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 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 一.驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成 ???????????? 1、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生 ??? 脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。 2、信號(hào)分配 ??? 以二、四相電機(jī)為例，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。 3、功率放大 ??? 功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分線等。 ??? 為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將信號(hào)分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。如SH系列二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下： ??????????? ?? 說(shuō)明： ??? CP????? 接CPU脈沖信號(hào)（負(fù)信號(hào)，低電平有效） ??? OPTO????接CPU+5V ??? FREE?????脫機(jī)，與CPU地線相接，驅(qū)動(dòng)電源不工作 ??? DIR??????方向控制，與CPU地線相接，電機(jī)反轉(zhuǎn) ??? VCC????? 直流電源正端 ????GND??????直流電源負(fù)端??? ?????A???????接電機(jī)引出線紅線 ??????????接電機(jī)引出線綠線????????? ???? B???????接電機(jī)引出線黃線 ?????????? 接電機(jī)引出線藍(lán)線 ???? 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。電壓對(duì)力矩影響如下： ?????????????? 4、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 ??? 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。 ???????? ?????? ??? 可以講細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是將脈沖拍數(shù)進(jìn)行細(xì)分或?qū)⑿D(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)字化處理。是將磁場(chǎng)進(jìn)行細(xì)分，其控制精度取決于步進(jìn)電機(jī)自身精度的高低。不過(guò)也可根據(jù)不同廠家的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行修正，但這不是一般驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)廠家所能做到的。因此細(xì)分驅(qū)動(dòng)器往往用在減少噪音和提高電機(jī)軸輸出的平穩(wěn)性上。 ??? 細(xì)分驅(qū)動(dòng)細(xì)分?jǐn)?shù)是指將整步細(xì)分成多少個(gè)微步。例如：一只1.8度/0.9度的電機(jī)，采用10細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器后，此時(shí)步距角為1.8度/10=0.18度。 二.驅(qū)動(dòng)器實(shí)例 [驅(qū)動(dòng)器WD3-007???? 該驅(qū)動(dòng)器主要驅(qū)動(dòng)2Nm-12Nm三相混合式步進(jìn)電機(jī)，輸入電壓220VAC，控制信號(hào)電壓5VDC，與百格拉電機(jī)配套性能最佳。 1. WD3-007電氣參數(shù) 輸入電壓 單相220V輸入（-30%～+20%）；頻率：45～66Hz 輸入電流 小于2.5安培 輸出電壓 3×325VAC 輸出電流 0.66A～2.5A 功 耗 功耗：80W； 內(nèi)部保險(xiǎn)：6.3A 溫 度 工作溫度小于50℃；存放溫度-40℃～70℃ 濕 度 不能結(jié)露，不能有水珠 氣 體 禁止有可燃?xì)怏w和大量導(dǎo)電灰塵 2.? WD3-007的主要特點(diǎn) * 交流伺服工作原理，交流伺服運(yùn)行特性，三相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出； * 只要環(huán)境溫度不超過(guò)55℃，驅(qū)動(dòng)器就可以正常工作； * 電路板采取三防處理，有過(guò)熱、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)及電機(jī)相間短路保護(hù)功能； * 驅(qū)動(dòng)器的輸入電源是110VAC或220VAC，變化范圍是：-30%～+20%； * 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器間僅用3根線連接，同交流異步電機(jī)一樣，減少連線出錯(cuò)的可能性； * 幾乎無(wú)共振和爬行，輸出相電流可設(shè)置，帶有十細(xì)分和半流功能特性，噪聲幾乎與交流伺服電機(jī)一樣； * 比同樣尺寸的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)所產(chǎn)生的功率大20%左右； * 電機(jī)的扭矩與它的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無(wú)關(guān)； * 電機(jī)每轉(zhuǎn)步數(shù)可依用戶要求分別設(shè)定為500、1000、5000、10000步/轉(zhuǎn)； * 由于驅(qū)動(dòng)器采用了正弦電流驅(qū)動(dòng)，使電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率高達(dá)4.3至5.3KHz； * 電機(jī)上下電時(shí)，輸出軸位置不變，給工作帶來(lái)很大方便。? 3.? 連線及參數(shù)設(shè)置 圖1：WD3-007面版圖 （一）控制信號(hào)接口 1、控制信號(hào)定義 PULSE： 脈沖信號(hào)輸入端，每一個(gè)脈沖的上升沿使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 DIR： 方向信號(hào)輸入端，如“DIR”為低電平，電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)； “DIR”為高電平電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 CW： 正轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 CCW： 反轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 RESET： 復(fù)位信號(hào)，如復(fù)位信號(hào)為低電平時(shí),輸入脈沖信號(hào)起作用，如果復(fù)位信號(hào)為 高電平時(shí)就禁止任何有效的脈沖，輸入信號(hào)無(wú)效，電機(jī)無(wú)保持扭矩。 READDY: 輸入報(bào)警信號(hào)：READY是繼電器開(kāi)關(guān)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉 合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作異常時(shí)繼電器斷開(kāi)。繼電器允許最高輸入電壓和電流是： 35VDC，10mA≤I≤200mA，電阻性負(fù)載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到CNC 的某輸入端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，外部24VDC通過(guò)繼電器輸 入到CNC輸入端，否則外部24VDC無(wú)法輸入到CNC輸入端。 注意：PULSE+與CW+，PULSE-與CW-，DIR-與CCW-對(duì)應(yīng)同一個(gè)接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。 下面為脈沖、方向信號(hào)時(shí)序圖： 圖2：脈沖和方向信號(hào)時(shí)序圖 2、控制信號(hào)連接 ??? 上位機(jī)的控制信號(hào)可以高電平有效，也可以低電平有效。當(dāng)高有效時(shí)，把所有控制信號(hào)的負(fù)端連在一起作為信號(hào)地，低有效時(shí)，把所有控制信號(hào)的正端連在一起作為信號(hào)公共端。 注意：公共端不能與大地（殼體）接到一起?！癙ULSE.SYS”為控制方式選擇開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖1），兩種狀態(tài)對(duì)應(yīng)兩種控制方式。 表1中列出了高有效和低有效時(shí)的接線方式 。 PULSE.SYS 控制方式 高電平有效接線 低電平有效接線 ON 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) PULSE+接正轉(zhuǎn)信號(hào) DIR+接反轉(zhuǎn)信號(hào) PULSE-與DIR-短接為信號(hào)地 PULSE-接正轉(zhuǎn)信號(hào) DIR-接反轉(zhuǎn)信號(hào) PULSE+與DIR+短接為公共端 OFF 脈沖和方向 PULSE+接脈沖信號(hào) DIR+接方向信號(hào) PULSE-與DIR-短接為信號(hào)地 PULSE-接脈沖信號(hào) DIR-接方向信號(hào) PULSE+與DIR+短接為公共端 表1 WD3-007控制信號(hào)接線方式 3、控制信號(hào)要求 輸入信號(hào)：輸入信號(hào)采用光藕輸入，輸入內(nèi)阻是150歐姆，脈寬≥2.5μs 電壓控制：2.5V≤高電平≤5.25V之間， -5.25V≤低電平≤0.4V， Imax=30mA。電流控制：7mA≤高電流≤25mA， -25mA≤低電流≤0.2mA，Umax=5.25V。 （二）功能選擇（用驅(qū)動(dòng)器面板上的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)位置見(jiàn)圖1） 1、MOT.CURR：設(shè)置輸出相電流 為了驅(qū)動(dòng)不同扭矩的步進(jìn)電機(jī)，可用旋轉(zhuǎn)撥段開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的輸出電流（有效值），各開(kāi)關(guān)位置對(duì)應(yīng)的輸出電流有效值如表2。 位置 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 電流 0.9 1.0 1.1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 1.9 2.0 2.1 2.3 2.4 2.5 表2 設(shè)置輸出相電流 ?2、STEP1、STEP2：設(shè)置電機(jī)每轉(zhuǎn)步數(shù) ??? 驅(qū)動(dòng)器WD3-007可將電機(jī)的步數(shù)分別設(shè)置為500、1000、5000、10000步。用戶可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器正面板上的兩個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)STEP1、STEP2設(shè)置電機(jī)的步數(shù)（如表3）：? STEP1狀態(tài) OFF ON OFF ON STEP2狀態(tài) OFF OFF ON ON 步數(shù)/轉(zhuǎn) 500 1000 5000 10000 ? 3、CURR.RED：設(shè)定半流功能? 半流功能是指電機(jī)帶電靜止100ms后，驅(qū)動(dòng)器輸出電流降為額定輸出電流的60%，用來(lái)防止電機(jī)發(fā)熱。當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)CURR.RED設(shè)置為“OFF”時(shí)，有半流功能；當(dāng)設(shè)置成“ON”時(shí)，無(wú)半流功能。 ?4、PULE.SYS：控制方式選擇 ?????????? 撥碼開(kāi)關(guān)（PULSE.SYS）可設(shè)置成兩種控制方式： 當(dāng)設(shè)置成“OFF”時(shí)，為“脈沖和方向”控制方式； 當(dāng)設(shè)置成“ON”時(shí)，為“正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)”控制方式。 ?（三）功率接口 ?1、U、V、W、PE：驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)間連接? 電機(jī)相間電壓是3×325VAC，電機(jī)電纜最長(zhǎng)為50米，電纜橫截面不小于1.5平方毫米，電纜的屏蔽層一定要與電機(jī)的殼體和驅(qū)動(dòng)器殼體連接，驅(qū)動(dòng)器地和電機(jī)地與它們各自的殼體是相連的，連接驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)間的動(dòng)力線和所有地線均靠螺釘來(lái)固定，這些線的兩端要用金屬套管套好，然后用螺釘固定，要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可以通過(guò)互換電機(jī)的兩相接線來(lái)實(shí)現(xiàn)。下圖分別是三根和六根輸出線電機(jī)的接線圖： 圖3：驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)間的連線圖 ?2、L、N、PE：驅(qū)動(dòng)器電源? 電源電壓是220VAC輸入時(shí)，最大電流是3A。電源線橫截面≥1.5平方毫米，盡量短。驅(qū)動(dòng)器的L端和N端接供電電源，同時(shí)要串接一個(gè)6.3A保險(xiǎn)絲。? 四 安裝? 驅(qū)動(dòng)器在開(kāi)關(guān)柜中為壁掛式安裝，下圖是驅(qū)動(dòng)器的外型尺寸，正常工作時(shí)其周圍要有20mm的空間，不能放在其它發(fā)熱的設(shè)備旁，要避免粉塵、油霧、腐蝕性氣體，濕度太大及強(qiáng)振動(dòng)場(chǎng)所。? 圖4 WD3-007驅(qū)動(dòng)器地腳安裝圖 ?五 故障診斷? 1、狀態(tài)燈指示? RDY： 綠燈亮，工作正常時(shí)亮。 FLT： 紅燈亮，電機(jī)相間短路時(shí)，過(guò)壓時(shí)（大于410V）和欠壓時(shí)（小于200V）亮。 TEMP： 紅燈亮，驅(qū)動(dòng)器超溫時(shí)亮（散熱片溫度大于75℃）。 ?2、故障及排除? 故 障 原 因 解決措施 LED不亮 電源接錯(cuò) 檢查電源連線 電源電壓低 提高電源電壓 電機(jī)不轉(zhuǎn)，且無(wú)保持扭矩 電機(jī)連線不對(duì) 改正電機(jī)連線 RESET輸入信號(hào)起作用 使RESET輸入不起作用 電機(jī)不轉(zhuǎn)，但有保持扭矩 無(wú)脈沖信號(hào)輸入 調(diào)整脈沖寬度及信號(hào)的電平 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向錯(cuò)誤 動(dòng)力線相序接錯(cuò) 互換任意兩相連線 方向信號(hào)輸入不對(duì) 改變方向設(shè)定 電機(jī)扭矩太小 相電流設(shè)置過(guò)小 正確設(shè)置相電流 加速度太快 減小加速度值 電機(jī)堵轉(zhuǎn) 排除機(jī)械故障 驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)不匹配 換合適的驅(qū)動(dòng)器 ? ? ? ? ? ? ? ?