步进电机定义
步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的执行器件。我们以两相式混合步进电机为例加以说明。
一、运行原理及内部结构
大家都知道磁极之间同性相斥,异性相吸,而步进电机就是利用了这一特性。
在电机内部的定子和转子上,转子的极性不发生改变,但定子的极性会根据输入的电流发生变化,判断极性的方法是安培右手定则。
当通电方向顺序按照AA’——BB’——AA’——BB’四个状态周而复始进行变化,电机可顺时针转动;
当通电时序为AA’——B’B——A’A——BB’时,电机就逆时针转动。而且输入的电脉冲频率越高,电动机转动就越快。
二、驱动电流的产生
现在我们已经知道了步进电机是依靠电流产生的极性工作,那么这样的电流要怎样输入呢?最开始人们是根据使用需求,设计一种专门的硬件电路来控制电机的转动。
但这样做的问题是:当需求发生变化时,就要重新设计电路。这无疑会增加步进电机的使用成本和难度,于是一种专门的驱动器便产生了,也就是我们在实验中使用的步进电机驱动器。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大,使步进电机绕组(定子)按一定顺序通电,控制电机转动。为了方便控制驱动器产生的电脉冲,人们又引入了控制器。它会发出脉冲信号和方向信号到步进电机驱动器中,进而达到控制步进电机的目的。这样,我们就构建出一个步进电机控制系统了。
三、使用采集卡控制步进电机转动
在本次实验中,USB-3123数据采集卡充当控制器的角色。驱动器的型号是TB6600两相步进电机驱动器,它可以实现电机正反转控制,旋转角度控制等功能,还可以进行细分数及电流大小设定。我们来具体介绍一下:
PUL端是步进控制,当它接收到一个脉冲信号,就控制电机旋转一下;DIR端可以控制电机的正反转,高电平正转,低电平反转;EN端是使能端,输入高电平时,电机进入脱机状态,电机不响应脉冲信号,输入低电平时,电机接受脉冲信号开始正常运转。视频中使用共阴极接法连接采集卡与步进电机驱动器。将EN-、DIR-、PUL-接入采集卡的DGND端,将EN+与DO 0端口连接,DIR+连接到DO 1端口,PUL+连接到DO 2端口。
驱动器的A、B端口与电机的A、B相连接,至于如何判断电机的四根接线是否为同一组,我们可以直接查阅产品手册或者将任意两根线短接,然后转动电机的轴,如果转动时感到有明显的阻力,那么这两根线为同一组。判断完成后,将它们连接就可以了。
在电源接口中,VCC连接电源正极,GND连接电源负极。要注意的是驱动器工作在直流电压9-42V之间。实验输入的是12V的直流电压。
然后调节拨码开关的状态,将1、2、3端口分别调节成ON、ON及OFF状态,也就是一倍细分;因为电源开关的额定电流是1.2A,所以将4、5、6拨码开关调节成ON、OFF、ON状态。
关于驱动器的其它内容,大家可以参考其使用手册,这里就不详细说明了。最后将采集卡与电脑连接,这样就完成了接线。
打开Smacq提供的do_waveform_full.vi范例,控制采集卡的DO端口输出数字波形。在范例前面板上,SamplePeriod(ns)控件是控制采集卡的输出周期;DoCycle控件可以控制输出次数;Value数组是控制采集卡产生的波形。
在数字波形图中可以显示每个端口的输出波形,行0表示Do 0端口、行1表示Do 1端口……数字波形图中的每一排表示一个Value的输入数据,保留数组中的两个元素并将其它数据删除,这样每个通道输出的脉冲就很清晰了。现在驱动器的细分数是1,也就是当它接收到200个脉冲时电机的轴就会走一圈,而且PUL端口是与采集卡的Do 2连接的,所以我们调整输入波形为0000,0100,DoCycle为200,周期为3000000(频率是333.3Hz),点击运行,能看到步进电机的轴转了一圈。
减小周期为1000000ns,可以看到电机的转速有明显的提高,当然如果周期太小(1000),就会超过电机的响应频率了。
然后,改变拨码1、2、3的状态为ON、OFF、OFF。这是控制电机为四倍细分,接收到800个脉冲时电机才会旋转一周。所以按照我们刚才的设置,点击运行后,电机会转动四分之一圈。
将拨码调整为原来的状态(ON、ON、OFF)。根据上文介绍,想要使电机反转,就要给DIR端一个高电平,所以输入数据0000,0110。点击运行,可以看到它反方向转动了一圈。
最后验证电机的使能端口,让Do 0输出高电平,即在数组中输入0001、0111,点击运行后看到,电机并不发生旋转。当在数组中输入0000、0110,点击运行,步进电机会转动一周。
以上就是使用Smacq数据采集卡控制步进电机的全部内容。