步进电动机课程设计

序的瞬间电动机失电，将使用于重力型负载的电动机产生失步。
此外，只有一相绕组通电吸引转子，易在平衡位置附近产生振荡，使运行不可靠。因此，实际应用中很少采用这种运行方式控制步进电动机，一般常用的通电方式为：三相双三拍及三相六拍方式。
如果通电方式为A→AB→B→BC→C→CA→A→……，则称为三相单（双）六拍或三相工作方式。其步距角为1.5°，是三相三拍方式的一半，显然，这有利于位置控制精度的提高。图7-5（a）为A相绕组通电情况，定子绕组切换为A、B相通时，A相定子磁极力图不让转子转动，而保持与其定子齿对齐，而B相定子磁极的电磁，反应力矩图使其顺时针转3°，与B相定子齿对齐，此时各相定、转子的情况如图7-5（c）所示。转子齿与A相、B相定子齿均没对齐，此位置是A相、B相定子合成磁场的最强方向，即转子顺时针方向转动1.5°。
1）Z-80时序脉冲产生程序设计
设输出口为80（H）并认为调用此程序前已初始化，所要求的脉冲数为N。延时子程序，其程序框图如图所示
汇编源程框图如下：
ORG 2000H
SXMC: PUSH AF ;保护现象场
PUSH BC ;
LDA,#NH ;置控制脉冲数的十六进制数
LD B ;
LOOP: LDA; 01 H ;输入第一拍控制码
1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。
1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。
1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。
所示，定子铁心上有6个均匀分布的磁场，沿直径相对的两极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。每个定子磁极上均匀分布5个齿，齿槽距相等，步距角为90°。转子铁心上无绕组，其上均匀分布40个齿，齿槽宽度相等，并于定子上的齿宽相等，步距角为360°∕40=9°。三相定子磁极上的齿一次错开1∕3齿距即3°，如图7-5（a）所示。这在结构上保证了步进电动机能够转动起来。当A组绕组通电，不B、C绕组断电时，A相定子磁极的电磁力要使相邻转子齿与其对齐（使磁阻最小），如图7-5（a）所示，B相和C相定、转子错齿分别为1∕3齿距（3°）和2∕3齿距（6°）。当B相绕组通电，A、C绕组断电时，电磁反应力矩使转子顺时针转动3°与B相的定子齿对齐，此时A相、C相的定、转子齿又互相错齿，如图7-5（b）所示。
常用三相步进电机的通电方式：①三相单拍通电顺序为A→B→C
→:三相双三拍通电顺序为AB→BC→CA→:②三相六拍通电顺序A→AB→B→BC→C→CA→按以上方式通电，步进电机正转，按相反方向通电，步进电机反转下面以三相单三拍为例，对时序脉冲输出进行程序设计，并用两种汇编语言编写源程序，设计程序采用程序延时法定时中断法留给读者编写：
由上述看出，三相双三拍和三相六拍工作方式，在状态切换
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时，始终有一相绕组通电，保证了状态切换过程中电动机运行的稳定和可靠。因此，这两种控制方式是实际常采用的。
推而广之，对于四相步进电动机的工作方式有：双四拍：AB→BC→CD→DA→AB……或AB→DA→CD→BC→AB……四相八拍：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A……或A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A……或AB→ABC→BC→BCD→CD→CDA→DA→DAB→AB……或AB→ABD→DA→DAC→DC→DCB→CB→CBA→AB……。步进电动机的步距角β与相数m，转子齿数Z，通电系数K有关
同理，当定子绕组通电顺序为A→C→B→A……时，则电动机转子就会逆时针方向旋转起来，其步距角仍为60°。
（a）（b）（c）
图7-3三相步进电动机的工作原理
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实际应用中，由于要求步进电动机步距小，因此，其定子、转子做成如图7-4所示的形式。
图7-4三相反应式步进电动机结构原理图
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a）b）c）
图7-5反应式步进电动机工作原理示意图
上述通电方式A→B→C→A……，称为“三相单三拍”分配方式。这里“三相”指三相通电绕组A、B、C“单”指每个状态只有一相绕组通电，“三相”指三次换接为一个循环。“三相单三拍”通电控制方式，由每拍只有一相绕组通电，在通电切换相
磁转矩最大值称为最大静转矩。在静态稳定区内，当外加转矩除去时，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置。
启动频率Fｑ空载时，步进电动机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行状态的最高频率，称为启动频率Fｑ或突调频率。由于步进电动机在启动时，要克服负载力矩与加速力矩，
如果此时加给步进电动机的指令脉冲频率大于启动频率，转子的速度就跟不上定子的磁场速度，出现丢不或振荡现象，随着负载
加大，启动频率会进一步降低
（a）静态转角特性
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（b）矩频特性
（c）指数加减速
图4-8步进电动机的工作特性
当步进电动机启动以后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢不的最高工作频率，称为连续运行频率Fmax，其特点是它的值远大于启动频率Fｑ。而矩频性描述的是步进电动机连续稳定运行时转矩。一般情况下，随着运行频率的增高，输出力矩下降，到某一频率后，步进电动机的输出力矩以变得很小，带不动负载或受到一个很小的干扰；就产生振荡、失步或停转。因此，动态转矩的大小直接影响步进电动机的动态性能及带负载能力。
在步距角α中其定义是每一拍使步进电动机转子转过的角
度，它就是步进电动机的步距角其公式α=360°/mzk，在式中k为通电系数，当采用单相或双相通电方式时，k=1,当采用单双相轮流通电方式时，k=2；m为步进电动机的相数，z为步进电动机的齿数。在步距误差中它是反映了步进电动机角位移的精度，它
的含义是指空载时实验的步距角与理论的步距角之差，这种误差无法测量和补偿，因而在选用步进电动机时，应分析它对整个伺
3)输入转矩大，可直接带动负载
步进电动机的性能指标有
1、矩角特性与最大静转矩
2、空载起动频率
3、起矩频特性
4、空载运行频率
5、运行矩频特性
第五节步进电动机的控制
步进电动机的控制电路可以采用硬件方式构成，这种情况下，如果需要变动控制功能；则须重新设计硬件电路，因此灵活性差，调整困难，计算机数控技术步进电动机的控制开辟了新的途径。原来由硬件线路实现，这样不但使控制功能增强使电路简化成本降低，而且可靠性也大大提高。
计算机程序控制的方式有三种
1）步进电动机运转控制
2）步进电动机速度控制
3）步进电动机位置控制
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第六节步进电动机的运行控制与程序设计
第一节步进电动机与伺服电机优缺点及性能比较
1、时序脉冲的产生
产生时序脉冲的通常方法是：①用每根输出信号线分别控制步进电动机的每一相绕组；②根据控制方式找出控制方式的数字模型；③按控制模型的顺序向步进电机输入控制脉冲经济型数控系统中，
在步进电动机的有些参数及特性，还与通电方式及驱动电源的性能有关，因此步进电动机通电方式及驱动装置的选择是发
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挥步进电动机性能的关键。
第四节步进电动机的主要性能指标
步进电动机在实际使用中，对基本的要求为：
1)能够迅速启动，正反转，停转及在很广的范围内进行转速调节
2)加工精确高，运转过程中不得丢步
60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统制设计
数控系统(简称CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。
1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。
其关系式为：β=360°∕mzk式中，当k>1时，相邻两次通电相
数一样：当K=2时，相邻两次通电相数不一样。
由于步进电动机选型及工作方式确定后，其步距角β是确定
所以步进电动机的转速n，只决定于输入的指令脉冲频率f的大小，即n=βХ60f∕360=60f∕mzk。
第三节步进电动机的主要参数及特性
在步进电动机中包括的参数有步距角、步距误差、静态距角特性、启动频率、连续运行频率Fmax和矩频率特性与动态转矩。
OUTC 80H,A ;
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CALL YANS ;调延时子程序
20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。在我们此题中研究的对象是开环伺服系统，也就是步进伺服电动机.按照伺服系统来划分可分为开环、半闭环、闭环三大类步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成成相应的角位移的执行器.开环系统控制图如下：
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图7-2定、转子不同位置时的磁力线路径
a）θ=0°b）转动θ角时c）θ=90°时
步进电动机原理的实例
为说明步进电动机的工作原理，图7-3出了一个简单的步进电动机结构。其定子上分布有六个齿极装有一相励磁绕组，构成三相绕组。当绕组通电，B、C绕组断电时，为保证磁力线路径的磁阻最小，转子的位置应如图7-3（c）所示。同理，当B绕组通电，A、C绕组断电时，转子的位置如图7-3（b）所示的通电顺序为A→B→C→A……时，步进电动机将按顺时针方向旋转。没换一个状态，转子转动一固定角度60°，称为步进电动机的步距角。
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