步进电动机加速过程的优化设计天津轻工业学院袁国干石东徐洪福摘要步进电动机广泛应用于各种自动控需要克服工作台与导轨间的磨擦力和切削抗力制系统中。本文分析了步进电动机的速度特性,等负载转矩,因而需要输出较大的转矩;高速特别是设计出加速性能良好的脉冲频率特性,运行时,只移动刀架或工作台而不进行切削,输并建立了它的数学模型,对其有关参数进行了出转矩较小。计算和分析。2.数学模型和加速性能分析关键词步进电动机数学模型频率步进电动机的实时控制运用了MCS51单特性片机,脉冲频率的产生采用了定时器CT1,定AbstractStepmotornowhasbeen时器选定工作方式1,即组成16位定时器,当widelyusedinautomaticcontrolsystems.In定时器溢出时产生内部中断信号,从而定时输thearticleweanalysedvelocitycharacterof出脉冲。stepmotor.wedesignedasortofpulsewhich在产生步进电动机脉冲频率特性的程序hasagoodaccelerationpropertyanditsmath-中,电机的加速和减速是通过不断修改定时器ematicalmodelingwassetup.Relevantparam-初值来实现的。在电机加速阶段,从起动瞬间eterwasalsocaculatedandanalysed.开始,每产生一个脉冲,定时器初值增加某一KeywordsStepmotorMathematical定值,则相应的脉冲周期减小,即脉冲频率增modelingFrequencecharacter加;若定时器初值逐步减小,则相应的脉冲周期增加,即脉冲频率减小,对应电机减速阶段。1.步进电动机的速度特性按照选用电机的起动频率确定为fs=步进电动机拖动负载高速移动一定距离并200Hz,相应的定时器初值为Ds=F708H;电机精确定位,一般来说,都应包括“起动—加速加速阶段结束瞬间最高的脉冲频率确定为fn—高速运行(匀速)—减速—停止”这样五个=2kHz,相应的定时器初值为Dh=FF00H阶段。我们在“微机控制自动玻璃刻花机”的假设从起动瞬间开始计算脉冲数,加速阶研制中,采用了4台步进电动机,作为位置伺段中脉冲数为变量n,并设起动瞬间为计时起服系统。机器在微机控制下,自动在玻璃或陶点,加速阶段中的时间为变量t,加速阶段中的瓷上刻出各种花纹和图案。它具有4个自由度,脉冲频率为变量f,起动瞬间定时器初值为Ds,待加工的工件靠真空的吸力,固定在平台上,工定时器初值的增量为,单片机的机器周期为件可以沿X、Y方向移动。刀具(即砂轮)除切Tm。从加速阶段的物理过程可知,第1个脉冲削转动外,还可绕Z轴独立的旋转,并可沿Z周期即起动时的脉冲周期轴上、下移动,从而可以调整刻花深度,为保Ts=(10000H-Ds)×Tm×2证4个自由度的精确定位和工件的加工精度,由于定时器初值修改,第2个脉冲周期分别由4台步进电动机拖动。T2=Ts-×Tm×2刻花机的负载特点是:低速运行时,砂轮那么第n个脉冲的频率则为磨削工件,工件台进行切削进给,步进电动机1=(10000H-Ds)×Tm×2f收稿日期:19960320-×Tm×2(n-1)《机械与电子》1996(6)25=Ts-×Tm×2(n-1)(1)次函数减小。这种减速性能对机器的运行十分上式表示了脉冲数n与脉冲频率f的关有益,它使步进电动机在减速时能够平稳地停系。下面分析脉冲数n与时间t的关系。止,减少冲击,提高了机器的定位精度。t=0,对应第1个脉冲周期的时间t1=Ts,3.加速阶段脉冲数N和加速时间T的计由于定时器初值修改,对应第2个脉冲周期的算时间在加速阶段,起动时定时器初值为Ds,加t2=Ts+(Ts-×Tm×2)速结束的瞬间定时器初值为Dh,定时器从第2那么第n个脉冲对应的时间则为个脉冲开始修改初值,则s×m×Dh-Dst=[(10000H-D)T2]nN=+1(9)-×Tm×2(n-1)将n=N代入(4)式,则可计算出加速时=Tsn-×Tm×2(n-1)(2)间令=×Tm×2即加速阶段相邻两脉冲T=TsN-(N-1)(10)周期的增量。则可将上述方程简化为:从(9)、(10)式可以看出,当起动频率和1=Ts-(n-1)(3)f高速运行频率一定时,适当增加定时器增量,t=Tsn-(n-1)(4)则两相邻脉冲周期的增量相应增加,从而使1加速阶段脉冲数减少,加速时间缩短。f=(5)A-Kt4.自动刻花机电气控制系统、为常数其值与定时器初值定时器AK,,