步進電機控制
步進電機控制,步進,電機,機電,控制,節(jié)制
步進電機驅動器
一.驅動控制系統(tǒng)組成
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1、脈沖信號的產(chǎn)生
??? 脈沖信號一般由單片機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉速越高，占空比則越大。
2、信號分配
??? 以二、四相電機為例，二相電機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
??? 功率放大是驅動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態(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）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分線等。
??? 為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。如SH系列二相恒流斬波驅動電源與單片機及電機接線圖如下：
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?? 說明：
??? CP????? 接CPU脈沖信號（負信號，低電平有效）
??? OPTO????接CPU+5V
??? FREE?????脫機，與CPU地線相接，驅動電源不工作
??? DIR??????方向控制，與CPU地線相接，電機反轉
??? VCC????? 直流電源正端
????GND??????直流電源負端???
?????A???????接電機引出線紅線
??????????接電機引出線綠線?????????
???? B???????接電機引出線黃線
?????????? 接電機引出線藍線
???? 步進電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅動電源。步進電機轉速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：
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4、細分驅動器
??? 在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅動器來驅動步進電機，細分驅動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉的。
????????
??????
??? 可以講細分驅動器是將脈沖拍數(shù)進行細分或將旋轉磁場進行數(shù)字化處理。是將磁場進行細分，其控制精度取決于步進電機自身精度的高低。不過也可根據(jù)不同廠家的步進電機進行修正，但這不是一般驅動器生產(chǎn)廠家所能做到的。因此細分驅動器往往用在減少噪音和提高電機軸輸出的平穩(wěn)性上。
??? 細分驅動細分數(shù)是指將整步細分成多少個微步。例如：一只1.8度/0.9度的電機，采用10細分的驅動器后，此時步距角為1.8度/10=0.18度。
二.驅動器實例
[驅動器WD3-007???? 該驅動器主要驅動2Nm-12Nm三相混合式步進電機，輸入電壓220VAC，控制信號電壓5VDC，與百格拉電機配套性能最佳。
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：6.3A
溫 度
工作溫度小于50℃；存放溫度-40℃～70℃
濕 度
不能結露，不能有水珠
氣 體
禁止有可燃氣體和大量導電灰塵
2.? WD3-007的主要特點
* 交流伺服工作原理，交流伺服運行特性，三相正弦電流驅動輸出；
* 只要環(huán)境溫度不超過55℃，驅動器就可以正常工作；
* 電路板采取三防處理，有過熱、過壓、欠壓、過流保護及電機相間短路保護功能；
* 驅動器的輸入電源是110VAC或220VAC，變化范圍是：-30%～+20%；
* 電機和驅動器間僅用3根線連接，同交流異步電機一樣，減少連線出錯的可能性；
* 幾乎無共振和爬行，輸出相電流可設置，帶有十細分和半流功能特性，噪聲幾乎與交流伺服電機一樣；
* 比同樣尺寸的反應式步進電機所產(chǎn)生的功率大20%左右；
* 電機的扭矩與它的轉速有關，而與電機每轉的步數(shù)無關；
* 電機每轉步數(shù)可依用戶要求分別設定為500、1000、5000、10000步/轉；
* 由于驅動器采用了正弦電流驅動，使電機的空載啟動頻率高達4.3至5.3KHz；
* 電機上下電時，輸出軸位置不變，給工作帶來很大方便。?
3.? 連線及參數(shù)設置
圖1：WD3-007面版圖
（一）控制信號接口
1、控制信號定義
PULSE： 脈沖信號輸入端，每一個脈沖的上升沿使電機轉動一步。
DIR： 方向信號輸入端，如“DIR”為低電平，電機按順時針方向旋轉；
“DIR”為高電平電機按逆時針方向旋轉。
CW： 正轉信號，每個脈沖使電機正向轉動一步。
CCW： 反轉信號，每個脈沖使電機反向轉動一步。
RESET： 復位信號，如復位信號為低電平時,輸入脈沖信號起作用，如果復位信號為
高電平時就禁止任何有效的脈沖，輸入信號無效，電機無保持扭矩。
READDY: 輸入報警信號：READY是繼電器開關，當驅動器正常工作時繼電器閉
合，當驅動器工作異常時繼電器斷開。繼電器允許最高輸入電壓和電流是：
35VDC，10mA≤I≤200mA，電阻性負載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到CNC
的某輸入端。當驅動器正常工作時繼電器閉合，外部24VDC通過繼電器輸
入到CNC輸入端，否則外部24VDC無法輸入到CNC輸入端。
注意：PULSE+與CW+，PULSE-與CW-，DIR-與CCW-對應同一個接線口，按控制方式不同給出的兩種定義名稱。
下面為脈沖、方向信號時序圖：
圖2：脈沖和方向信號時序圖
2、控制信號連接
??? 上位機的控制信號可以高電平有效，也可以低電平有效。當高有效時，把所有控制信號的負端連在一起作為信號地，低有效時，把所有控制信號的正端連在一起作為信號公共端。 注意：公共端不能與大地（殼體）接到一起?！癙ULSE.SYS”為控制方式選擇開關（見圖1），兩種狀態(tài)對應兩種控制方式。
表1中列出了高有效和低有效時的接線方式
。
PULSE.SYS
控制方式
高電平有效接線
低電平有效接線
ON
正轉和反轉
PULSE+接正轉信號
DIR+接反轉信號
PULSE-與DIR-短接為信號地
PULSE-接正轉信號
DIR-接反轉信號
PULSE+與DIR+短接為公共端
OFF
脈沖和方向
PULSE+接脈沖信號
DIR+接方向信號
PULSE-與DIR-短接為信號地
PULSE-接脈沖信號
DIR-接方向信號
PULSE+與DIR+短接為公共端
表1 WD3-007控制信號接線方式
3、控制信號要求
輸入信號：輸入信號采用光藕輸入，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（用驅動器面板上的開關實現(xiàn)，開關位置見圖1）
1、MOT.CURR：設置輸出相電流
為了驅動不同扭矩的步進電機，可用旋轉撥段開關來設置驅動器的輸出電流（有效值），各開關位置對應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 設置輸出相電流
?2、STEP1、STEP2：設置電機每轉步數(shù)
??? 驅動器WD3-007可將電機的步數(shù)分別設置為500、1000、5000、10000步。用戶可以通過驅動器正面板上的兩個撥碼開關STEP1、STEP2設置電機的步數(shù)（如表3）：?
STEP1狀態(tài)
OFF
ON
OFF
ON
STEP2狀態(tài)
OFF
OFF
ON
ON
步數(shù)/轉
500
1000
5000
10000
?
3、CURR.RED：設定半流功能?
半流功能是指電機帶電靜止100ms后，驅動器輸出電流降為額定輸出電流的60%，用來防止電機發(fā)熱。當撥碼開關CURR.RED設置為“OFF”時，有半流功能；當設置成“ON”時，無半流功能。
?4、PULE.SYS：控制方式選擇
?????????? 撥碼開關（PULSE.SYS）可設置成兩種控制方式：
當設置成“OFF”時，為“脈沖和方向”控制方式；
當設置成“ON”時，為“正轉和反轉”控制方式。
?（三）功率接口
?1、U、V、W、PE：驅動器和電機間連接?
電機相間電壓是3×325VAC，電機電纜最長為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的殼體和驅動器殼體連接，驅動器地和電機地與它們各自的殼體是相連的，連接驅動器和電機間的動力線和所有地線均靠螺釘來固定，這些線的兩端要用金屬套管套好，然后用螺釘固定，要改變電機的轉動方向可以通過互換電機的兩相接線來實現(xiàn)。下圖分別是三根和六根輸出線電機的接線圖：
圖3：驅動器和電機間的連線圖
?2、L、N、PE：驅動器電源?
電源電壓是220VAC輸入時，最大電流是3A。電源線橫截面≥1.5平方毫米，盡量短。驅動器的L端和N端接供電電源，同時要串接一個6.3A保險絲。?
四 安裝?
驅動器在開關柜中為壁掛式安裝，下圖是驅動器的外型尺寸，正常工作時其周圍要有20mm的空間，不能放在其它發(fā)熱的設備旁，要避免粉塵、油霧、腐蝕性氣體，濕度太大及強振動場所。?
圖4 WD3-007驅動器地腳安裝圖
?五 故障診斷?
1、狀態(tài)燈指示?
RDY： 綠燈亮，工作正常時亮。
FLT： 紅燈亮，電機相間短路時，過壓時（大于410V）和欠壓時（小于200V）亮。
TEMP： 紅燈亮，驅動器超溫時亮（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
檢查電源連線
電源電壓低
提高電源電壓
電機不轉，且無保持扭矩
電機連線不對
改正電機連線
RESET輸入信號起作用
使RESET輸入不起作用
電機不轉，但有保持扭矩
無脈沖信號輸入
調(diào)整脈沖寬度及信號的電平
電機轉動方向錯誤
動力線相序接錯
互換任意兩相連線
方向信號輸入不對
改變方向設定
電機扭矩太小
相電流設置過小
正確設置相電流
加速度太快
減小加速度值
電機堵轉
排除機械故障
驅動器與電機不匹配
換合適的驅動器
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