帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機的速度調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機的速度調(diào)節(jié)方法，使用變頻調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)電機載體的質(zhì)量與驅(qū)動電機啟動的信號頻率、載體位移速度之間的關(guān)系，其特征在于：首先計算步進(jìn)電機需要步進(jìn)的步數(shù)Dn，在步進(jìn)電機步進(jìn)D1步的范圍內(nèi)，按頻率F1提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；繼而，步進(jìn)電機持續(xù)步進(jìn)D2步范圍內(nèi)，按頻率F2提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；以此類推，在步進(jìn)電機步進(jìn)Dm步范圍內(nèi)，按最大頻率Fmax提供步進(jìn)脈沖對載體進(jìn)行制動；解決了實際所用時間T0超過時間限制T時的速度限制的要求。
【專利說明】帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機的速度調(diào)節(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于步進(jìn)電機的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機的速度調(diào)節(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]步進(jìn)電機是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
[0003]步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(即步進(jìn)角)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
[0004]在步進(jìn)電機通過脈沖來控制電機微量轉(zhuǎn)動的過程中存在一定的缺陷。如圖1所示，步進(jìn)電機的速度η與轉(zhuǎn)矩M之間的關(guān)系，由圖1可以看出，速度η-轉(zhuǎn)矩M曲線是用斜率來表達(dá)的，速度η隨著轉(zhuǎn)矩M的增大而線性降低。電機帶載體的制動過程中，在載體質(zhì)量超過荷重范圍的時候，需要克服的力矩M較大，起動速度η會非常低；同時由于不同型號的電機的最高轉(zhuǎn)速不同，因此對于有啟動速度要求的載體制動有很大限制。
[0005]舉例說明，在一應(yīng)用中，選擇兩相步進(jìn)電機帶動載體實現(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)電機驅(qū)動信號的最高啟動頻率為Ftlmax，載體質(zhì)量G，所需轉(zhuǎn)矩M1，載體的最大位移量X，時間限制為T(已知步進(jìn)電機的絲桿間距Ε，電機運轉(zhuǎn)一圈為B步)。
[0006]按照圖1所示，轉(zhuǎn)矩M1決定電機的最大啟動頻率Ftlmax，最大位移量X，電機最多需要走的步數(shù)Dtl = Χ/Ε*Β，實際所用時間Ttl = D0/ (1/F0max)，由于啟動頻率Ftlmax與轉(zhuǎn)矩M1之間呈線性反比關(guān)系，因此所用時間Ttl = D0/(l/F0fflJ。當(dāng)通過以上公式計算的實際所用時間Ttl超過時間限制T時，需要采用新的速度調(diào)節(jié)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]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)電機的速度調(diào)節(jié)方法。
[0008]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)電機載體的質(zhì)量與驅(qū)動電機啟動的信號頻率、載體位移速度之間的關(guān)系，其特征在于:首先計算步進(jìn)電機需要步進(jìn)的步數(shù)Dn，在步進(jìn)電機步進(jìn)Dl步的范圍內(nèi)，按頻率Fl提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；繼而，步進(jìn)電機持續(xù)步進(jìn)D2步范圍內(nèi)，按頻率F2提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；以此類推，在步進(jìn)電機步進(jìn)Dm步范圍內(nèi)，按最大頻率Fmax提供步進(jìn)脈沖對載體進(jìn)行制動。因此步進(jìn)電機實際所需時間T2’ = (D1/Fi+D2/F2+D3/F3+...+D^i/F,,,^) *2+Dm/Fm。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)點:首先，使用變頻調(diào)節(jié)，使步進(jìn)電機加速，滿足了時間限制的要求；其次，上述步進(jìn)電機的步數(shù)及起跑頻率可靈活調(diào)整。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為步進(jìn)電機的速度-轉(zhuǎn)矩曲線圖。
[0011]圖2為兩相步進(jìn)電機電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖3為步進(jìn)電機的加速曲線示意圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機的速度調(diào)節(jié)方法做更進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014]本發(fā)明使用變頻的調(diào)節(jié)法，調(diào)節(jié)電機載體的質(zhì)量與驅(qū)動電機啟動的信號頻率F、載體位移速度之間的關(guān)系，從而提高電機在帶載體情況下的載體位移速度。
[0015]以上述【背景技術(shù)】中的兩相步進(jìn)電機為例，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)實際所用時間選擇使用變頻調(diào)節(jié)使步進(jìn)電機加速，其中Fmax設(shè)定為步進(jìn)電機本身的最大啟動頻率。
[0016]使用反饋系統(tǒng)計算出載體需要步進(jìn)的大致位移量V，從而計算出步進(jìn)電機需要步進(jìn)的步數(shù)D’。如果步進(jìn)電機需要步進(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。
[0017]請同時參照圖3，假設(shè)步進(jìn)電機需要步進(jìn)的大致位移量X/小于載體的最大位移量X，按照固定頻率啟動，首先計算步進(jìn)電機需要步進(jìn)的步數(shù)D/，可設(shè)置最初啟動頻率F/ < Fmax前提下靈活選取,例如可選擇F/ = 200Hz,此時實際所需時間T/ = D1AV,以保證滿足時間限制T的要求。
[0018]如果步進(jìn)電機需要步進(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:首先計算步進(jìn)電機需要步進(jìn)的步數(shù)Dn，此時把步進(jìn)電機的步數(shù)分段成如圖3所示。且按圖3的加速曲線啟動:在步進(jìn)電機步進(jìn)D1步的范圍內(nèi)，按頻率F1提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；繼而，步進(jìn)電機持續(xù)步進(jìn)D2步范圍內(nèi)，按頻率F2提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；以此類推，在步進(jìn)電機步進(jìn)Dm步范圍內(nèi)，按最大頻率Fmax提供步進(jìn)脈沖對載體進(jìn)行制動。因此計算步進(jìn)電機實際所需時間T2’ = (D1AWWF3+...+DmVFnri)*2+Dm/Fm,以保證滿足時間限制T的要求。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)點:首先，使用變頻調(diào)節(jié)，使步進(jìn)電機加速，滿足了時間限制的要求；其次，上述步進(jìn)電機的步數(shù)及起跑頻率可靈活調(diào)整。
[0020]以上所述，僅為本發(fā)明最佳實施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.帶負(fù)載狀態(tài)下的步進(jìn)電機的速度調(diào)節(jié)方法，使用變頻調(diào)節(jié)的方法調(diào)節(jié)電機載體的質(zhì)量與驅(qū)動電機啟動的信號頻率、載體位移速度之間的關(guān)系，其特征在于:首先計算步進(jìn)電機需要步進(jìn)的步數(shù)Dn,在步進(jìn)電機步進(jìn)D1步的范圍內(nèi)，按頻率F1提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；繼而，步進(jìn)電機持續(xù)步進(jìn)D2步范圍內(nèi)，按頻率F2提供步進(jìn)電機脈沖對載體進(jìn)行制動；以此類推，在步進(jìn)電機步進(jìn)Dm步范圍內(nèi)，按最大頻率Fmax提供步進(jìn)脈沖對載體進(jìn)行制動。
【文檔編號】H02P8/14GK104426442SQ201310394745
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】黃土新, 李連城, 林慶龍 申請人:昂納信息技術(shù)（深圳）有限公司