步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)，它是一種感應(yīng)電機(jī)，涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，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)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
什么是步進(jìn)電機(jī)
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)。其將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。
步進(jìn)電機(jī)工作原理
步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)三部分組成，步進(jìn)電機(jī)控制器是指揮中心，它發(fā)出信號脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器把接收到信號脈沖脈沖轉(zhuǎn)化為電脈沖,驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，控制器每發(fā)出一個(gè)信號脈沖，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。控制器可以通過控制脈沖數(shù)量來控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而準(zhǔn)確定位。通過控制脈沖頻率精確控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。
每輸入一個(gè)電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。
我們一般用的步進(jìn)電機(jī)是這樣的：
結(jié)構(gòu)圖一般是這樣的：
那么這個(gè)AC，BD代表什么呢？步進(jìn)電機(jī)又為什么具有以上的那些特點(diǎn)呢？這就要從步進(jìn)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)說起。先上一個(gè)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖：
先從這個(gè)簡單的圖分析原理，圖中有兩組繞組A A-，B B-，可以看出他們分別形成的磁場是相反的，位置也是相對的。這2組繞組對應(yīng)真實(shí)圖中的AC和BD。
定子為鐵芯，A A-，B B-繞在鐵芯上，通電之后產(chǎn)生磁場變成電磁鐵，轉(zhuǎn)子為永磁體，磁場將對轉(zhuǎn)自產(chǎn)生吸引或者排斥。
左上圖A A-吸引轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子豎直（此時(shí)只有A A-通電）當(dāng)B B-也通電后，B B-也產(chǎn)生磁場，此時(shí)轉(zhuǎn)自將像A B中間區(qū)域偏轉(zhuǎn)，具體偏轉(zhuǎn)角度跟A B上電流大小比例有關(guān)。
左下圖此時(shí)A A-斷電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)子被吸引到水平位置。
右下圖此時(shí)A A-反向通電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)自順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重復(fù)以上過程，則轉(zhuǎn)子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并控制通電的時(shí)機(jī)以及順序，便可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。
定子鐵心：定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。
定子繞組：定子每極上套有一個(gè)集中繞組，相對兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進(jìn)電動機(jī)可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。
轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。定轉(zhuǎn)子齒形相同。
原理
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)切換一次定子繞組的激磁電流時(shí)，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度即步距角。步距角一般由切換的相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩得到，所以需要每相極數(shù)是偶數(shù)。步進(jìn)電機(jī)通常都為兩相以上的，當(dāng)然也有一些特殊的只有一個(gè)線圈的單相步進(jìn)電機(jī)。雖說單相，實(shí)為一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通方向交互反轉(zhuǎn)而驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)有單相、兩相、三相、四相、五相。
現(xiàn)在使用的步進(jìn)電機(jī)大部分用永磁轉(zhuǎn)子。普遍使用永久磁鐵的原因是效率高，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。以下以介紹永磁轉(zhuǎn)子為主。
決定步距角的因素
步進(jìn)電機(jī)分辨率（一圈的步數(shù)，360°除以步距角）越高，位置精度越高。為了得到高分辨率，設(shè)計(jì)的極數(shù)要多。PM型轉(zhuǎn)子為N與S極在轉(zhuǎn)子的鐵心外表面上交互等節(jié)距放置，轉(zhuǎn)子極數(shù)為N極與S極數(shù)之和，為簡化講解，假設(shè)極對數(shù)為1。此處確定轉(zhuǎn)子為永久磁鐵的步進(jìn)電機(jī)的步距角θs由下式表示，其中Nr為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，P為定子相數(shù)，θs=180°/PNr上式的物理含義如下：
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的機(jī)械角度為360。,如用極數(shù)2Nr去除，相當(dāng)于一個(gè)極所占的機(jī)械角度即180°/Nr。這就是說，一個(gè)極的機(jī)械角度用定子相數(shù)去分割就得到步距角，此概念如下圖所示。
由式θs=180°/PNr可知，步距角越小，分辨率越高，因此要提高步進(jìn)電機(jī)的分辨率，就要增加轉(zhuǎn)子極對數(shù)或采用定子相數(shù)P較多的多相式方法。而Nr的增加受到機(jī)械加工的限制，所以要制造高分辨率的步進(jìn)電機(jī)需要兩種方法并用才行。 公式如下：
驅(qū)動器原理
步進(jìn)電機(jī)需要使用專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動，驅(qū)動器由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護(hù)單元等組成。功率驅(qū)動單元將脈沖發(fā)生控制單元生成的脈沖放大，與步進(jìn)電機(jī)直接耦合，屬于步進(jìn)電機(jī)與微控制器的功率接口。
控制指令單元，接收脈沖與方向信號，對應(yīng)的脈沖發(fā)生控制單元對應(yīng)生成一組相應(yīng)相數(shù)的脈沖，經(jīng)過功率驅(qū)動單元后送到步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)在對應(yīng)方向上轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。 驅(qū)動器的脈沖給定方式?jīng)Q定了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式，如下：
（1）m相單m拍運(yùn)行
（2）m相雙m拍運(yùn)行
（3）m相單、雙m拍運(yùn)行
（4）細(xì)分驅(qū)動，需要驅(qū)動器給出不同幅值的驅(qū)動信號
步進(jìn)電機(jī)有一些重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，如最大靜轉(zhuǎn)矩、起動頻率、運(yùn)行頻率等。一般來說步距角越小，電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩越大，則起動頻率和運(yùn)行頻率越高，所以運(yùn)行方式中強(qiáng)調(diào)了細(xì)分驅(qū)動技術(shù)，該方式提高了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動力矩和分辨率，完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。所以細(xì)分驅(qū)動器驅(qū)動性能優(yōu)與其他類型驅(qū)動器。
步進(jìn)電機(jī)的種類
目前常用的有三種步進(jìn)電機(jī)：
(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角小；但動態(tài)性能差。
(2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)。永磁式步進(jìn)電機(jī)出力大，動態(tài)性能好；但步距角大。
(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)。
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR），是一種傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)，由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡單，轉(zhuǎn)子上均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。
永磁步進(jìn)電機(jī)
永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM），是由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的一種設(shè)備。
永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度，對7.5度步矩而言，典型的極數(shù)為24。電機(jī)里有轉(zhuǎn)子和定子兩部分：可以是定子是線圈，轉(zhuǎn)子是永磁鐵；也可以是定子是永磁鐵，轉(zhuǎn)子是線圈。
在這種電機(jī)里，定子齒或爪極由在定子線圈里流過的電流產(chǎn)生不同極性的磁場。若兩個(gè)定子段里的轉(zhuǎn)子磁化狀態(tài)是對齊的，則兩段里的定子齒將錯(cuò)開l／4齒距。觀看A段里轉(zhuǎn)子磁極和定子齒的位置關(guān)系。因?yàn)锽段里的定子齒相對A段里的齒錯(cuò)開l／4齒距，故轉(zhuǎn)子將在同一方向進(jìn)一步受到驅(qū)動。
比如當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組會產(chǎn)生一矢量磁場。磁場就會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。
轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。若改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。因此可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。
當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。
混合式步進(jìn)電機(jī)
混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，混合式步進(jìn)電機(jī)隨著相數(shù)（通電繞組數(shù)）的增加，步進(jìn)角減小，精度提高，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。
性能：
a. 控制精度：步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高。
b. 低頻特性：步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，當(dāng)它工作在低速時(shí)一般采用阻尼技術(shù)或細(xì)分技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象。
c. 矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，高速時(shí)會急劇下降。
d. 過載能力：步進(jìn)電機(jī)不具備過載能力。
e. 運(yùn)行性能：步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。
f. 速度響應(yīng)性能：步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒。
步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別
上面介紹那么多關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的知識，大家是不是感覺跟我們前幾期介紹過的伺服電機(jī)功能上是否很相似呢，這里小編為您答疑解惑。
步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。
為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在位置控制方式上十分相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。
步進(jìn)電機(jī)的一些應(yīng)用
1、包裝機(jī)械中的應(yīng)用
步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。
齒輪泵計(jì)量是靠一對齒輪嚙合轉(zhuǎn)動計(jì)量的，物料通過齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動力來自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)量精度。
步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會顯著下降。對于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來說，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們在粘稠體包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果噪聲難以避免，可靠性下降。
后來采用直齒輪升速的辦法，降低了步進(jìn)電機(jī)的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計(jì)量度得到了保證。
在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給，無論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來可靠完成。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。
在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長控制模式和色標(biāo)控制模式 。袋長控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。
步進(jìn)電機(jī)工作原理
色標(biāo)模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開關(guān)信號，步進(jìn)電機(jī)接到信號后，停止轉(zhuǎn)動，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長供膜。
橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時(shí)間的要求。為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過步進(jìn)電機(jī)對橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步。
2、礦井提升中的應(yīng)用
由于步進(jìn)電機(jī)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下。電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號。
電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。作為一種把數(shù)字電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的機(jī)電元件。
步進(jìn)電機(jī)具有控制簡單，功率大，維護(hù)容易，定位精度高，可靠性好，體積小，驕動系統(tǒng)多達(dá)32種選擇。并且價(jià)格低，無累積位置誤差，可自鎖，控制成本低等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，再加上利用現(xiàn)在比較成熟的微機(jī)技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用控制?？梢暂p松實(shí)現(xiàn)自動控制，以上特點(diǎn)完全符合微拖的要求。并且可以實(shí)現(xiàn)礦井提升系統(tǒng)的自動控制，實(shí)現(xiàn)無人值守提升系統(tǒng)。
步進(jìn)電機(jī)工作原理
礦井提升中步進(jìn)電機(jī)的控制過程是這樣的，首先提升機(jī)減速接近爬行階段，速度降至3m／s左右時(shí)。由自動控制系統(tǒng)自動接通電磁閥。電磁閥桿在電磁力的作用下克服閥桿下端彈簧的彈力下移，使壓縮空氣由A腔進(jìn)入B腔，通過減速器的空心軸進(jìn)入氣囊離合器。使微拖裝置與主機(jī)連接起來。
當(dāng)速度繼續(xù)降至爬行速度時(shí)。通過控制電路切斷主電動機(jī)動力制動電源，提升機(jī)改由步進(jìn)電機(jī)拖動進(jìn)行平穩(wěn)的低速爬行。提升容器到達(dá)終點(diǎn)，進(jìn)行卸載時(shí)，控制電路使電磁閥斷電，步進(jìn)電機(jī)與主機(jī)脫離，完成一次爬行過程，接下來進(jìn)行下一周期的工作。通過改進(jìn)，大大提高卸載時(shí)事故的發(fā)生率，提高煤礦生產(chǎn)的安全，并且為煤礦后來進(jìn)行自動化生產(chǎn)建立基礎(chǔ)。
3、汽車測試中的應(yīng)用
許多汽車制動元件的檢測，例如液壓制動系中制動主缸助力器總成的檢測，氣壓制動系中氣制動閥的檢測，在測試系統(tǒng)中需要用到電機(jī)推動滾珠絲杠來模擬在實(shí)際汽車制動時(shí)踩下制動踏板進(jìn)行制動的過程，滾珠絲杠推動主缸或者制動閥使其達(dá)到汽車制動時(shí)所需要的各種工作狀態(tài)，以便來測試各種性能。
而步進(jìn)電機(jī)由于角位移與輸入脈沖嚴(yán)格成正比關(guān)系，在其運(yùn)動過程中沒有累計(jì)誤差，跟隨性良好，因此選擇步進(jìn)電機(jī)是汽車制動元件測試系統(tǒng)中性能較好的執(zhí)行元件。系統(tǒng)硬件組成有位移傳感器，力傳感器，步進(jìn)電機(jī)；控制核心采用工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡。
步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動滾珠絲杠組成加力裝置，力傳感器安裝在絲杠頂桿前端，用于測量步進(jìn)電機(jī)輸出力矩“被測試件輸入力”的大小，數(shù)據(jù)經(jīng)由A／D轉(zhuǎn)換送工控機(jī)處理，工控機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的啟動、前進(jìn)、后退、停止，并按測試程序控制前進(jìn)和后退的速度，同時(shí)由位移傳感器測量出步進(jìn)電機(jī)的位移量，并將力和位移的相應(yīng)數(shù)據(jù)通過顯示器表示出來，根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來判斷氣制動閥的合格與否。
一般采用軟件延時(shí)的方法來對步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度、步數(shù)及方向進(jìn)行控制，根據(jù)計(jì)算機(jī)所發(fā)出脈沖的頻率和數(shù)量所需的時(shí)間來設(shè)計(jì)一個(gè)子程序，該子程序包含一定的指令，設(shè)計(jì)者通常要對這些指令的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算或者精確的測試，以便確定延時(shí)時(shí)間是否符合要求，每當(dāng)子程序結(jié)束后，可以執(zhí)行下面的操作。
采用軟件延時(shí)方式時(shí)，CPU一直被占用，CPU利用率低，這在許多場合是非常不利的。因此需要重新設(shè)計(jì)對步進(jìn)電機(jī)的控制程序，采用PCL-812PG數(shù)據(jù)采集卡，利用812PG卡中自帶可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器8254及其他邏輯電路器件設(shè)計(jì)一種步進(jìn)電機(jī)控制方式，僅需要幾條簡單的指令就可以產(chǎn)生具有一定頻率和數(shù)目的脈沖信號。
可編程的硬件定時(shí)器直接對系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖或某一固定頻率的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值則由編程決定當(dāng)計(jì)數(shù)到預(yù)定的脈沖數(shù)時(shí)，給出定時(shí)時(shí)間到的信號，得到所需的延時(shí)時(shí)間或定時(shí)間隔，由于計(jì)數(shù)的初始值由編程決定，因而在不改動硬件的情況下，只通過程序的變化即可滿足不同的定時(shí)和計(jì)數(shù)要求，因此使用很方便。
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