步进电机和伺服电机控制_开题报告

电机是现代工业发展中不可缺少的一大要素，在现代经济建设中扮演着重要的角色。电机在控制领域和动力应用方面越来越广泛，随着控制电机重要性的增加，控制电机的使用量也与日倶增。步进电机作为电机中的重要一员是一种实时控制电机，其在无反馈的条件下能进行精确的定位和速度控制，有良好的开环控制性能，在控制电机中有很大的优势，其应用也越来越广泛。

在自动化行业当中，要求定位精度高、速度快、响应性高，自然在应用方面伺服更有优势，但也在一些普通场合，如打印机、传真机、照明装置方面，步进电机应用较高，这两种电机各有优势，又互相补充；在实际使用时，了解电机的结构原理，控制方式，提高工程师在选用电机方面的正确认识和选用技巧。

（一）国外研究现状

步进电机在西方国家和日本研究的比较早，在十九世纪三十到五十年代期间，法国人Frohman提出了步进电机的初始模型即用电磁铁的吸引力产生旋转力矩，到二十世纪二十年代步进电机被英国海军用作远程与定位控制。到二十世纪六十年代永磁材料有了很大的发展，这导致步进电机进入了一个高速发展阶段，各种类型的步进电机相继诞生。步进电机自其产生后主要被应用在高分辨率开环定位系统上，其在工业上的使用至今己经有很长的历史，现在己经成为除交流电机和直流电机外的第三大类型的电机，根据其结构和运行的原理可以将其分成反应式、永磁式和混合式三大类。

反应式步进电机是国外最早研究的，由于其振动和噪音大、能量利用率低等缺点在国外已经逐步被淘汰掉，除了要求断电时定位力矩为零和诸如核反应堆这些环境中外几乎己经没有市场；永磁式步进电机虽然因为永磁体加工的限制造成了步距角大和分辨率低，但是由于其爪式结构制造简单、容易量产、制造成本低使其在对性能要求不高的环境有广泛的应用；混合式步进电机兼具了前两种电机的优点，在要求高性能的环境中混合式步进电机已成为最重要的产品，己经逐渐替代了反应式步进电机，它现在是西方国家和日本使用最多的步进电机。由于出现的产品种类非常多，在步进电机的发展历程中这种情况阻碍了其发展，这便导致了形成了一些主流产品，如在西方国家中应用最多的是定子八极转子五十齿、定子十极转子五十齿的两相和五相混合式步进电机。日本是世界上最大的步进电机生产国，年产量可达两亿台，有很多大公司（三洋、东方等），它们在性能、外观和生产技术上都是走在世界前列。

（二）国内研究现状

我国步进电机的研究比较晚，从八十年代初开始才开始研究混合式步进电机，当时开发的是定子八极而转子五十齿的两相和四相混合式式步进电机，为了保持与国内的磁阻式步进电机的步距角一致还开发了一些非典型的电机，从八零年代中期开始国内投入大量的资源研究步进电机精确模型，这使得混合式步进电机及其驱动器有了很大的发展和应用，经过这段时期的努力我国混合式步进电机的制造和驱动技术取得了很大的进步，缩短了与国外的差距。由于国内工业发展时广泛使用了磁阻式步进电机，产品换代升级需要时间，与此同时磁阻式步进电机除了效率低和振动大的缺陷外它坚固耐用、价格低廉并且驱动技术成熟，在国内一些中小企业中仍然有很大市场，但如今混合式步进电机开始逐步成为时代的主流。

经过几十年的电机研究，在步进电机方面，我国在步进电机方面取得比较高的提升，如雷赛智能电机开发的CME系列闭环步进电机，采用最新设计、工艺，打造的高性能，较低成本的闭环电机，与市面上的常见步进电机相比，具有大力矩、更低发热、更好的运行平稳性等优点。伺服电机方面，虽然国产伺服系统在市场上的比重比较低，但近几年国产品牌伺服系统的发展也很迅速，获得了一定的市场认可，比较具有代表性的企业主要有华中数控、广州数控等。同时还有一大批相关企业也进入到了伺服系统行业，比如深圳的英威腾、汇川科技，大连的安迪等。国产伺服系统在技术与性能上与国外品牌有较大的差距，并且产品质量与稳定性也不能同国外品牌同日而语，但国产伺服系统厂商为中小型制造加工企业提供了价格低廉的伺服产品与快捷迅速的售后服务，很好的满足了经济型企业用户的需求。

我们需要从电机的构造，控制方式，在实际应用时根据不同电机的特性选出合适工况。

二、^范文提纲

1步进电机的结构原理

1.1步进电机的原理与特性

1.1.1 PM型步进电机的基特性

1.1.2 HB型步进电机的基特性

1.1.3 VR型步进电机的基特性

1.2步进电机的驱动与控制

1.2.1恒电压驱动

1.2.2恒电流驱动

1.2.3单极驱动与双极驱动

1.2.4闭环控制

2伺服电机的机构原理

2.1伺服电机的结构

2.1.1伺服电机驱动器

2.1.2交流同步电机

2.1.3编码器

2.2驱动器的工作原理

2.21速度控制单元

2.22位置控制单元

2.23驱动单元

3步进电机和伺服电机控制系统分析

3.1步进电机的接线案例

3.1.1 DM860数字式两相步进驱动器接线案例

3.2伺服控制系统的连接

3.2.1松下伺服驱动器接线

4步进电机与伺服电机的选用

4.1电机的容量选择

4.1.1转动惯量与转矩的关系

4.1.2电机选择步骤

4.1.3电机容量的选择案例

4.2步进电机与伺服电机的比较

4.2.1步进电机与伺服电机的优缺点

4.2.2步进电机与伺服电机的应用

三、参考文献

坂本正文.步进电机应用技术-北京：科学出版社，2010

颜嘉男.伺服电机应用技术-北京：科学出版社，2010

贺益康、许大中.电机控制-杭州：浙江大学出版社，2010

松下电器有限公司.松下伺服电机技术手册：期刊，2016

东莞电机厂. 步进电机国内外研究现状及趋势-期刊，2017

三菱伺服电机有限公.三菱公司伺服电机使用手册：期刊，2012

深圳市雷赛控制技术有限公司. 行业应用文章：期刊，2011

陈世坤.电机设计：机械工业出版社，2017

李光友，孙雨萍.控制电机：机械工业出版社，2015

汤蕴璆. 电机学: 机械工业出版社,2014