠絲杠等精密部件不在系統(tǒng)運(yùn)行中損壞。系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用整體式稀土永磁混合兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，該類電機(jī)兼有反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它既可以像反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)小步距角運(yùn)轉(zhuǎn)，有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率；同時(shí)又可以像永磁式步進(jìn)電機(jī)那樣，控制功率小，功耗低，輸出力矩大，具有定位轉(zhuǎn)矩。為了減小低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪音，提高運(yùn)行平穩(wěn)性、分辨率和精度，電機(jī)采用小步距角細(xì)分控制，以確保步進(jìn)電機(jī)不丟步，速度實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。步進(jìn)伺服系統(tǒng)控制器與步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)如圖2所示。 圖2 步進(jìn)伺服系統(tǒng)控制器與步進(jìn)電機(jī)平臺(tái)系統(tǒng)的控制軟件 系統(tǒng)采用通用數(shù)控軟件EdiTasc來實(shí)現(xiàn)對硬件的控制功能。其中包括連續(xù)點(diǎn)動(dòng)、搜索參考點(diǎn)、軟件限位、在線編寫運(yùn)動(dòng)軌跡等。EdiTasc是由德國MOVTEC公司為了控制多軸運(yùn)動(dòng)控制卡開發(fā)出來基于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下實(shí)時(shí)運(yùn)行的通用數(shù)控軟件。它是一個(gè)高度開放的開發(fā)平臺(tái)，可以直接控制各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，方便的開發(fā)專用的界面和控制系統(tǒng)。其漢化軟件可以識(shí)別國際標(biāo)準(zhǔn)的DIN66025G代碼和MTASC高級(jí)語言。EdiTasc由底層運(yùn)動(dòng)控制軟件和用戶操作界面組成，底層運(yùn)動(dòng)控制軟件跟運(yùn)動(dòng)控制卡建立通訊，對運(yùn)動(dòng)控制卡的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)也可以對所需要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。Editasc軟件可以接收來自多種CAD/CAM軟件產(chǎn)生的加工程序，如Mastercam、海爾軟件、文泰軟件等。圖3所示為步進(jìn)式位置伺服軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖。 圖3 步進(jìn)式位置伺服軟硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖 步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率的確定及參數(shù)驗(yàn)算 步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù)：脈沖分配方式為兩相四拍，步矩角0.9，靜態(tài)相電流3A，保持轉(zhuǎn)矩1.0N.m，空載起動(dòng)頻率2KPPS，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.23kg.cm2。為了計(jì)算脈沖頻率必須先確定脈沖當(dāng)量P，即每一個(gè)電脈沖負(fù)載產(chǎn)生的直線位移量。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器采用8細(xì)分，由此，其中0.9為半步驅(qū)動(dòng)方式時(shí)的步矩角，t4mm為絲杠螺距，i1為傳動(dòng)比。因此，可以得出脈沖當(dāng)量P0.00125mm/p。 系統(tǒng)的快速直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)速度為200mm/s，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，精度為0.01mm。在鍵盤上每一次按鍵運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出的脈沖為8個(gè)，轉(zhuǎn)換成位移量為P80.01mm。而絲杠螺距為4mm，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈需要的脈沖數(shù)為360/（0.9/8）3200個(gè)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈絲杠位移為一個(gè)螺距，即4mm。因此，絲杠位移0.01mm時(shí)所需要的脈沖數(shù)為8個(gè)。這就是說，在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出的脈沖數(shù)等于步進(jìn)電機(jī)所接收到的脈沖數(shù)，并且準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為絲杠的直線位移。系統(tǒng)的性能研究系統(tǒng)的誤差和精度分析 雙坐標(biāo)步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)的誤差主來源有兩方面: 一是機(jī)械方面，包括滾珠絲杠副等傳動(dòng)部件； 二是電氣方面，主要是步進(jìn)電機(jī)。 滾珠絲杠副都進(jìn)行了預(yù)緊，從理論上來講消除了其出現(xiàn)誤差的可能性。實(shí)際上對于有相對運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)部件，必然會(huì)存在間隙，因而絲杠反向運(yùn)行時(shí)將會(huì)出現(xiàn)微小的空程，這個(gè)空程足可以影響系統(tǒng)的精度。同時(shí)絲杠的螺距誤差和傳動(dòng)剛度對系統(tǒng)的精度也有很大的影響。 步進(jìn)電機(jī)的步距角精度和振動(dòng)對系統(tǒng)的精度也造成很大的影響。典型的步進(jìn)電機(jī)的步距角精度可以達(dá)到35%，并且不積累。如圖4所示為步進(jìn)電機(jī)位置精度。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度會(huì)產(chǎn)生步距角誤差，步距角誤差為測量步距角度和理論步距角度的差。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過N個(gè)步，并且從電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的初始位置測量電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度為N， 設(shè)步距誤差為N，則NNN，其中為步進(jìn)電機(jī)的步距角。一般用戶根據(jù)步距誤差的最大與最小值之差來計(jì)算，即。 圖4 步進(jìn)電機(jī)位置精度提高系統(tǒng)性能的措施 為了消除滾珠絲杠的空程影響可以通過軟件和硬件兩方面來實(shí)現(xiàn)。采用補(bǔ)償電路或者是軟件補(bǔ)償方法，補(bǔ)償滾珠絲杠的空程和螺距誤差，以提高系統(tǒng)的位移精度。在該系統(tǒng)中選用高精度的滾珠絲杠副和坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)械平臺(tái)從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面保證系統(tǒng)的精度，并且控制軟件來保證系統(tǒng)的精度。EdiTasc能夠在插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)按設(shè)定的時(shí)間段周期性的與運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4T建立通訊，使DEC4T獲得相關(guān)軸運(yùn)動(dòng)的速度和長度，軟件具有預(yù)讀功能和預(yù)加速/減速功能，這樣可以保證速度的恒定和平穩(wěn)過渡。運(yùn)動(dòng)控制軟件自動(dòng)計(jì)算位置偏差，并根據(jù)該差值對位置偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)精確運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4T按接收的指令自行控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)采用微步驅(qū)動(dòng)模式，可以達(dá)到平滑的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高分辨率、消除振動(dòng)，從而提高了系統(tǒng)的精度。運(yùn)動(dòng)控制卡可以實(shí)現(xiàn)控制脈沖的精確定時(shí)功能，采取了抗干擾措施。 結(jié)語 以兩相混合式步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行部件的位置伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，具有開放性、靈活性、可靠性并且具有較高的精度。它可以作為機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足了現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)的需要。通過該系統(tǒng)可以掌握各類數(shù)控的基本原理、運(yùn)動(dòng)控制的基本概念、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的集成方法。同時(shí)本系統(tǒng)也可以作為數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)工具。該系統(tǒng)符合工業(yè)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)，可以直接進(jìn)行工業(yè)現(xiàn)場控制。本文摘自伺服控制
收藏
編號(hào)：3310029
類型：共享資源
大?。?span id="cwyoxru" class="font-tahoma">18.18MB
格式：ZIP
上傳時(shí)間：2019-12-11
38
積分
- 關(guān) 鍵 詞：
-
步進(jìn)
電機(jī)
機(jī)電
控制
節(jié)制
- 資源描述：
-
步進(jìn)電機(jī)控制,步進(jìn),電機(jī),機(jī)電,控制,節(jié)制
展開閱讀全文
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明，都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等，如果需要附件，請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙，網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽，若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間，僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理，對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯，并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容，請與我們聯(lián)系，我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
裝配圖網(wǎng)所有資源均是用戶自行上傳分享，僅供網(wǎng)友學(xué)習(xí)交流，未經(jīng)上傳用戶書面授權(quán)，請勿作他用。