参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
3.2.4步进电机低速转动时振动和噪声缺点的克服方法 一般可采用以下方案来克服：
A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区； B.采用带有细
peng分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；
C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；
D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高； E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大 3.2.5步进电机驱动器的直流供电电源 A.电压的确定
混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483的供电电压为12～48VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。
B.电流的确定
供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I 的1.5～2.0倍。
当脱机信号FREE为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴（手动方式），就可以将FREE信号置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将FREE信号置高，以继续自动控制。
3.3 步进电机的控制逻辑
HJ(焊接)机器人各关节均用步进电机驱动,由Intel8031 单片机控制。8031 可直接跟Intel 8253 可编程定时/ 计数器芯片接口。8253 内含三个16 位减1 计数通道。每个通道结构相同,都有一个输CLK,一个输出端OU T 和一个门控端GATE。每个通道有六种工作模式可选用。其中011 模式是将输入端脉冲分频后输出方波,分频系数是可写入的。范围为2 - OFFFEH(65534D) 。010 模式与011 模式相仿,只是输出不是方波,而是负脉冲,脉宽为输入信号的周期。000 模式类似减1 计数器,当输入一个脉冲时,事先用软件写入的计数值减1 ,减到0 ,再给一个脉冲就溢出,这时其输出脚电平变高。HJ就利用8253 的011 模式把其中一个通道作为D/ F (数值/ 频率) 变换器用。用晶振产生一个固定频率fc ,写入分频数据ki 后输出的频率fM ,如公式(1) 所示。将此输出频率经光隔、驱动送至电机驱动器,则电机速度将由写入的ki 决定,这就实现了速度控制。将此频率加到另一计数通道,让该通道工作在000 模式。起动电机前,写入要走的步数,则等电机走完规定步数, 公式Fm= Fc/ Ki (1 )
ΔT= Fc/ Kt (2 )
该通道输出端电平由低跳高,用此信号通知CPU 停机,这就实现了位置控制。在示教采样和再现控制时都需要一个定时脉冲(采样信号) ,我们用8253 第三个通道,让它工作在010 模式,写入时间常数kt ,输入基准时钟fc ,则其输出端就能定时发出脉冲,定时时间△t 如公式(2) 所示。
图3.3 加减速控制流程 3.3.1 加/ 减速控制
速度控制中加/ 减速控制是最基本的控制。HJ机器人在各关节确定自身运动的坐标原点及自检运行中都要用到加减速控制,但对加/ 减速过程中速度曲线并无严格要求。电机由静止到达设定的最大速度所需的时间或者说加速度,是由调试确定的。加速度太大,关节起停时会造成大的机械冲击,甚至电机不能克服惯性而失步; 加速度太小, 则完成指定的运动会耗费太多时间加速策略有二种:线性加/ 减速控制和等步距加/ 减速控制。前者规定从加速开始,每一加速周期令电机速度递增相同的增量△f ;后者则要求每一加速周期电机走过相同的步数。等步距控制的优点,在于加/ 减速过程中电机走的步数可以非常准确地计算,这一点对于带加/ 减速的位置控制非常重要。但从电机要克服的惯性力来看,线性加速方案好些,调试也较为方便。HJ 中采用线性加/减速控制。线性加/ 减速的控制曲线如图3 所示,设定
初速为f1(为叙述方便,在本章中将频率称为速度,实际上二者差一比例系数即步距角。在图3.4中f1 = 0) ,末速为f2。设定速度变化的
.n台阶数n ,加速定时周期△t ,每一个定时周期就使电机速度有一个恒定的增量△f :f = (f2 - f1) / n - - - - - (3)其中n = 加速过程台阶数。减速控制也类似,只是△f 为负值。在HJ 中,加减速定时周期是由8031 的T0 计数器和T0 中断来实现的。
图3.4 线性加速控制曲线
T 0 设置在8位重装定时器方式,时间常数设为150(因T0 为加计数器,实际写入时用- 150) ,另设一个软件计数单元,此软件计数器的初值设置为4 ,T0 每次中断使软件计数器减1 ,减到0 时正好大约是1ms (1/ 1024 秒) 。加速定时初始周期△t0 为:
△t0 = 150X4X12/ f SYS = 600X12/ 7372. 8KHz= 1/ 1. 024(ms)
其中f SYS = 7372. 8KHz ,是PT601 关节控制器的时钟。每一关节另设一个加速度系数a (取整数) ,作为关节控制参数,通过调试由人工确定并写入参数表。加速控制时软件计数单元的实际初值为4a ,T0 每次中断使软件计数器减1 ,减到0 时使电机频率加一个△f ,并恢复初值。加速控制总台阶数n 设置为64 , △f 设置为(fmax - f0) / n ,则经过t = (600 * 12 * a * 64/ f sys) 秒,电机完成加速控制流程。因为软件计数单元为一个字节,最大值= 256 ,故要求4a ≤256 即a ≤64 ,且a ≠0。加减速控制过程如图4 所示。
3.3.2位置控制
步进电机的位置控制是指要求电机从当前位置转过一个给定的步数。电机不丢步时这一控制的实质,就是要求精确地发出定量的步进脉冲。例如,机器人再现
工作时收到起动信号后,要走到示教时给出的初始作业位置,就要用到位置控制。 如果不带加/ 减速控制,位置控制是很容易实现的。将发给电机的脉冲,用一个计数通道计数,到数后通知CPU 停发脉冲就是了。但是这种不带加/ 减速的位置控制,除非速度特别低,否则会在起停时造成机械冲击和失步。图6示出了带加减速控制的速度曲线,此曲线跟t轴间包含的面积正比于电机走过的步数S ∑。显然,电机走的总步数S ∑由三部份构成:加速阶段电机走的步数、匀速阶段电机走的步数和减速阶段电机走的步数。若加速度和减速度相等,则加速段和减速段走的步数相等,并记作Sa 。当给定初速f 1(在图3.5 中f 1 = 0) 和终速f 2 ,以及加/ 减速时间确定后,Sa 就是确定值。可能出现三种情况:
1) 给定的电机步数S ∑> 2Sa :这就是图6 的情况,电机将出现匀速阶段。
图3.5位置控制速度曲线
2) 给定的电机步数S ∑= 2Sa : 则刚好加速完毕立即进入减速。参见图3.6。