步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)，它是一種感應(yīng)電機(jī)，涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
什么是步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。
步進(jìn)電機(jī)工作原理
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)三部分組成，步進(jìn)電機(jī)控制器是指揮中心，它發(fā)出信號(hào)脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器把接收到信號(hào)脈沖脈沖轉(zhuǎn)化為電脈沖,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器每發(fā)出一個(gè)信號(hào)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。控制器可以通過(guò)控制脈沖數(shù)量來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而準(zhǔn)確定位。通過(guò)控制脈沖頻率精確控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。
每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
我們一般用的步進(jìn)電機(jī)是這樣的：
結(jié)構(gòu)圖一般是這樣的：
那么這個(gè)AC，BD代表什么呢？步進(jìn)電機(jī)又為什么具有以上的那些特點(diǎn)呢？這就要從步進(jìn)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)說(shuō)起。先上一個(gè)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖：
先從這個(gè)簡(jiǎn)單的圖分析原理，圖中有兩組繞組A A-，B B-，可以看出他們分別形成的磁場(chǎng)是相反的，位置也是相對(duì)的。這2組繞組對(duì)應(yīng)真實(shí)圖中的AC和BD。
定子為鐵芯，A A-，B B-繞在鐵芯上，通電之后產(chǎn)生磁場(chǎng)變成電磁鐵，轉(zhuǎn)子為永磁體，磁場(chǎng)將對(duì)轉(zhuǎn)自產(chǎn)生吸引或者排斥。
左上圖A A-吸引轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子豎直（此時(shí)只有A A-通電）當(dāng)B B-也通電后，B B-也產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)轉(zhuǎn)自將像A B中間區(qū)域偏轉(zhuǎn)，具體偏轉(zhuǎn)角度跟A B上電流大小比例有關(guān)。
左下圖此時(shí)A A-斷電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)子被吸引到水平位置。
右下圖此時(shí)A A-反向通電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)自順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重復(fù)以上過(guò)程，則轉(zhuǎn)子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并控制通電的時(shí)機(jī)以及順序，便可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。
定子鐵心：定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。
定子繞組：定子每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。
轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒(méi)有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。定轉(zhuǎn)子齒形相同。
原理
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)切換一次定子繞組的激磁電流時(shí)，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度即步距角。步距角一般由切換的相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩得到，所以需要每相極數(shù)是偶數(shù)。步進(jìn)電機(jī)通常都為兩相以上的，當(dāng)然也有一些特殊的只有一個(gè)線圈的單相步進(jìn)電機(jī)。雖說(shuō)單相，實(shí)為一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通方向交互反轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)有單相、兩相、三相、四相、五相。
現(xiàn)在使用的步進(jìn)電機(jī)大部分用永磁轉(zhuǎn)子。普遍使用永久磁鐵的原因是效率高，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。以下以介紹永磁轉(zhuǎn)子為主。
決定步距角的因素
步進(jìn)電機(jī)分辨率（一圈的步數(shù)，360°除以步距角）越高，位置精度越高。為了得到高分辨率，設(shè)計(jì)的極數(shù)要多。PM型轉(zhuǎn)子為N與S極在轉(zhuǎn)子的鐵心外表面上交互等節(jié)距放置，轉(zhuǎn)子極數(shù)為N極與S極數(shù)之和，為簡(jiǎn)化講解，假設(shè)極對(duì)數(shù)為1。此處確定轉(zhuǎn)子為永久磁鐵的步進(jìn)電機(jī)的步距角θs由下式表示，其中Nr為轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，P為定子相數(shù)，θs=180°/PNr上式的物理含義如下：
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的機(jī)械角度為360。,如用極數(shù)2Nr去除，相當(dāng)于一個(gè)極所占的機(jī)械角度即180°/Nr。這就是說(shuō)，一個(gè)極的機(jī)械角度用定子相數(shù)去分割就得到步距角，此概念如下圖所示。
由式θs=180°/PNr可知，步距角越小，分辨率越高，因此要提高步進(jìn)電機(jī)的分辨率，就要增加轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)或采用定子相數(shù)P較多的多相式方法。而Nr的增加受到機(jī)械加工的限制，所以要制造高分辨率的步進(jìn)電機(jī)需要兩種方法并用才行。 公式如下：
驅(qū)動(dòng)器原理
步進(jìn)電機(jī)需要使用專(zhuān)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。功率驅(qū)動(dòng)單元將脈沖發(fā)生控制單元生成的脈沖放大，與步進(jìn)電機(jī)直接耦合，屬于步進(jìn)電機(jī)與微控制器的功率接口。
控制指令單元，接收脈沖與方向信號(hào)，對(duì)應(yīng)的脈沖發(fā)生控制單元對(duì)應(yīng)生成一組相應(yīng)相數(shù)的脈沖，經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)單元后送到步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)在對(duì)應(yīng)方向上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 驅(qū)動(dòng)器的脈沖給定方式?jīng)Q定了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式，如下：
（1）m相單m拍運(yùn)行
（2）m相雙m拍運(yùn)行
（3）m相單、雙m拍運(yùn)行
（4）細(xì)分驅(qū)動(dòng)，需要驅(qū)動(dòng)器給出不同幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)
步進(jìn)電機(jī)有一些重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，如最大靜轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)頻率、運(yùn)行頻率等。一般來(lái)說(shuō)步距角越小，電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩越大，則起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率越高，所以運(yùn)行方式中強(qiáng)調(diào)了細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，該方式提高了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和分辨率，完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。所以細(xì)分驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)與其他類(lèi)型驅(qū)動(dòng)器。
步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)
目前常用的有三種步進(jìn)電機(jī)：
(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角小；但動(dòng)態(tài)性能差。
(2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)。永磁式步進(jìn)電機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角大。
(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)。混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR），是一種傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)，由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過(guò)與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。
永磁步進(jìn)電機(jī)
永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM），是由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過(guò)與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的一種設(shè)備。
永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度，對(duì)7.5度步矩而言，典型的極數(shù)為24。電機(jī)里有轉(zhuǎn)子和定子兩部分：可以是定子是線圈，轉(zhuǎn)子是永磁鐵；也可以是定子是永磁鐵，轉(zhuǎn)子是線圈。
在這種電機(jī)里，定子齒或爪極由在定子線圈里流過(guò)的電流產(chǎn)生不同極性的磁場(chǎng)。若兩個(gè)定子段里的轉(zhuǎn)子磁化狀態(tài)是對(duì)齊的，則兩段里的定子齒將錯(cuò)開(kāi)l／4齒距。觀看A段里轉(zhuǎn)子磁極和定子齒的位置關(guān)系。因?yàn)锽段里的定子齒相對(duì)A段里的齒錯(cuò)開(kāi)l／4齒距，故轉(zhuǎn)子將在同一方向進(jìn)一步受到驅(qū)動(dòng)。
比如當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組會(huì)產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。磁場(chǎng)就會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。
轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。若改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。因此可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
混合式步進(jìn)電機(jī)
混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，混合式步進(jìn)電機(jī)隨著相數(shù)（通電繞組數(shù)）的增加，步進(jìn)角減小，精度提高，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。
性能：
a. 控制精度：步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高。
b. 低頻特性：步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)它工作在低速時(shí)一般采用阻尼技術(shù)或細(xì)分技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象。
c. 矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，高速時(shí)會(huì)急劇下降。
d. 過(guò)載能力：步進(jìn)電機(jī)不具備過(guò)載能力。
e. 運(yùn)行性能：步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象。
f. 速度響應(yīng)性能：步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒。
步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別
上面介紹那么多關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的知識(shí)，大家是不是感覺(jué)跟我們前幾期介紹過(guò)的伺服電機(jī)功能上是否很相似呢，這里小編為您答疑解惑。
步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。
為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在位置控制方式上十分相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。
步進(jìn)電機(jī)的一些應(yīng)用
1、包裝機(jī)械中的應(yīng)用
步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。
齒輪泵計(jì)量是靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，物料通過(guò)齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來(lái)自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)量精度。
步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會(huì)明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)顯著下降。對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來(lái)說(shuō)，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開(kāi)始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果噪聲難以避免，可靠性下降。
后來(lái)采用直齒輪升速的辦法，降低了步進(jìn)電機(jī)的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計(jì)量度得到了保證。
在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長(zhǎng)供給，無(wú)論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)可靠完成。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過(guò)控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。
在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長(zhǎng)控制模式和色標(biāo)控制模式 。袋長(zhǎng)控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過(guò)預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。
步進(jìn)電機(jī)工作原理
色標(biāo)模式配備有光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開(kāi)關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)接到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長(zhǎng)供膜。
橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時(shí)間的要求。為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步。
2、礦井提升中的應(yīng)用
由于步進(jìn)電機(jī)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下。電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)。
電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。作為一種把數(shù)字電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電元件。
步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)單，功率大，維護(hù)容易，定位精度高，可靠性好，體積小，驕動(dòng)系統(tǒng)多達(dá)32種選擇。并且價(jià)格低，無(wú)累積位置誤差，可自鎖，控制成本低等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，再加上利用現(xiàn)在比較成熟的微機(jī)技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用控制。可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以上特點(diǎn)完全符合微拖的要求。并且可以實(shí)現(xiàn)礦井提升系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守提升系統(tǒng)。
步進(jìn)電機(jī)工作原理
礦井提升中步進(jìn)電機(jī)的控制過(guò)程是這樣的，首先提升機(jī)減速接近爬行階段，速度降至3m／s左右時(shí)。由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)接通電磁閥。電磁閥桿在電磁力的作用下克服閥桿下端彈簧的彈力下移，使壓縮空氣由A腔進(jìn)入B腔，通過(guò)減速器的空心軸進(jìn)入氣囊離合器。使微拖裝置與主機(jī)連接起來(lái)。
當(dāng)速度繼續(xù)降至爬行速度時(shí)。通過(guò)控制電路切斷主電動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)電源，提升機(jī)改由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行平穩(wěn)的低速爬行。提升容器到達(dá)終點(diǎn)，進(jìn)行卸載時(shí)，控制電路使電磁閥斷電，步進(jìn)電機(jī)與主機(jī)脫離，完成一次爬行過(guò)程，接下來(lái)進(jìn)行下一周期的工作。通過(guò)改進(jìn)，大大提高卸載時(shí)事故的發(fā)生率，提高煤礦生產(chǎn)的安全，并且為煤礦后來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)建立基礎(chǔ)。
3、汽車(chē)測(cè)試中的應(yīng)用
許多汽車(chē)制動(dòng)元件的檢測(cè)，例如液壓制動(dòng)系中制動(dòng)主缸助力器總成的檢測(cè)，氣壓制動(dòng)系中氣制動(dòng)閥的檢測(cè)，在測(cè)試系統(tǒng)中需要用到電機(jī)推動(dòng)滾珠絲杠來(lái)模擬在實(shí)際汽車(chē)制動(dòng)時(shí)踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程，滾珠絲杠推動(dòng)主缸或者制動(dòng)閥使其達(dá)到汽車(chē)制動(dòng)時(shí)所需要的各種工作狀態(tài)，以便來(lái)測(cè)試各種性能。
而步進(jìn)電機(jī)由于角位移與輸入脈沖嚴(yán)格成正比關(guān)系，在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有累計(jì)誤差，跟隨性良好，因此選擇步進(jìn)電機(jī)是汽車(chē)制動(dòng)元件測(cè)試系統(tǒng)中性能較好的執(zhí)行元件。系統(tǒng)硬件組成有位移傳感器，力傳感器，步進(jìn)電機(jī)；控制核心采用工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡。
步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠組成加力裝置，力傳感器安裝在絲杠頂桿前端，用于測(cè)量步進(jìn)電機(jī)輸出力矩“被測(cè)試件輸入力”的大小，數(shù)據(jù)經(jīng)由A／D轉(zhuǎn)換送工控機(jī)處理，工控機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、前進(jìn)、后退、停止，并按測(cè)試程序控制前進(jìn)和后退的速度，同時(shí)由位移傳感器測(cè)量出步進(jìn)電機(jī)的位移量，并將力和位移的相應(yīng)數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器表示出來(lái)，根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷氣制動(dòng)閥的合格與否。
一般采用軟件延時(shí)的方法來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度、步數(shù)及方向進(jìn)行控制，根據(jù)計(jì)算機(jī)所發(fā)出脈沖的頻率和數(shù)量所需的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)子程序，該子程序包含一定的指令，設(shè)計(jì)者通常要對(duì)這些指令的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算或者精確的測(cè)試，以便確定延時(shí)時(shí)間是否符合要求，每當(dāng)子程序結(jié)束后，可以執(zhí)行下面的操作。
采用軟件延時(shí)方式時(shí)，CPU一直被占用，CPU利用率低，這在許多場(chǎng)合是非常不利的。因此需要重新設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制程序，采用PCL-812PG數(shù)據(jù)采集卡，利用812PG卡中自帶可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器8254及其他邏輯電路器件設(shè)計(jì)一種步進(jìn)電機(jī)控制方式，僅需要幾條簡(jiǎn)單的指令就可以產(chǎn)生具有一定頻率和數(shù)目的脈沖信號(hào)。
可編程的硬件定時(shí)器直接對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖或某一固定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值則由編程決定當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)定的脈沖數(shù)時(shí)，給出定時(shí)時(shí)間到的信號(hào)，得到所需的延時(shí)時(shí)間或定時(shí)間隔，由于計(jì)數(shù)的初始值由編程決定，因而在不改動(dòng)硬件的情況下，只通過(guò)程序的變化即可滿足不同的定時(shí)和計(jì)數(shù)要求，因此使用很方便。
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