運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試高等教育出版社主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)1.靜態(tài)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜特性，是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于通電狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)的定位狀態(tài)）時(shí)的特性，包括靜轉(zhuǎn)矩、矩角特性及靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)穩(wěn)定平衡位點(diǎn)：指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載情況下，控制繞組中通以直流電流時(shí)，轉(zhuǎn)子的最后穩(wěn)定位置。失調(diào)角θ：指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子偏離初始平衡位置的電角度。在反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子一個(gè)齒距所對(duì)應(yīng)的度數(shù)為2π電弧度。

4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)矩角特性：在不改變通電狀態(tài)(即控制繞組電流不變)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子失調(diào)角的關(guān)系，即T=f(θ)。定子與轉(zhuǎn)子關(guān)系如圖4-18所示4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)

4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)當(dāng)控制脈沖停止輸人時(shí)，最后一個(gè)脈沖還將控制繞組使在通電相下定、轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊，即定、轉(zhuǎn)子齒軸線間夾角（即失調(diào)角）θ為零轉(zhuǎn)子就可以固定在最后一個(gè)脈沖控制角位移的最終平衡點(diǎn)上不動(dòng)。4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)2.單脈沖運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性

4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)3.連續(xù)脈沖運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性（1）起動(dòng)頻率和連續(xù)運(yùn)行頻率起動(dòng)頻率是指一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步地起動(dòng)的脈沖最高頻率。它的大小與電動(dòng)機(jī)本身參數(shù)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，以及電源條件等因素有關(guān)。它是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)?？蛰d啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的起步速度一般在10~100RPM，伺服電機(jī)的起步速度一般在100~300RPM。根據(jù)電機(jī)大小和負(fù)載情況而定，大電機(jī)一般對(duì)應(yīng)較低的起步速度。最高運(yùn)行頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶一定負(fù)載正常起動(dòng)后，連續(xù)緩慢地升高脈沖頻率，直到不丟步運(yùn)行的最高頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)（2）矩頻特性

矩頻特性是指電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的最大輸出轉(zhuǎn)矩T與f兩者間的關(guān)系。如圖4-20所示。當(dāng)控制的脈沖頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶動(dòng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩值將逐步下降。主要原因有：①定子繞組負(fù)載的影響。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的每一相線圈都是一個(gè)電感負(fù)載，線圈的通電和關(guān)閉，就相當(dāng)于對(duì)電感負(fù)載的沖放電。電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，線圈充電頻率也升高，由于電感負(fù)載的積分作用，線圈充電頻率升高后線圈內(nèi)的電流就不能達(dá)到較大值，因而電機(jī)的輸出扭矩隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)速的升高而降低。②反向電動(dòng)勢(shì)的影響。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致輸出力矩下降。4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)（3）脈沖頻率很低時(shí)的低頻共振特性電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行，如果等于或接近于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩頻率時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)低頻共振。步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來克服：①如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度。②采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的，最簡(jiǎn)便的方法。因?yàn)榧?xì)分型驅(qū)動(dòng)器電機(jī)的相電流變流較半步型平緩。③換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)，或兩相細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)。④換成伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲，但成本較高。⑤在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。4.2.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性及性能指標(biāo)（4）加減速特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的