[發(fā)明專利]帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310394745.6
• 申請(qǐng)日: 2013-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN104426442A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃土新;李連城;林慶龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昂納信息技術(shù)(深圳)有限公司
• 主分類號(hào): H02P8/14
• 分類號(hào): H02P8/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

步進(jìn)電機(jī)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。

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)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(即步進(jìn)角)。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

在步進(jìn)電機(jī)通過脈沖來控制電機(jī)微量轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中存在一定的缺陷。如圖1所示，步進(jìn)電機(jī)的速度n與轉(zhuǎn)矩M之間的關(guān)系，由圖1可以看出，速度n-轉(zhuǎn)矩M曲線是用斜率來表達(dá)的，速度n隨著轉(zhuǎn)矩M的增大而線性降低。電機(jī)帶載體的制動(dòng)過程中，在載體質(zhì)量超過荷重范圍的時(shí)候，需要克服的力矩M較大，起動(dòng)速度n會(huì)非常低；同時(shí)由于不同型號(hào)的電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不同，因此對(duì)于有啟動(dòng)速度要求的載體制動(dòng)有很大限制。

舉例說明，在一應(yīng)用中，選擇兩相步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)載體實(shí)現(xiàn)精度非常高的位移調(diào)節(jié)，如圖2所示。假設(shè)此兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最高啟動(dòng)頻率為F_0max，載體質(zhì)量G，所需轉(zhuǎn)矩M₁，載體的最大位移量X，時(shí)間限制為T(已知步進(jìn)電機(jī)的絲桿間距E，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈為B步)。

按照?qǐng)D1所示，轉(zhuǎn)矩M₁決定電機(jī)的最大啟動(dòng)頻率F_0max，最大位移量X，電機(jī)最多需要走的步數(shù)D₀＝X/E*B，實(shí)際所用時(shí)間T₀＝D₀/(1/F_0max)，由于啟動(dòng)頻率F_0max與轉(zhuǎn)矩M₁之間呈線性反比關(guān)系，因此所用時(shí)間T₀＝D₀/(1/F_0max)。當(dāng)通過以上公式計(jì)算的實(shí)際所用時(shí)間T₀超過時(shí)間限制T時(shí)，需要采用新的速度調(diào)節(jié)方法。

發(fā)明內(nèi)容

為解決速度限制的要求，本發(fā)明提供一種帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)方法。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)方法，使用變頻調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)電機(jī)載體的質(zhì)量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)的信號(hào)頻率、載體位移速度之間的關(guān)系，其特征在于：首先計(jì)算步進(jìn)電機(jī)需要步進(jìn)的步數(shù)Dn，在步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)D1步的范圍內(nèi)，按頻率F1提供步進(jìn)電機(jī)脈沖對(duì)載體進(jìn)行制動(dòng)；繼而，步進(jìn)電機(jī)持續(xù)步進(jìn)D2步范圍內(nèi)，按頻率F2提供步進(jìn)電機(jī)脈沖對(duì)載體進(jìn)行制動(dòng)；以此類推，在步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)Dm步范圍內(nèi)，按最大頻率Fmax提供步進(jìn)脈沖對(duì)載體進(jìn)行制動(dòng)。因此步進(jìn)電機(jī)實(shí)際所需時(shí)間T₂’＝(D₁/F₁+D₂/F₂+D₃/F₃+…+D_m-1/F_m-1)*2+D_m/F_m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)：首先，使用變頻調(diào)節(jié)，使步進(jìn)電機(jī)加速，滿足了時(shí)間限制的要求；其次，上述步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)及起跑頻率可靈活調(diào)整。

附圖說明

圖1為步進(jìn)電機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩曲線圖。

圖2為兩相步進(jìn)電機(jī)電路結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為步進(jìn)電機(jī)的加速曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)方法做更進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明使用變頻的調(diào)節(jié)法，調(diào)節(jié)電機(jī)載體的質(zhì)量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)的信號(hào)頻率F、載體位移速度之間的關(guān)系，從而提高電機(jī)在帶載體情況下的載體位移速度。

以上述背景技術(shù)中的兩相步進(jìn)電機(jī)為例，如下具體說明變頻調(diào)節(jié)的操作方法。在調(diào)節(jié)過程中，根據(jù)實(shí)際所用時(shí)間選擇使用變頻調(diào)節(jié)使步進(jìn)電機(jī)加速，其中F_max設(shè)定為步進(jìn)電機(jī)本身的最大啟動(dòng)頻率。

使用反饋系統(tǒng)計(jì)算出載體需要步進(jìn)的大致位移量X’，從而計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)需要步進(jìn)的步數(shù)D’。如果步進(jìn)電機(jī)需要步進(jìn)的大致位移量X’大于載體的最大位移量X，執(zhí)行變頻調(diào)節(jié)的方法；如果步進(jìn)電機(jī)需要步進(jìn)的大致位移量X’小于載體的最大位移量X，可按其中一固定頻率啟動(dòng)。