直线步进电机高速特性研究

直线步进电机高速特性研究 …盛薏一 直线步进电速特性研究 TM. …棱t637000)IV L (四川省羹熊学棱电工麓研室.四川南克Il.’ 关键词:皇生生业主巫l’}塑兰兰堑坚;苎生 中田分类号:TM359.4文献标识号A 直线步进机是一种电脉冲信号直接转换成散步直线运动装置.给它一个电脉冲,它就会在 空阃按照指令给定的步距相应的走一步,并准确地锁定在所希望的位置上.直线步进电机二二 大问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 为研究的核心?1一t一是静态特性;二是低速运行特性;三是高速运行特性.直线步进电 机在某种周定励磁状态下所具有特性称为静态特性.它对于步进电机的运行性能,特别是州于 低建运行有决定性的作用{低速运行特性主要研究豢中在脉冲运行分析和连续脉冲运行静 析两点t,本文不作讨论. 本文的工作丰要研究直线步进电机高速运行特性.分为两个问题t一是直线步进电机的极 限起动速率和极限停止速率同题}二是步进电机的极限连续运行频率的问题,也就是直线步进 电机的极限力速特性. 1极限起动速率和极限停止速率 1.1步进电机的起动过程 极限起动频举是指电机最初在静止状态下,加E一系列连续高频脉冲,电机能够不失步地 响应起动起来的最太速率.极限停止速率是指加给运行电机的电脉冲突然停止,而电机不会超 过目标位置的最大步速.对于任何电机一负载联合体,其极限起动和停止速率之间的差别很小. 它们间的差别主要是由于步进系统中总是存在着一定的牯滞摩攘阻力,因而使得电机的极限 起动速率总是略低于它的极限停止速率.因此,在常频控制系统中,时钟的控制频率只要设嚣 在极限起动频举以F,就能保证步进电机可靠地起动和停止[3=.从这一角度,我们着重分析极 限起动的频率问题. 首先,假定动子址在稳定半衡点,加第一个脉冲时,若不计电路时间常 数的影响,哝!I动子将 承受电磁力.此电磁力克服静摩擦力使动子开始加速运行.随着电脉冲连续不断的加,电磁 推力也要变化…… 电机由静止状卷起动,由于惯性,电机开始来不及移动一个步距.但在加速推力的作用下. 收稿日期:1999-04一O8 作者简介蒲明f【956,.女.四川省蚕丝学校-井师 152西南民族学院?自然科学版第25誊 位移的步伐越来越大,结果有两种可能: (1)电脉冲频率不高的情况动子运行最终每拍都能达到电脉冲所对应力移特性动稳定 的范围内,电机能够起动起来. (2)电脉冲频率太高的情况动子最终不能达到电脉冲对应力移特性动稳定,造成失步 而起动不起来. 上的简单描述 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,步进电机的起动过程与一般的直流电机,异步电机的起动都不同. 它主要靠同步磁力来起动.为此,找们得出以下几点: (1)当脉冲持续时间小到一定程度.动子来不及赶到对应的动稳定区时,电动机就要失 步,因而起动不起来.能启动的最斌脉冲持续时间()决定了电动机的极限起动步速1,即 Vm=1/一(步/s) (2)起动频率首先与步距的大小有关,即与每一J卤距范围内的运行拍数有关.拍数越多, 步距越小,稳定裕度越大,进入动稳定越容易,越高. (3)起劝磁拉力越大,加速度越大.达到稳定吒所需要的时间越小,越高. (4)负载阻力增大时,作用在动子卜的加速度越小,下降. (5)电路时问常数增大时,电流卜升速度慢,大体来讲,相当于平均推力减小,使有 所下降. (6)内部或外部的阻尼增大,相当于负载阻力增大,使l’胛有一定的下降. 1.2撮限启动频率的估算 直线步进电机的极限启动频率通常是比较低的.在电机启动步频比较低,电机每相励磁问 隔的时间比每相电路的时问常数大得多利,电机的起动过程就可近似地用它的力移特性来 分析.举例:分析一台四相具有两相同日励磷 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的直线步进电机.设电机的负载阻力为, 电机的静态峰值电磁推力为F,若电机开始在励磁(记位置为AB)0~ 处在静态状态下,其静态 位置误差为—2由下式给出 =sin一(一r,/v) 第一个步指令把励磁由AB变换成BE”.对应于础的力移特性在目一处的电磁推力大于负载 阻力,因此电机朝0正方向加速.在第一个励磁间隔期间,电机必须移过足够大的距离,并达 到相当高的速度以保证当励磁从BC变到CD时能与步指令保持基本同步.然而,也没有必要 在第一个励磁间隔中要求电机动子移动过完整的一步.因为微小的暂时落后还可以通过后续 的几步加速来弥补.一个相当保守的估算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是要求电机在第一个励磁的间隔中,动子至少应 该位移到力移特性彬和?的交点处,以便当CD励磷时有一个较高的电磁推力使动子继 续加速.在这种情况下,当电机动于从位置移到时,由皿相励磁所产生的l平均电磁推力 为 :一加一Ia = [c【/2一c(一/2j]=__甍[sin一sin] 根据这一半均电磁推力,可以近似的写出机电机动子质量为m叫的 起动运动方程 ‰一, ? 弟2期蒲才明:直线步进电机高速特性研究153 对时同进行两次积分,并利用0时一,d0/dt~0的初始条件,解得 口一(,.%)t2/m+ 在一个励磁周期,之后,要求动子位移到日?处,因而得到 l一(%le)辞/m+以;,=[懈(一)/(一.)] 所以四相步进电机的极限起动步频可以近似等于 ,弗一1/t,{()/[m(一)])” 正向所希望的一样,如果电机有较高的电磁推力或较低的负载阻力F,则可以提高电机极 限起动步频.动子系统质量减小也可以提高电机极限起动步频.这种近似估算极限起动频率的 方法,也适用于任何步长,励磁方案和负载阻力的直线步进电机. 2极限连续运行频率和极限力速特性 直线步进电机是依靠类似于同步电机异步起动牵入同步的磁力来起动的.因此在一定的 动子质量条件下,只有在相对比较低的{I甄率下才可能启动.然而,一旦电机起动以后,控制绕组 的频率可继续提高.电机连续运行的频率总是比起动极限频率要高. 连续运行不失步的最高额 率极限值简称电机的极限连续运行频率.. 电机的极限连续运行频率是由其极限力速特性决定,而电磁推力随步进速度增加而有所 下降.其主要原因是:随着步进速度增加,每相绕组通电励磁的时间将减短,而由于绕组中的电 感和反电势的存在,使得相电流建立起来所需要的日寸间占据该相通电励磁总时间的比例增大. 在电机高速运行时,每相电流甚至在绕组通电结束时,还来不及达到它的额定电流值.因而使 每相电流的有效值下降,致使电机的电磁推力下降. 举例:典型的变磁阻式三相步进电机的力速特性: 设相绕组的电感为:=+血I. 式中为绕组的平均电感,它和相绕组极下的平均气隙磁导相对应;L.为气隙磁导的基波 分量4相对应的电感,它是动子位置的嫡数. 相绕组磁链随时间的变化率为 訾=訾斗曹=iAZASA尝?警+案百”面面’十面 式中,第一相表式由于动子运动时在相绕组中感应的电动势”,则 dt』d,,., =?丽’面=“m嘲L”一0J 显然,它是一个非正弦幽数.电磁功卓必须考虑到许多谐波,但 (fo+llcos(~t_-d—d)]一肼0上础1c镰’”dq)一工哪f1咖(?d—d)+(舢L_f1/2)c镰(2”一 2d—d)一(“,1/2)eosa+山l10cos(一)十(?Il/2)cos(2~--2ad)十(“L11/2)eosa 如果只考虑直流分量和基波分量,由f=式得 r0=兄Vlco~ag—RI1cos(一d—d)?lsin(~一d一)+oJLlos(“一d) 由此可求得电磁推:的表达式为 一 吾[一‰] 励盛方式不同,,和的数值也不同,最大运行角频率可为 tO=R/[-L0(耳}一】)] 式中,Kv=1ot(V1L~/R)一VoR/L~V.如果Kr<1,则在高速时的极限电磁推力为 =(二1IoVi/n)[/(乩0)](K)(/) 3结论 为了使电机能够很快的平稳起动,高逮运行和精确定位,运行速度最好按梯形规悼变化. 初始时,以加速度a加速,使动子达到所要求的最大速度,然后以速度均匀前进,要停止 时,动子要以负的加速度(--a)减速,使动子准确平稳地停在预定位置上. 为了实现这样的速度变化,赊了输人的位移脉冲指令相应的要升频, 稳频和降频外,还要 采用”超高频脉冲”群来进行推力控制. 所谓”超高频脉冲”是一种高于极限连续运行频率的高频脉冲.这种脉冲不会使动子产生 位移,而只会使电机磁场在率间相对于动子拉开一定的相角,从而控制电机产生的推力使电 机能够得到最大的加速度,或理想的减速制动力. 在电机还未起动前,先加入n个超高频脉冲,其频率高于该电机的极限起动频率.在此频 率下电机无法起动-但却使电机的电流相位移前了?ao,(a0o为每一脉冲埘应的相位角).接 着输人能够起动电机的位移脉冲.动子在某一电磁推力作用下,以相应的加速度起动.当动子 达到所要求的最高速度时,减去个超高频脉冲使电机电流的相位与审问动子位移的相位一 致,使电机匀速前进.若要求减速,就再减去个超高频脉冲,使电机电流的相位滞后于动子卒 阃位移相位,电机寓l产生制动力使动子减速,一直到使动子速度为零,位移脉冲结束,动子平稳 而准确地停在指定e自位置. 参考文献 [1]chiHDantiPawlc|;oJP.sp咖时wj【hKne.arm叫 driveUSAPatent,1977.404488l [23丁志R徽特直线电机厦其控制[M].杭州:浙江太学出版 社.1e87212~24B [3]丁志刚.直线步进电动机的原理控制和应用[M]北京:机槭工 业}|{版社1994.】O,3 纂2期蒲才明:直线步进电机高速特性研究J55 AStudyofHighSpeedCharacte:rofStraightLineStepMotor PUCai—miI瞎 (SichuanSilkSchool,Nancaon8,Sichun637000) Abstract:ThehghspeedcharactersofstraightliJ~estepmotorafediscus~d.Itanalyzestheirlimit startrateandlimitSTOprate,emphasizeingtheirlimitco~ltinuousrullningfrequencyandlimitforco— speedchatterer.Besi=ies,calculatein$methodofthe1i?血 startfrequencyisgi神- Keywol~d$:straightlinestepmorot;highspeedcharacter;limitrate