发布时间 : 星期二 文章高精度步进电机控制系统毕业设计更新完毕开始阅读
***大学毕业设计（论文）
段转子齿错开1/2齿距的位置。此时C相磁极沿CB′A方向分别超前a，b段转子齿1/6、－1/3齿距；A相磁极沿CB′A方向分别超前a，b段转子齿－1/6，1/3齿距。
相似地，在B相断电的同时，给C相正向通电，则建立磁场的轴线为CC′ 方向，转子又沿CB′A方向转过了1/6齿距，达到C相磁极与a段转子齿轴线重合、与b段转子齿错开1/2齿距的位置。可见，在连续不断地按A?B?C?A?B?C?A的顺序分别给各相绕组通电时，每改变通电状态一次时，转子沿CB′A方向转过1/6齿距，即7.5°空间角；循环一次，转子沿CB′A方向转过一个齿距，即45°空间角。同理，如果按转子沿AB′CA?C?B?A?C?B?A的顺序轮流通电，
方向以较慢的速度断续转
动。也就是说，改变轮流通电的顺序，就可以改变电机的转向。
2.3 混合式步进电机的控制特点
2.3.1 转矩矢量分析
图2-4是三相混合式步进电机各相绕组单独通电和多相绕组同时通电时合成转矩矢量图。
TABTATCTBTABCTB
TCTA
图2-4三相混合式步进电机转矩矢量图
Figure 2-4 Three-phase hybrid stepping motor torque vector
其中，TA、TB、TC分别是A、B、C绕组分别通正向电流时的转矩，这3个转矩矢量之间相互差120°电角度；TA、TB、TC分别是A、B、C绕组通反向电流时的转矩。这6个转矩矢量之间相互差60°电角度。当A绕组中通以正向电流，B绕组中通以反相电流时，用矢量相加的办法，合成转矩TAB为单相通电时的1.732倍。若三相绕组同时通电，例如
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当A、C绕组中通正向电流，B绕组中通反相电流时，合成转矩TABC为单相通电时的2倍。为了使三相混合式步进电机输出较大的转矩，宜采用多相通电的工作方式。
2.3.2 绕组通电方式
在步进电机中，定子绕组每改变一次通电方式，称为一拍，每一拍转子就转过一个步距角。每一个脉冲信号对应于绕组的通电状态改变一次，也就对应于转子转过一个步距角。对步进电机加一系列连续不断的脉冲时，它可以连续不断的转动，转子的平均转速正比于脉冲的频率，转子转过的角度等于步距角与脉冲数量的乘积。如上所述，在A、B、C三相绕组内分别单独通电的运行方式，称为三相单六拍运行。“三相”是指三相步进电机，“单”是指同时只有一相绕组通电，“六拍”是表示六种通电状态为一个循环，即六次通电状态后电机内的磁场恢复到初始的状态，转子转过一个齿距，定转子齿的相对关系不变。
除了三相单六拍运行方式外，三相混合式步进电机还可以在不同的通电方式下运行，有4种基本逻辑通电方式：
1 ) 3拍通电方式：有2-2相通电和3-3相通电两种运行方式。 2 ) 4拍通电方式：有2-3相通电运行方式。
3 ) 6拍通电方式：有2-2相通电和3-3相通电两种运行方式。 4 ) 12拍通电方式：有2-3相通电运行方式。
常用的二种典型通电方式为：2-2相6拍通电方式和2-3相12拍通电方式[5][6]。 2-2相6拍通电方式绕组通电状态变化规律为：
AC?CB?BA?AC?CB?BA?AC
2-3相12拍通电方式绕组通电状态变化规律为：
AC?ACB?CB?CBA?BA?BAC?AC?ACB?CB?CBA?BA?BAC?AC
2.3.3 步距角的控制
在不同的通电方式运行下，步进电机的步距角是不一样的，其大小为齿距角除以拍数，若用m1表示运行拍数，Zr表示转子齿数，则每改变一次通电状态时转子转过角度称为步距角，用θb表示，则：
?b?360?Zrm1 (2-l)
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从(2-l)式可以看出，拍数和转子齿数不同时，步距角不同，且步距角与拍数或转子齿数成反比。当三相混合式步进电机转子为50齿，若采用3拍通电工作方式时，θb = 2.4°；采用4拍通电工作方式时，θb = l.8°；采用6拍通电工作方式时，θb = 1.2°；采用12拍通电工作方式时，θb = 0.6°。
2.4 步进电机的运行特性
2.4.1 静态运行状态
步进电机不改变通电情况的运行状态称为静态运行。电机定子齿与转子齿中心线之间的夹角。叫做失调角，用电角度表示。步进电机静态运行时转子受到的转矩T称作静转矩，通常以使夕增加的方向为正。步进电机的静转矩T与失调角?之间的关系T?f(?)叫做矩角特性。当步进电机的控制绕组通电状态变化一个循环，转子正好转过一齿，故转子一个齿对应电角度为2?。在步进电机某一相控制绕组通电时，如果该相磁极下的定子齿与异极性的转子齿对齐，那么失调角θ = 0，静转矩T= 0，如图2-5(a)所示：如果定子齿与异极性转子齿未对齐，即0????，出现切向磁力，其作用是使转子齿与定子齿尽量对齐，即使失调角θ减小，故为负值，如图2-5(b)所示。如果为空载，那么转矩作用的结果是使异极性转子齿与定子齿完全对齐；如果某相控制绕组通电时转子齿与定子齿刚好错开，即θ =?，转子齿左右两个方向所受的磁力相等，步进电机所产生的转矩为0，如图2-5(c)所示。
T?TN(a)(b)图2-5 定子和转子齿的位置关系
Figure 2-5 Location of the stator and rotor teeth relationship
? ?(c)
步进电机的静转矩T随失调角θ呈周期性变化，变化的周期为转子的齿距，也就是2?电角度。混合式步进电机的静转矩T与失调角θ的关系近似为正弦曲线，称为矩角特 性，如图2-6所示。步进电机在静转矩的作用下，转子必然有一个稳定平衡位置。如果步
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高精度步进电机控制系统设计 静稳定平衡点Tsm????静稳定区图2-6 步进电机的矩角特性 Figure 2-6 Stepper motor torque angle characteristic 进电机为空载，那么转子在失调角θ = 0处稳定，即在通电相定子齿与异极性转子齿对齐的位置稳定。在静态运行情况下，如有外力使转子齿偏离定子齿0????，则在外力消除后，转子在静转矩的作用下仍能回到原来的稳定平衡位置。当θ = 2?时，转子齿左右两边所受的磁力相等而相互抵消，静转矩T=0，但只要转子向左或向右稍有一点偏离，转子所受的左右两个方向的磁力不再相等而失去平衡，故θ =±?是不稳定平衡点。在两个不稳定平衡点之间的区域构成静稳定区，即??????，如图2-6所示。矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
2.4.2 步进运行状态 当脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进运行状态。当空载时步进电机的运行状态如图2-7所示，通电顺序为A-B-C-A。 ATBb1c1CA?a10????3ab?c2?a???b静稳定区动稳定区
图2-7 空载步进运行 Figure 2-7 Step-load operation
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