西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8性能参数

西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8性能参数

是将控制脉冲信号变换为角位移或直线位移的一种微特电机反应式步进电机的工作原理是建立在磁力线力图通过磁阻*小的路径，产生磁阻转矩来驱动转子转动输出的角位移或线位移量与脉冲数成正比转速与脉冲的频率成正比，转向取决于控制绕组中的通电顺序它能按照控制脉冲的要求，快速启动、反转、制动和无级调速正常工作时能够不失步，步距精度高，每步停止转动时具有自锁能力因此，被广泛应用于数字控制系统中作执行元件用。

步进电机每相绕组中的通电是脉冲式的,每输入一个控制脉冲信号,转子转过的角度称为步距角步距角,的大小由转子齿数和运行拍数所决定由于同一台步进电机既可用单相通电方式也可用双相通电方式运行，所以它有两个步距角。

步进电机静转矩与失调角间的关系称为矩角特性，在θ= ±90°时有*大静转矩，它是步进电机的主要性能指标之一，一般增加通电相数能提高它的数值。

动态性能直接影响系统工作的可靠性和快速性步距角越小，运行的稳定性越好只有负载转矩小于*大负载转矩，电机才能带负载作步进运行;运行拍数和矩角特性的波形对*大负载转矩有很大影响由于控制绕组中电感的影响，绕组中的电流不能突变，致使步进电机的转矩随频率增高而减小在动态时的主要特性和性能指标有：启动矩频特性和运行矩频特性，启动频率和运行频率尽可能提高电机转矩减小电机和负载的惯量是改善动态性能的有效途径。

的单步运行状态是指在一相或多相控制绕组通电状态下仅改变一次通电状态时的运行方式。

动稳定区

当a 相控制绕组通电时，矩角特性如图4-1中的曲线a 所示若为理想空载，则

转子处于稳定平衡点oa 处如果将a 相通电改变为b 相通电，那么矩角特性应向前移动一个步距角 变为曲线b，ob 点为新的稳定平衡点由于在改变通电状态的初瞬转子位置来不及改变还处于θ=0的位置，对应的电磁转矩却由o 突变为 (曲线b上的c 点).

在该转矩的作用下,转子向新的稳定平衡位置移动,直至到达ob 点为止.对应它的静稳定区为 < < 即改变通电状态的瞬间，只要转子在这个区域内，就能趋向新的稳定平衡位置因此，把后一个通电相的静稳定区称为前一个通电相的动稳定区把初始稳定平衡点oa 与动稳定区的边界点a 之间的距离称为稳定裕度拍数越多，步距角越小，动稳定区就越接近静稳定区，稳定裕度越大，运行的稳定性越好，转子从原来的稳定平衡点到达新的稳定平衡点的时间越短，能够响应的频率也就越高。

与的原理相比，如果通电方式为全步，则步距角就是30°;如果通电方式为半步时，则步距角度就是15°。一般情况下，没有加下负载，步距角的理论与实际角度之间的差值就是步距角的精度，其一般不会大于10’。

反应式步进电机机械特性又分为静态特性和动态特性：

静态特性：

1、矩角特性：在保持通电情况时，失调角与步进电机所产生的静转矩之间存在的关系，也就是t=-ki2sin,转矩常数由k表示;绕组电流为i;失调角为t;

2、*大静转矩：也就是静转矩中的*大值，则tmax=kt2。

动态特性为：

1、矩步特性：也就是输入的频率同输出转矩之间存在的一定联系。当负载转矩不变的情况下，步进电机所对应的频率值一定会大于运行频率，不然失步现象就会出现;

2、惯性特性：表示的是输入频率与转动惯量之间的联系;

3、走动频率：表示的是在负载一定的情况下，没有出现失步所产生的*大频率;

4、运行频率：表示的是在没有出现失步情况下所达到的*大运行频率。起步阶段，步进电机一定要通过一定的时间来获得足够的加速度这样才不会出现失步的情况，所以，在实践过程中启动频率要低于运行频率。

1. 首先确定拖动负载所需要的扭矩。

*简单的方法是在负载轴上加一杠杆，用弹簧秤拉动杠杆，拉力乘以力臂长度既是负载力矩。或者根据负载特性从理论上计算出来。

由于步进电机是控制类电机，所以目前常用步进电机的*大力矩不超过45nm，力矩越大，成本越高，如果您所选择的电机力矩较大或超过此范围，可以考虑加配减速装置。

2. 确定步进电机的*高运行转速。

转速指标在步进电机的选取时至关重要，步进电机的特性是随着电机转速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多参数有关，如:步进电机驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等，一般的规律是：驱动电压越高，力矩下降越慢;电机的相电流越大，力矩下降越慢。在设计方案时，应使电机的转速控制在600转/分或800转/分以内，当然这样说很不规范，可以参考〈矩-频特性〉。

3. 根据负载*大力矩和*高转速这两个重要指标，再参考〈矩-频特性〉，就可以选择出适合自己的步进电机。

如果您认为自己选出的电机太大，可以考虑加配减速装置，这样可以节约成本，也可以使您的设计更灵活。要选择好合适的减速比，要综合考虑力矩和速度的关系，选择出*佳方案。

4. *后还要考虑留有一定的(如50%)力矩余量和转速余量。

5. 可以先选择混合式步进电机，如果由于价格因素，可以选取反应式步进电机。

6. 尽量选取细分驱动器，且使驱动器工作在细分状态。

7. 选取时且勿走入只看电机力矩这一个指标的误区，也就是说并非电机的扭矩越大越好，要和速度指标一起考虑。

8. 超小型驱动器和微型驱动器是靠外壳作为散热器的，应固定在较大、较厚的金属板上或外加风机散热，如果没有散热条件，而驱动器又工作在转速较低的场合(这时驱动器发热较大)，可以选用带风机的90型驱动器代替。

速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。

如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。

如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。

就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量*小，驱动器对控制信号的响应*快；位置模式运算量*大，驱动器对控制信号的响应*慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用。

一般说驱动器控制的好不好，每个厂家的都说自己做的*好，但是现在有个比较直观的比较方式，叫响应带宽。当转矩控制或者速度控制时，通过脉冲发生器给他一个方波信号，使电机不断的正转、反转，不断的调高频率，上显示的是个扫频信号，当包络线的顶点到达*高值的70.7%时，表示已经失步，此时的频率的高低，就能显示出谁的产品牛了，一般的电流环能作到1000hz 以上，而速度环只能作到几十赫兹。

换一种比较专业的说法：

1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10v对应5nm的话，当外部模拟量设定为5v时电机轴输出为2.5nm:如果电机轴负载低于2.5nm时电机正转，外部负载等于2.5nm时电机不转，大于2.5nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。

应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。

2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。

应用领域如、印刷机械等等。

3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环pid控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环位置信号，此时的电机轴端的编码器只电机转速，位置信号就由直接的*终负载端的装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。

4、谈谈3环，伺服一般为三个环控制，所谓三环就是3个闭环负反馈pid调节系统。*内的pid环就是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行pid调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算*小，动态响应*快。

第2环是速度环，通过的电机编码器的信号来进行负反馈pid调节，它的环内pid输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

第3环是位置环，它是*外环，可以在驱动器和电机编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或*终负载间构建，要根据实际情况来定。由于位置控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式下系统进行了所有3个环的运算，此时的系统运算量*大，动态响应速度也*慢。