传感与控制-步进电机基础入门
步进电机基础知识——来自百度百科
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及电脑等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和电脑技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机概述步进电机又称为脉冲电机,基于最基本的电磁铁原理,它是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
年前后开始以控制为目的的尝试,应用于氢弧灯的电极输送机构中。
这被认为是最初的步进电机。
二十世纪初,在自动交换机中广泛使用了步进电机。
由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。
二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。
到了八十年代后,由于廉价的微型电脑以多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加灵活多样。
步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是,它接收数字控制信号电脉冲信号并转化成与之相对应的角位移或直线位移,它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。
步进电机理论基础
置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的
影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进
电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，
它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制
脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同
时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，
从而达到调速的目的。
II.步进电机的分类 步进电机在构造上有三种主要类型：
反应式
定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小， 可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
永磁式
永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点 是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
两相步进电机工作原理
当给A相通电时，由于定子A齿和转子 的1齿相对，没有切向力，转子静止。 接着给B相绕组通电时，转子的位置如 图a，转子齿偏离定子齿一个角度， 由于励磁磁通力需要沿磁阻最小路径通 过，因此对转子产生电磁吸力，迫使钻 子齿转动，当转子转到与定子齿对其位 置时（图b），因转子只受径向力而无切向力，故转矩
就会产生电流；该电流的方向和驱动电机旋转的电流方向 相反。
步进电机转速较高时，其线圈中产生的感应电流抵消了一 部分由外部电源电压产生的电流，，所以，步进电机随着 转速的提高，输出力矩逐步下降。
步进电机参数名词解释
1. 步进电机相数： 电机内部的线圈组数 目前常用的有两相、三相、五相 步进电机。 2.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 3.保持转矩（静扭矩）：电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 4.定位转矩：电机在不通电的状态下，电机转子自身的锁定力矩。 5.失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 6.矩频特性：电机在测试条件下测得的输出力矩与频率关系的曲线。 7.最高启动频率：步进电机由静止突然启动并进入不失步的正常运行所允 许的最高频率。
步进电机基础知识入门
步进电机小知识1.什么是步进电机?步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。
您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
2.步进电机分哪几种?步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。
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。
4.什么是DETENT TORQUE?DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。
5.步进电机精度为多少？是否累积?一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
6.步进电机的外表温度允许达到多少?步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
步进电机基础
8
しやすいです。 ． 相励磁方式 によるフルステッ （ ． ° ／ ﾊ ﾟ ｽ ） 場合 ・ ・ 非常 に 理解 しやすいです 。 プ（ ２ １ プ １ ８ ﾙ の ・・
2. 1相励磁方式整步旋转（1.8°/Pulse）…非常好理解 1相励磁方式整 相励磁方式整步 1.8° Pulse）
4根引线 根引线
三相步进 三相步进
五相步进 五相步进
3根引线 根引线
SANYO DENKI (Shenzhen) CO., LTD.
5根引线 根引线
步进电机旋 步进电机旋转的原理…以二相步进 ２ 步距角1.8°为例基本ステップ角 ピングモータ 回転原理例・ 基本 距角1.8° の回転原理例 基本步 ステッ 机旋转的原理…以二相步进・相ステッピングモータ、基本ステップ角１．８°の場合 の
12
实际动作效果
给A相通电
给B相通电
SANYO DENKI (Shenzhen) CO., LTD.
13
如何驱动步进电机
脉冲
电流指令
以基本步距角为1.8°/Pulse为 以基本步距角为1.8°/Pulse为例 1 Pulse 10 Pulse 200 Pulse
SANYO DENKI (Shenzhen) CO., LTD.
を回転 速度制御、 速度制御、 ①～系统可以用来进行简单的速度和位置控制。 ステッ ピングモータ 回転（ を回転（ 步进系だけで、 步进④だけで、 可以用来进 简单的速度和位置控制位置制御） 。 的速度和位置控制位置制御） る。 簡単、 さ せるこ ができ 。 取り いが簡単、 スト と る 扱いが簡単 コ ，安価 … 容易操作 价格便宜！ 容易操作，价格便宜！
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
作为电力人对步进电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用，接下来小七将从三个方面带大家全面认识步进电机。
PART1.01什么是步进电机步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。
在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置和速度控制。
02基本结构和工作原理基本结构：工作原理：步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。
在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。
如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。
同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。
当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。
对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。
双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。
驱动电路设计上只需要四个电子开关。
在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。
最全的有关步进电机的基础知识，再也找不到这么全的了！
最全的有关步进电机的基础知识，再也找不到这么全的了！No.1如何正确选用步进电机第一步：步进电机的保持转矩，相当于传统电机所说的“功率”。
当然，他们有着本质的区别。
步进电机的物理结构，完全不同于普通的交、直流电机，它的输出功率是可变的。
通常根据需要的转矩大小，来选择哪种型号的步进电机。
大致来说，扭力在0.8n.m以下的，一般选择28、35、39、42；扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。
扭力在几N.m或更大的情况下，就应当选择转矩更大的75、85、86、90、110、130等规格的步进电机。
同时，我们还应考虑电机的转速。
因为，电机的输出转矩，与转速成反比关系。
就是说，步进电机在低速（每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大），在高速旋转状态的转矩就很小了。
当然，有些工作环境需要高速电机，就要对步进电机的线圈电阻、电感等指标进行综合权衡。
选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。
反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。
第二步：步进电机空载启动频率，一般称为“空起频率”。
这是选购步进电机很重要的一项指标。
如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右或更高。
最好选择反应式或永磁式步进电机，这些电机的“空起频率”都比较高。
第三步：步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。
其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。
相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。
大多数场合，使用两相、三相、五相混合式步进电机的比较多。
在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是很实用的。
第四步：防水防腐型步进电机能够防水、防油，适用于某些特殊场合。
例如水下机器人，就需要放水电机。
75BYG系列步进电机大多具有防水结构。
对于特种用途的电机，就要针对性选择了。
第五步：特殊规格的步进电机，通常需要和生产厂家沟通，在技术允许的范围内，加工订做。
步进电机基础知识培训
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深圳市奥波图科技实业有限公司
AUTOM TECH. INDUSTRY CO., LTD 2010.5.17
一、、停止的位置只取 决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响； 2、精度高，一般为3%~5%，且不积累； 3、 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性； 4 、改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向； 5、 转速和驱动频率成正比，力矩和驱动频率成反比。
三、步进电机的分类及特点：
1. 永磁式（BY/PM）：转矩和体积较小，一般分为两 相和四相，步进角一般为 11.25度 、15度 和7.5度。 2. 反应式（VR）：可实现大转矩输出，一般为三相, 步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等国 家80年代都已经被淘汰。 3. 混合式（HB）：混合了永磁式和反应式的优点， 它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相 步 进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。
四、步进电机的应用：
20BYJ /24BYJ：空调、监控设备、舞台灯光、医疗设备 35BYJ：电子锁、智能马桶、阀门、家用电器 15BY：电脑光驱、POS机 20BY/25BY：打印机、复印机、扫描仪、电子锁 35BY/42BY：电子锁、智能马桶、阀门、家用电器 15BY：电脑光驱、POS机
步进 电机
6、噪音：电机在运行时产生的声音。 7、步进角度：电机接受一个脉冲信号所转动的角度。 8、空载牵入频率：步进电机空载起动且不失步运行的最高脉冲频率， 又叫空载起动频率。 9、空载牵出频率：步进电机空载运行而不失步的最高脉冲频率，又叫 空载运行频率。 10、静态扭矩：步进电机不通电时，在输出轴上可施加转矩而又不会 引起转动的最大值，又叫自定位转矩。 12、起动转矩：步进电机在某一固定脉冲频率下能起动并不失步运行 所能承受的最大负载转矩，又叫牵入转矩。 13、摩擦力矩：使输出轴杆与轴上面齿片发生相对运动的最小力矩。
步进电机控制入门
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4相8拍 驱动波形
步进电机控制入门
步进电机控制入门
1.L6205+L6506 才能恒流驱动 2.恒流驱动的好处 就是慢速的时候基本不 受电机电感的影响，使得微步距比较均匀。 3.当然为了降低成本 直接采用H桥也是可 行的。 4.下面就以L6205为例 SPWM控制 5.右图 正弦波 就代表 PWM占空比的多少 6.占空比为100 和0%时为最大力矩 50% 电流为0 SIN-SIN =》SIN 原理 高电平减去低电平时导通 的 电流就是此 时的电流。 然后将这个占空比依次调整为按正弦变化。 7.L6205已经包含1US死区，如果是其它 MOS需要插入死区 以免H桥损坏。
步进电机启动频率
1.步进电机 空载启动频率 一般可以到 1KHZ 2.但是根据带负载的不同 会有所降低 需要实际测试。 3.下面是计算方法 4.为了快速平稳到达目标位置 过低太慢，过高失步。要适中。
加减速度控制
1.用计算机 计算 查表方法 计算快速 2.根据需要采用离散法 对S曲线 拟合。 为方便使用已经整理成上位机软件。
❖ 7.现在的步进电机细分的方式基本上都是电流细分法，将相电流按正弦波相切得到的电流点作为细分点。在相电流达到 细分点时就要控制电流进行控制衰减，否则得话就会出现角度过冲也就无法准确的停留在细分角度上。电机的速度不同 选择的衰减模式不同。高速时快衰减、低速时慢衰减。高速时慢衰减就会出现震动大、噪音高等问题。低速时选择快衰 减就会导致电机无力严重时会出现定位不准。电机控制IC上的电流衰减所针对的是H桥开关管的控制模式。慢衰减时高 侧管关闭，快衰减时高低侧管都关闭。混合衰减是先是以快速衰减然后以慢速衰减，混合衰减的时间比例因芯片和功率 也个不相同。
步进电机理论基础
两相步进电机工作原理
当给A相通电时，由于定子A齿和转子 的1齿相对，没有切向力，转子静止。 接着给B相绕组通电时，转子的位置如
图a，转子齿偏离定子齿一个角度，
由于励磁磁通力需要沿磁阻最小路径通 过，因此对转子产生电磁吸力，迫使钻
子齿转动，当转子转到与定子齿对其位
置时（图b），因转子只受径向力而无切向力，故转矩 为0， 转子被锁定在当前位置上
7.最高启动频率：步进电机由静止突然启动并进入不失步的正常运行所允 许的最高频率。
03.两相步进电机驱动器
是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来 的脉冲信号转化为步进电机的角位移；电机的转速与脉冲 频率成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲 数就可以精确定位。
微步驱动技术 微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制 每相绕组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值 之间给出多个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就 有了多个稳定的中间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、 步距角减小。采用细分驱动技术可以大大提高步进电机的步 矩分辨率，减小转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声
步进电动机与交流伺服电动机的性能比较
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
控制精度不同 低频特性不同 矩频特性不同 过载能力不同 运行性能不同 速度响应性能不同 效率指标不同
1.
控制精度不同
两相步进电机步距角为1.8°；德国百格拉公司生产的三相混合 式步进电机及驱动器，可以细分控制来实现步距角为1.8°、 0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、 0.036°，兼容了两相和五相步进电机的步距角。交流伺服电 机的控制精度由电机后端的编码器保证。如带标准2500线 编码器的电机而言，驱动器内部采用4倍频率技术，则其脉冲当 量为360°/10000=0.036° ；对于带17位编码器的电动机而 言，驱动器每接收217 =131072个脉冲电动机转一圈，即其脉冲
步进电机、伺服电机基础知识
a)
3、伺服电动机
伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作 为执行元件。它将输入的电压信号转换成转矩或速度输出， 以驱动控制对象。输人的电压信号称为控制信号或控制电 压，改变控制电压的极性和大小，便可改变伺服电动机的 转向和转速。 转向和转速
伺服电动机的作用
伺服电动机的作用是驱动控制对象。 伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号 电压控制，信号电压的大小和极性改变时， 电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方 向也跟着变化。 向也跟着变化。
伺服电动机分类： 伺服电动机分类：
交流伺服电动机和直流伺服电动机。 交流伺服电动机和直流伺服电动机。
13 Super Lighting
1、各部位名称 如图所示。
a)笼型转子 1、5一轴承 2---机壳 3一定子 4---转子 6---接线板 7一铭牌 b)杯型转子 1一杯型转子 2---定子绕组 3一外定子 4---内定子 5一机壳 6---端盖
四线电机和六线电机高速度模式：输出电流设成等于或略小于电机额定 电流值； b) 六线电机高力矩模式：输出电流设成电机额定电流的0.7倍； c) 八线电机并联接法：输出电流应设成电机单极性接法电流的1.4倍； d) 八线电机串联接法：输出电流应设成电机单极性接法电流的0.7倍 。
12 Super Lighting
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、 对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积 运行可靠、耗电少等。 小、运行可靠、耗电少等。
4 Super Lighting
2、步进电动机
步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的 一种执行元件。
分类与结构 步进电动机分为反应式,永磁式, 和混合式三种. 三相反应式步进电动机由定子 和转子两个部分构成. 右图中,定子有6个磁极,两个相 对的磁极组成一相;转子上有均 匀分布的4个齿.
步进电机基础知识——来自百度百科
步进电机基础知识——来自百度百科步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许个完成数字模式转化的执行元件。
而且它可开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量,这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低,几乎不必进行系统调整。
步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比,而且在时间上与脉冲同步。
因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。
我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步,七十年代中期至八十年代中期为成品发展阶段,新品种和高性能电机不断开发,目前,随着科学技术的发展,特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展,使步进电机在众多领域得到了广泛应用。
步进电机控制技术及发展概况作为一种控制用的特种电机,步进电机无法直接接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的驱动电源步进电机驱动器。
在微电子技术,特别计算机技术发展以前,控制器脉冲信号发生器完全由硬件实现,控制系统采用单独的元件或者集成电路组成控制回路,不仅调试安装复杂,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改变控制方案就一定要重新设计电路。
传感器与控制实验
传感器与控制实验步进电机是一种特殊的电机，其工作原理是通过依次给定的电脉冲来使电机顺时针或逆时针旋转固定的步距角。
步进电机广泛应用于机械领域中需要精确控制角度和位置的装置。
在本次实验中，我们将学习步进电机的原理及其应用，并进行相应的实验。
一、步进电机的原理1.步进电机的构成步进电机主要由驱动电路、定子和转子组成。
定子通常由多个电磁铁组成，称为相。
转子则由大量的极对组成，其中每对极之间包括回路，称为步距。
2.步进电机的工作原理步进电机的工作原理是通过给定的脉冲信号顺序控制定子的电磁铁的通断，来实现电机的顺时针或逆时针旋转。
每个脉冲信号引发电机转动一个固定的步距角。
脉冲信号的生成与电机驱动电路密切相关，我们将在后续的实验中详细介绍。
二、步进电机的应用步进电机具有精准的角度和位置控制能力，因此广泛应用于各种机械装置中，下面介绍几个典型的应用。
1.机械台车步进电机可以用于控制机械台车的运动，实现精确位置的移动。
通过控制电机的脉冲信号，可以使得台车按照预定的路径进行移动，达到精确到位的目的。
2.电子仪器步进电机广泛应用于各种电子仪器中，例如打印机、扫描仪等。
通过控制电机旋转的步距角度，可以精确控制打印头或扫描仪的位置，实现高分辨率的打印或扫描效果。
3.机器人步进电机也被广泛应用于机器人中。
机器人的关节通常由步进电机驱动，通过控制电机的旋转角度，可以实现机器人的自由运动和灵活控制。
三、实验操作本次实验中，我们将通过一个具体的步进电机实例来理解步进电机的工作原理，并完成相应的控制实验。
实验材料：1.步进电机2.驱动电路板3. Arduino开发板4.连接线等实验步骤：1. 将电机连接到驱动电路板，并将电路板连接到Arduino开发板。
2. 编写Arduino代码，控制电机按照指定的脉冲顺序旋转。
3.运行代码，观察电机的旋转情况，并记录下来。
实验结果分析：根据实验结果，我们可以验证步进电机的工作原理，并进一步了解电机的精确控制能力。
步进电机的基础知识
步进电机原理（一）步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
仅仅处于一种盲目的仿制阶段。
这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
如B相通电，A，C 相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。
如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。
《步进电机培训讲义》
第一篇 步进电机的基本知识
• • • • • 三、 步进电动机分类 1、HB型混合式步进电动机（此种为先歌生产的电机） 2、PM型永磁式步进电动机 3、VR型反应式步进电动机 其中永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5度 或15度；反应式步进电动机一般为三相，可实现大转矩输出， 步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年 代已被淘汰；混合式步进电动机是指混合了永磁式和反应式的优点。 从性能上看,它可以做成像反应式一样的小步距,也具有永磁式控制功 率小的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度，而五 相步进角一般为 0.72度。这两种混合式步进电机的应用最为广泛。
第二篇 步进电动机常遇到的一些问题及解决方法
• • • • • • • 三、电机的高频性能上不去，通过采用以下办法可以解决： 电机的高频性能上不去，通过采用以下办法可以解决： 1、减小时间常数 电流上升时驱动电路的时间常数Ta为： Ta=L/Ra L----绕组的电感； Ra----通电回路的总电阻，包括 绕组线圈电阻、限流电阻R1和晶体管结电阻。 由公式可以看出，增加电阻Ra 可以减小时间常数；但增加Ra会 使通电回路中电流值减小，所以，为了保证通电回路中电流不变， 在增加电阻Ra的同时，还要提高电源的电压。 2、改进工作方式 采用多相励磁的工作方式，例如：三相步进电动机的双三拍、 六拍方式。多相励磁工作方式使每一相通电的时间延长了，电动 机就能获得较多的能量，使高频时输出转矩增加。
第一篇 步进电机的基本知识
• （9）、惯频特性 • 在负载力矩一定时，频率和负载惯量之间的关系，称为惯频特性。 惯频特性分为起动惯频特性和运行惯频特性。 • 五、步进电动机应用 • 主要应用在如下几个方面： • 1、舞台灯光 • 2、计算机外围设备：磁盘驱动、磁头驱动、打印机、XY绘图仪 • 3、商务机器：复印机、传真机 • 4、工业计测仪器 ：记录仪 • 5、工作机械 ： 数控机床、机器人、纺织机械
步进电机、伺服电机基础知识
8
（4）电机接线方法
1. 步进电机驱动器接线方法 ① 光电隔离原件作用：电气隔离、抗干扰 ② 共阳极接法、共阴极接法和差分方式接法
共阳极接法
共阴极接法
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步进电机驱动器的典型接线：
OPTO：输入信号的公共端 FREE：脱机信号（低电平 有效），当此输入控制端为低 电平时，电机励磁电流被关断， 电机处于脱机自由状态。 DIR：方向电平信号输入端， 高低电平控制电机正/反转。 CP：步进脉冲信号输入， 下降沿有效，信号电平稳定时 间不小于0.3μs。 A+、A-、B+、B-：接步进 电机线圈。
分类与结构
步进电动机分为反应式,永磁式, 和混合式三种.
C'
三相反应式步进电动机由定子 和转子两个部分构成.
右图中,定子有6个磁极,两个相
对的磁极组成一相;转子上有均 匀分布的4个齿.
B
A B'
C
A'
5
(1)步进电动机的工作原理
由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电。设相序为A→B→C→A。 当A相控制绕组通电， 而B、C相不通电时，步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合， 而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，
A
A
A
A
C'
B' C'
B' C'
B' C'
B'
21 34
1 24
3
1 24
3
14 23
B
CB
CB
CB
C
A'
A'
A'
A'
(a)
(b)
(c)
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步进电机基础入门
东方马达中国总公司朱华
摘要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
关键词：脉冲控制永磁励磁
一、步进电机的构造（以5相步进为例）
步进电机的构造主要采用图示的方式进行讲解：
步进电动机构造上大致分为定子与转子两部分。
转子由转子1、转子2、永久磁钢等3 部分构成。
而且转子朝轴方向已经磁化，转子1 为N 极时，转子2 则为S 极。
定子拥有小齿状的磁极，共有10个，皆绕有线圈。
其线圈的对角位置的磁极相互连接着，电流流通后，线圈即会被磁化成同一极性。
（例如某一线圈经由电流的流通后，对角线的磁极将同化成S 极或N 极。
）对角线的2个磁极形成1个相，而由于有A相至E 相等5个相位，因此称为5 相步进电动机。
系统构成图示
转子的外圈由50个小齿构成，转子1 和转子2 的小齿于构造上互相错开1/2 螺距。
由此转子形成了100个小齿。
目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型，那么高分辨率型的转子就有200个小齿。
因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要电气细分达到)的分辨率。
电动机构造图2∶与转轴成垂直方向的断面图
二、步进电机的运转原理。
实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系，在此说明如下。
首先解释励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。
●A相励磁
将A相励磁，会使得磁极磁化成S 极，而其将与带有N极磁性的转子 1 的小齿互相吸引，并与带有S极磁性的转子 2 的小齿相斥，于平衡后停止。
此时，没有励磁的B 相磁极的小齿和带有S极磁性的转子 2 的小齿互相偏离0.72°。
以上是A相励磁时的
定子和转子小齿的位置关系。
●B相励磁
其次由A相励磁转为B 相励磁时，B 相磁极磁化成N 极，与拥有S极磁性的转子2 互相吸引，而与拥有N极磁性的转子1 相斥。
也就是说，从A相励磁转换至B 相励磁时，转子转动0.72°。
由此可知，励磁相位随A相→B相→C相→D相→E相→A相依次转换，则步进电动机以每次0.72°做正确的转动。
同样的，希望作反方向转动时，只需将励磁顺序倒转，依照A相→E相→D 相→C相→B相→A相励磁即可。
0.72°的高分辨率，是取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等传感器即可正确的定位。
下图就5相步进每次的位移量是0.72°进行更详细的说明:
由于第一组定子正好与转子相对应吸引。
就势必会导致第二组定子与对应的转子相偏离（定子与转子齿距一样，但是各自所在的2个圆不一样大）。
而这个偏离值正好是齿距的十分之一。
因此普通5相步进的步距角为：360°/50齿/10=0.72°
高分辨率5相步进的步距角为：360°/100齿/10=0.36°
另外，就停止精度而言，会影响的只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等而已，因此可获得±3 分（无负载时）的高停止精度。
实际上步进电动机是由驱动器来进行励磁相的转换，而励磁相的转换时机则是由输入驱动器的脉冲信号所进行。
以上举的是1相位励磁的例子，实际运转时，为有效利用线圈同时进行4相或5相励磁的。
三、步进电动机的特征
1、运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机
以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。
控制器又叫脉冲产生器，目前主要有PLC、单片机、运动板卡等等。
2、运转量与脉冲数的比例关系
3、运转速度与脉冲速度的比例关系
4、本身具有保持力
步进电机只有在通电状况下，才具备自我保持力。
在停电状况下，自我保持力消失。
因此在升降设备传动时，务必使用附电磁刹车型步进电机。
四、结束语
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下就能使用。
它必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
但是万丈高楼平地起，
从步进电机的基础开始学习，无疑为将来的应用打好扎实的基础。