1、步進電機和伺服電機的系統控制 只要有軟件的支持，這里將不再有猜測性的工作。 運動的控制者-軟件：只要有了軟件，它可以幫助我們配置改裝、診斷故障、 調試程序等。 數控電動機的設計者會是一個微軟窗口基于構件的軟件開發工具， 可以為6000系列產品設置代碼，同時可以控制設計者與執行者的運動節目，并創造 一個定制運營商的測試小組。運動建筑師的心臟是一個空殼，它可以為進入以下模 塊提供一個綜合環境。 1. 系統配置這個模塊提示您填寫所有相關初成立信息啟動議案。配置向具體 6000 系列產品的選擇，然后這些信息將用于產生實際的 6000 - 語言代碼，這 是你的開始計劃。 2. 程序編輯器允許你編輯代碼。

2、它也有可行的“幫助”命令菜單。A用戶指 南提供了相關的磁盤指南。 3. 終端模擬器本模塊，可讓您直接與 6000 系列產品互動。他所提供的“幫 助”是再次參考所有命令和定義。 4. 測試小組你可以使用本模塊，模擬程序，調試程序，并跟蹤檢測程序。 由于它的對話窗口，你能很容易的知道怎么使用它。 運動建筑師已經將所有的 6000 系列產品都運用在了步進電機和伺服電機的技術 上。由于豐富的對話窗口和6000系列語言，使得你能夠從簡單到復雜的解決問題。 運動建筑師的6000系列產品的標準配置工具，能夠使得這些控制器更加簡單， 相當大的縮短項目開發時間。它的另外一個增值特點是使用 6000 伺服控制器的

3、調 諧助手。 基于調諧價值觀， 這個額外的模塊可以以圖形化的方式為你展示各種參數。 看看這些參數是如何讓變化的。用運動的建筑師，你可以一次性打開多個窗口。舉 例來說，無論是程序編輯器和終端模擬器窗口，你都可以打開運行程序， 得到信 息，然后改變這一程序。運動建筑師可以利用在線幫助，在整個互動接觸內容中為 數控電機6000系列軟件做參考指南。 從簡單到復雜的解決應用 伺服控制是你用伺服調諧器軟件控制。 數控電機與6000系列伺服控制器相結合 并應用伺服調諧器軟件。伺服調諧器是一個新增功能模塊，它擴展和提高運動建筑 師的能力。議案建筑師與伺服調諧器結合起來，以提供圖形化的反饋方式，反饋實 時運動信

4、息并提供簡便環境設置微調收益及相關制參數以及提供文件操作，以保存 并記得微調會議。 請你用運動工具箱軟件解決自己的運動控制。運動工具箱實際上是一個為數控 電機和6000系列運動控制器而設計的廣泛應用的虛擬圖標式編程儀器。 當使用運動工具箱與虛擬編程儀時， 編程6000 系列控制器實質上是完成連接圖 形圖標，或加上形成框圖使之可見。 運動工具箱中包含了1500多條命令，狀態欄， 實例等。所有的命令、狀態欄、實例都包括可視的來源圖表，使您可以修改他們， 如果有必要，可以滿足您的特殊的需要。運動工具箱同時還具有一個可視窗口，基 于安裝程序和一個全面的用戶手冊，可以幫助您運行得更好更快。 軟件電腦輔助

5、運動應用軟件 compucamcompucam是基于微軟的編程包，它能從 CAD 程序、示波器文檔、數控程序和產生 6000系列數控電機密碼相兼容的運動控制器中輸入幾何圖形。購買數控電機是可行 的，因為 compucam 是一個附加模塊，是運動建筑師的菜單欄，它是作為公用部分 而被引用的。程序從compucam開始運行CAD 軟件包。一旦程序被起草創作，它就 會被保存為DXF文件，或惠普-吉爾段文檔，或G代碼數控程序。這些幾何圖形然 后輸入compucam中，產生6000系列代碼。在程序運行之后，你可使用的運動建筑 師功能塊，如編輯或下載代碼等執行程序。 運動執行者軟件可輕松編程 6000 系

6、列 運動執行者革命性控制運動編程。這一具有創新意義的軟件允許程序員以他們 所熟悉的- 流程圖式的方法編程。 運動執行者降低了學習曲線，并使運動控制編程 變得相當容易。運動執行者是一套微軟軟件，基于圖形化窗口的發展，讓專家和新 手程序員容易學習計劃6000系列產品新的編程語言。 簡單地拖放代表議案職能的 視覺圖標，你可以隨時的進行你所需要的操作。運動執行者是一個完整的應用開發 環境的軟件。除了視覺編程6000 系列產品，用戶還可以配置，調試，下載， 策劃 和執行的議案計劃。 伺服與步進.您需要了解的 電機類型及其應用 下一節將會給你介紹一些的適用特別場合的電機，而某些應用是最好避免。應 當強調說

7、，在一個廣范的應用范圍，電機是可同樣滿足一個以上的汽車類型， 而選 擇往往是由客戶偏好、以往經驗或與現有的設備的兼容性決定的。一個非常有用的 工具箱，可供你選擇適當的運動，為你選擇電機與選擇軟件包是 compumotor 軟件 包。使用這個軟件，使用戶可以輕松找出適當的電機大小和類型。 高扭矩，低轉速 連續脈沖適宜于步進電機時，在低速時，就相對于扭矩輸出規模和輸入功率而 言，它是非常高效率。 微步，在低速應用，可以用來提高平滑度。如可作為計量泵 驅動非常精確的流量控制。 高扭矩，高轉速 連續脈沖適應于伺服電機時，其實步進電機應避免使用在這種情況下。這是因 為高速可導致負荷。 簡捷，快速，重復性

8、動作 僅是自然域的步進電機由于其在低速時高轉矩，因而存在慣性比例大，及缺乏 折算的問題。直流電動機的電刷可限制其潛在的頻繁開始，停止和方向的改變。 低速，高光滑的應用 這是最適合于微步或直接驅動伺服電機。 適用于危險環境或在真空中可能不能夠使用電刷電機。步進或無刷電機是無所 謂的，靠的是對負荷的需求。牢記當負載過高時，熱耗散可能是個問題。選擇適合你的電機 導言 運動控制，在其最廣泛的意義上說，可能與任何移動式起重機中焊接機器人 液壓系統有關。在電子運動控制領域，我們的主要關切系統范圍內的有限功率的大 小， 通常高達約10hp （ 7千瓦），并要求在一個或多個方面有嚴格精密。這可能 涉及精確控制

9、的距離或速度，但很多時候是雙方的，有時還涉及其它參數如轉矩或 加速率。在以下所舉的兩個例子中，焊接機器人，需要精確的控制雙方的速度和距 離;吊臂液壓系統采用驅動作為反饋系統，因此，它的準確度會隨著操作者的技能的 不同而不同。在嚴格意義上來說，這將不會被視為一項運動控制系統。 我們的標準運動控制系統由以下三個基本要素組成： 圖 1 運動控制系統的組成元件電機，可能是一個步進電機（要么旋轉或線性） ，也可能是直流無刷電機或無刷 伺服馬達。電機必須配備一些種回饋裝置，除非它是一個步進電機。 圖 2顯示了一個完善地反饋控制電機轉速的系統。這樣一個具有閉環控制系 統的速度伺服系統。 圖 2典型的閉環（速

10、度）伺服系統驅動器是一個電子功率放大器，以提供電力操作電動機來回應低層次的控制信 號。一般來說，驅動器將特別設計，其操作與特定電機類型相配合。例如，你不能 用一個步進驅動器來操作直流無刷電機。 不同電機適應的不同領域 步進電機： 步進電機的好處。 驅動器 電機 控制器 主計算機 或 PLC 控制器/索 引 驅動 電機步進電機有以下好處： （1）成本低廉（2）堅固耐用（3）結構簡單（4）高可靠性（5）無維修（6） 適用廣泛（7）穩定性很高（8）無需反饋元件（8）適應多種工作環境（9）相對伺 服電機更具有保險性。 因此， 幾乎沒有任何可以想象的失敗使步進驅動模塊出錯。 步進電機驅動簡單， 并且驅動

11、和控制在一個開放的閉環系統內。他們只需要4個驅動器。低速時，驅動 器提供良好的扭矩，是有刷電機同一幀大小5 倍連續力距，或相當于無刷電機一倍 扭矩。這往往不再需要變速箱。步進驅動系統遲緩，在限定的范圍內，可以更好的 減少動態位置誤差。 步進電機弊端。 步進電機有下列缺點： （1）共振效應和相對長的適應性（2）在低速，表現粗糙，除非微驅動器來驅 動（3）開環系統可能導致未被查覺的損失（4）由于過載，他們消耗過多電流。因 此傾向于過熱運行。（5）虧損速度比較高，并可產生過多熱量因此，他們噪音很大 （尤其是在高速下） 。（6）他們的滯后現象導致振蕩，這是很難抑制的。對他們的可 行性，這兒有一個限度，

12、而他們的大小，定位精度主要依靠的是機器（例如，滾珠 絲杠的精確度） 。許多這些缺點是可以克服的，通過使用一個閉環控制方案。 注： compumotor系列能很多的減小或降低了這些不同的步進電機不利之處。 主要有3類步進電機： （1）永磁式步進電機 ，（2）可變磁阻式步進電動機，（3） 混合式步進電機汽車。 當電動機驅動，在其全步模式，給兩個繞組通電時或"2 相"通電的時候（見圖 1.8 ） ，扭矩可于每一個步將是相同（除極少數的變異和傳動特性）。在半步模式 下，我們交替改變兩相電流，如圖 1.9 所示。假設該驅動器在每種情況下提供了相 同的繞組電流，再通電時，這將導致更大的

13、轉矩。換句話說，交替的步進距將時強 時若。對電動機表現來說，這并不代表著一個重大的威懾。扭矩明顯受制于較弱的 一步，但在全步模式時，低速平滑有一個顯著的改善。 顯然，我們想在每一個步驟實現約相等扭矩對時，這扭矩應該在水平較強的一 步。們可以實現這個，當只有一個繞組通電時，通過用高電流水平。這并不過度消 耗電機，因為該電機的額定電流假定兩個階段被激活（目前的評級是基于許可的情 況溫度） 。只有一相通電，如果目前是增加了40 的功率，同樣的總功率將會消 散 。利用這種更高的電流在一相中產生大致相等的扭矩，在交替的步進距中。 （見圖1.10 ）。我們已經看到，給兩相都通與平等電流產生的一個中間步進，

14、居于每一相的中 間位置。如果兩相電流是不平等的， 轉子位置將轉向更強的一極。這種作用是利用細 分驅動，其中細分的大小基于兩個繞組中的電流的大小。以這種方式，步長是減少了，而低速平滑度得到大幅度提高。高細分驅動電動機細分整步步進到多達500 個細分 步 ， 轉一圈可細分十萬步。 在這種情況下， 繞組中的電流極為相似的兩個正弦波有90 °相移。 （圖1.11 ） 電機被驅動好像轉換成了交流同步電機。事實上，步進電機可被驅 動，從60赫茲美（50赫茲-歐洲）正弦波源頭起，包括電容器系列的一相。它將旋轉 72轉。 圖 1.11 步進電機的相電流 標準步進電機運行在同就如同我們的簡單模式，但有

15、一個更大的數目齒數在轉 子和定子中，從而有了一個較小的基本步長。轉子有2部分，但每部分有50個齒。 該半齒位于兩部分之間。定子每5個齒有 8個極，完整的共有40個齒（見圖1.12 ） 圖 1.12 200步混合標準電機如果我們想象一個齒， 是擺在2個定子極點每一齒隙中， 假設定子共有48個齒， 少于轉子齒數兩個。因此，如果轉子和定子的齒排列一整圈，他們同樣也可以排列 半圈。1/4和3/4圈也同樣可以排列。 然而，由于轉子齒排列位置，在另一端的轉 子，排列將發生在1/4和3/4位置處。 繞組4個一組，并對角線方向的極性相反。如圖1.12所示 ，北極在轉子前面 的12點和 6點位置，吸引著在在背面

16、 3時和 9 時的南極。通過開關第二組線圈的電 流，定子場模式旋轉45 ° 。不過，要配合這個新的領域，轉子只轉過1.8 ° 。相當 于轉子，這只轉過了四分之一齒間距，每一次旋轉要200個全步。 注意到，每一次旋轉全部時這兒有很多定位點位置，通常是200個 。該定位點 的位置與轉子齒全面接軌定子齒時相對應。當通電給步進驅動器時， 它通常是"零 階段"狀態時最活躍，也就是兩套繞組都通電。因此產生的轉子位置并不符合轉子自 然定位點的位置。因此，空載時，一旦通電電機將至少步進半步。當然，如果系統 關機，或在零相位位置，電機一旦通電將步進一大步。 另一點要注意的

17、是，對于一個給定電流的繞組，有很多穩定的位置，正如轉子 齒（200步進電機有50個齒）。如果電機是同步電機，導致位置誤差將永遠是一個 整體倍轉子齒或能被7.2 °整除 。電機不能"細分"，如個別一個或兩個位置誤差，是 由于噪聲，錯誤脈沖或控制器故障造成的。圖 2.19 數字伺服驅動圖2.19顯示為伺服電機的數控驅動。所有的主控制功能是微處理器，驅動為D A 模擬轉換器，以產生一個模擬扭矩需求信號。從這個角度上，這臺機器非常很像 一個模擬伺服放大器。 反饋的信息是來自隸屬該電機軸的一個編碼器。編碼器生成脈沖流可確定傳輸 路程，并通過計算脈沖頻率，是可以測定轉速的。

18、數碼驅動通過求解一系列的方程式，履行同樣類似的功能。微處理器是與數學 模型（或“算法" ）的等效的編程模擬系統。這模型預測系統的行為。它響應一個 給定輸入的信號并產生速度。它同樣也考慮到額外信息如輸出速度，速率轉變中的 投入和各種調校設定。 解決所有方程需數額需有限的時間，即使是一個快速的處理器一次處理通常也 是100 ms和2 ms 之間 。在此之間，在改變輸入或輸出，先前的計算值將有沒有回 應時，扭矩要求必須保持恒定。因此更新時間成為數字伺服和一臺高性能系統關鍵 的因素，它必須保持及時更新。 調試數字伺服電機可按鈕或從一個計算機或終端調試。電位器調整是涉及的。 調試數據是設置在伺

19、服算法的各種系數，因此，它決定了系統的性能。即使如果調 諧進行使用按鈕，終值也可以上傳到終端，讓其進行簡單的重復。 在某些應用中，因負載慣量各異，例如一個機器手臂卸載后又帶有沉重的負 荷。改變慣性可能是一個系數為20或以上，而這樣的變化需要該驅動器重新調整， 以保持其穩定。這只不過是在操作系統的適當點通過發送新的調試參數來實現的。(此文轉載自 一覽 電機英才網)Step Motor&Servo MotorSystems and Controls WITH SUPPORT SOFTWARE, THERES NO MORE GUESS WORK Motion Architect®

20、 Software Does the Work for You. Configure ,Diagnose, Debug Compumotors Motion Architect is a Microsoft® Windows-based software development tool for 6000Series products that allows you to automatically generate commented setup code, edit and execute motion control programs, and create a custom

21、operator test panel. The heart ofMotion Architect is the shell, which provides an integrated environment to access the following modules. System ConfiguratorThis module prompts you to fill in all pertinent set-up information to initiate motion. Configurable to the specific 6000 Series product that i

22、s selected, the information is then used to generate actual 6000-language code that is the beginning of your program. Program EditorThis module allows you to edit code. It also has the commands available through “Help” menus. A users guide is provided on disk. Terminal EmulatorThis module allows you

23、 to interact directly with the 6000 product. “Help” is again available with all commands and their definitions available for reference. Test PanelYou can simulate your programs, debug programs, and check for program flow using this module. Because Its Windows, You Already Know How to Use It Motion A

24、rchitect® has been designed for use with all 6000 Series productsfor both servo and stepper technologies. The versatility of Windows and the 6000 Series language allow you to solve applications ranging from the very simple to the complex. Motion Architect comes standard with each of the 6000 Se

25、ries products and is a tool that makes using these controllers even more simpleshortening the project development time considerably. A value-added feature of Motion Architect, when used with the 6000 Servo Controllers, is its tuning aide. This additional module allows you to graphically display a va

26、riety of move parameters and see how these parameters change based on tuning values. Using Motion Architect, you can open multiple windows at once. For example, both the Program Editor and Terminal Emulator windows can be opened to run the program, get information, and then make changes to the progr

27、am. On-line help is available throughout Motion Architect, including interactive access to the contents of the Compumotor 6000 Series Software Reference Guide. SOLVING APPLICATIONS FROM SIMPLETO COMPLEX Servo Control is Yours with Servo Tuner Software Compumotor combines the 6000 Series servo contro

28、llers with Servo Tuner software. The Servo Tuner is an add-on module that expands and enhances the capabilities of Motion Architect®. Motion Architect and the Servo Tuner combine to provide graphical feedback of real-time motion information and provide an easy environment for setting tuning gai

29、ns and related systemparameters as well as providing file operations to save and recall tuning sessions. Draw Your Own Motion Control Solutions with Motion Toolbox Software Motion Toolbox is an extensive library of LabVIEW® virtual instruments (VIs) for icon-based programming of Compumotors 600

30、0 Series motion controllers. When using Motion Toolbox with LabVIEW, programming of the 6000 Series controller is accomplished by linking graphic icons, or VIs, together to form a block diagram. Motion Toolboxs has a library of more than 150 command,status, and example VIs. All command and status VI

31、s include LabVIEW source diagrams so you can modify them, if necessary, to suit your particular needs. Motion Toolbox als user manual to help you gut up and running quickly. comprehensiveM Software for Computer-Aided Motion Applications CompuCAM is a Windows-based programming package that imports ge

32、ometry from CAD programs, plotter files, or NC programs and generates 6000 code compatible with Compumotors 6000 Series motion controllers. Available for purchase from Compumotor, CompuCAM is an add-on module which is invoked as a utility from the menu bar of Motion Architect. From CompuCAM, run you

33、r CAD software package. Once a drawing is created, save it as either a DXF file, HP-GL plot file or G-code NC program. This geometry is then imported into CompuCAM where the 6000 code is generated. After generating the program, you may use Motion Architect functions such as editing or downloading th

34、e code for execution. Motion Builder Software for Easy Programming of the 6000 Series Motion Builder revolutionizes motion control programming. This innovative software allows programmers to program in a way they are familiar witha flowchart-style method. Motion Builder decreases the learning curve

35、and makes motion control programming easy. Motion Builder is a Microsoft Windows-based graphicaldevelopment environment which allows expert and novice programmers to easily program the 6000 Series products without learning a new programming language. Simply drag and drop visual icons that represent

36、the motion functions you want to perform. Motion Builder is a complete application development environment. In addition tovisually programming the 6000 Series products, users may configure, debug, download, and execute the motion program. SERVO VERSUS STEPPER. WHAT YOU NEED TO KNOW Motor Types and T

37、heir Applications The following section will give you some idea of the applications that are particularly appropriate for each motor type, together with certain applications that are best avoided. It should be stressed that there is a wide range of applications which can be equally well met by more

38、than one motor type, and the choice will tend to be dictated by customer preference, previous experience or compatibility with existing equipment. A helpful tool for selecting the proper motor for your application is Compumotors Motor Sizing and Selection software package. Using this software, users

39、 can easily identify the appropriate motor size and type. High torque, low speed continuous duty applications are appropriate to the step motor. At low speeds it is very efficient in terms of torque output relative to both size and input power. Microstepping can be used to improve smoothness in lows

40、peed applications such as a metering pump drive for very accurate flow control. High torque, high speed continuous duty applications suit the servo motor, and in fact a step motor should be avoided in suchapplications because the high-speed losses can cause excessive motor heating. Short, rapid, rep

41、etitive moves are the natural domain of the stepper due to its high torque at low speeds, good torque-to-inertia ratio and lack of commutation problems. The brushes of the DC motor can limit its potential for frequent starts, stops and directionchanges. Low speed, high smoothness applications are ap

42、propriate for microstepping or direct drive servos. Applications in hazardous environments or in a vacuum may not be able to use a brushed motor. Either a stepper or a brushless motor is called for, depending on the demands of the load. Bear in mind that heat dissipation may be a problem in a vacuum

43、 when the loads are excessive. SELECTING THE MOTOR THAT SUITS YOURAPPLICATION Introduction Motion control, in its widest sense, could relate to anything from a welding robot to the hydraulic system in a mobile crane. In the field of Electronic Motion Control, we are primarily concerned with systems

44、falling within a limited power range, typically up to about 10HP (7KW), and requiring precision in one or more aspects. This may involve accurate control of distance or speed, very often both, and sometimes other parameters such as torque or acceleration rate. In the case of the two examples given,

45、the welding robot requires precise control of both speed and distance; the crane hydraulic system uses the driver as the feedback system so its accuracy varies with the skill of the operator. This wouldnt be considered a motion controlsystem in the strict sense of the term.Our standard motion contro

46、l system consists ofthree basic elements: Fig. 1 Elements of motion control system The motor. This may be a stepper motor (either rotary or linear), a DC brush motor or a brushless servo motor. The motor needs to be fitted with some kind of feedback device unless it is a stepper motor. Fig. 2 shows

47、a system complete with feedback to control motor speed. Such a system isknown as a closed-loop velocity servo system. Fig. 2 Typical closed loop (velocity) servo systemThe drive. This is an electronic power amplifier thatdelivers the power to operate the motor in response to low-level control signal

48、s. In general, the drive will be specifically designed to operate with a particular motor type you cant use a stepper drive to operate a DC brush motor, for instance. Application Areas of Motor Types Stepper Motors Stepper Motor BenefitsStepper motors have the following benefits: Low cost Ruggedness

49、 Simplicity in construction High reliability No maintenance Wide acceptance No tweaking to stabilize No feedback components are needed They work in just about any environment Inherently more failsafe than servo motors. There is virtually no conceivable failure within the stepper drive module that co

50、uld cause the motor to run away. Stepper motors are simple to drive and control in an open-loop configuration. They only require four leads. They provide excellent torque at low speeds, up to 5 times the continuous torque of a brush motor of the same frame size or double the torque of the equivalent

51、 brushless motor. This often eliminates the need for a gearbox. A stepper-driven-system is inherently stiff, with known limits to the dynamic position error. Stepper Motor Disadvantages Stepper motors have the following disadvantages: Resonance effects and relatively long settling times Rough perfor

52、mance at low speed unless a microstep drive is used Liability to undetected position loss as a result of operating open-loop They consume current regardless of load conditions and therefore tend to run hot Losses at speed are relatively high and can cause excessive heating, and they are frequently n

53、oisy (especially at high speeds). They can exhibit lag-lead oscillation, which is difficult to damp. There is a limit to their available size, and positioning accuracy relies on the mechanics (e.g., ballscrew accuracy). Many of these drawbacks can be overcome by the use of a closed-loop control sche

54、me. Note: The Compumotor Zeta Series minimizes or reduces many of these different stepper motor disadvantages. There are three main stepper motor types: Permanent Magnet (P.M.) Motors Variable Reluctance (V.R.) Motors Hybrid Motors When the motor is driven in its full-step mode, energizing two windi

55、ngs or “phases” at atime (see Fig. 1.8), the torque available on each step will be the same (subject to very small variations in the motor and drive characteristics). In the half-step mode, we are alternately energizing two phases and then only one as shown in Fig. 1.9. Assuming the drive delivers t

56、he same winding current in eachcase, this will cause greater torque to be produced when there are two windings energized. In other words, alternate steps will be strong and weak. This does not represent a major deterrent to motorperformancethe available torque is obviously limited by the weaker step

57、, but there will be a significant improvement in low-speed smoothness over the full-step mode. Clearly, we would like to produce approximately equal torque on every step, and this torque should be at the level of the stronger step. We can achieve this by using a higher current level when there is only one winding energized. This does not over dissipate the motor because the manufacturers current rating assumes two phases to be energized the current r