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、脈沖信號的產(chǎn)生 脈沖信號一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生,一般脈沖信號的占空比為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。因而不同的場合采取不同的的驅(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: 說明: CP 接CPU脈沖信號(負(fù)信號,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)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),細(xì)分驅(qū)動(dòng)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(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)⑿D(zhuǎn)磁場進(jìn)行數(shù)字化處理。是將磁場進(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:4566Hz 輸入電流小于2.5安培輸出電壓3325VAC輸出電流0.66A2.5A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-4070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55,驅(qū)動(dòng)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(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)控制信號接口 1、控制信號定義 PULSE: 脈沖信號輸入端,每一個(gè)脈沖的上升沿使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 DIR: 方向信號輸入端,如“DIR”為低電平,電機(jī)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn); “DIR”為高電平電機(jī)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 CW: 正轉(zhuǎn)信號,每個(gè)脈沖使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 CCW: 反轉(zhuǎn)信號,每個(gè)脈沖使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 RESET: 復(fù)位信號,如復(fù)位信號為低電平時(shí),輸入脈沖信號起作用,如果復(fù)位信號為 高電平時(shí)就禁止任何有效的脈沖,輸入信號無效,電機(jī)無保持扭矩。 READDY: 輸入報(bào)警信號:READY是繼電器開關(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。繼電器允許最高輸入電壓和電流是: 35VDC,10mAI200mA,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(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、方向信號時(shí)序圖: 圖2:脈沖和方向信號時(shí)序圖 2、控制信號連接 上位機(jī)的控制信號可以高電平有效,也可以低電平有效。當(dāng)高有效時(shí),把所有控制信號的負(fù)端連在一起作為信號地,低有效時(shí),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(guān)(見圖1),兩種狀態(tài)對應(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 DIR+接反轉(zhuǎn)信號 PULSE-與DIR-短接為信號地 PULSE-接正轉(zhuǎn)信號 DIR-接反轉(zhuǎn)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2.5s 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)器面板上的開關(guān)實(shí)現(xiàn),開關(guān)位置見圖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)撥段開關(guān)來設(shè)置驅(qū)動(dòng)器的輸出電流(有效值),各開關(guān)位置對應(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。用戶可以通過驅(qū)動(dòng)器正面板上的兩個(gè)撥碼開關(guān)STEP1、STEP2設(shè)置電機(jī)的步數(shù)(如表3): STEP1狀態(tài)OFFONOFFONSTEP2狀態(tài)OFFOFFONON步數(shù)/轉(zhuǎn)5001000500010000 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%,用來防止電機(jī)發(fā)熱。當(dāng)撥碼開關(guān)CURR.RED設(shè)置為“OFF”時(shí),有半流功能;當(dāng)設(shè)置成“ON”時(shí),無半流功能。 4、PULE.SYS:控制方式選擇 撥碼開關(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3325VAC,電機(jī)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(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)方向可以通過互換電機(jī)的兩相接線來實(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),且無保持扭矩電機(jī)連線不對改正電機(jī)連線RESET輸入信號起作用使RESET輸入不起作用電機(jī)不轉(zhuǎn),但有保持扭矩?zé)o脈沖信號輸入調(diào)整脈沖寬度及信號的電平電機(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輸入不對改變方向設(shè)定電機(jī)扭矩太小相電流設(shè)置過小正確設(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
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步進(jìn)
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