步进电机驱动器的设计问题初探
步进电机驱动器课程设计
步进电机驱动器课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解步进电机的工作原理，掌握步进电机驱动器的种类及功能。
2. 学习步进电机驱动器的电路连接方式，了解参数设置对步进电机性能的影响。
3. 掌握步进电机驱动程序编写的基本方法，学会运用相关函数控制步进电机运动。
技能目标：1. 能够正确选用步进电机驱动器，完成电路连接和参数设置。
2. 熟练运用编程软件编写步进电机驱动程序，实现步进电机的精确控制。
3. 培养动手实践能力，学会分析并解决步进电机控制过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对步进电机驱动技术研究的兴趣，激发创新意识。
2. 培养学生团队协作意识，学会与他人共同解决问题。
3. 增强学生对我国电机驱动技术发展的自豪感，培养爱国主义情怀。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，以理论知识为基础，重点培养学生的动手操作能力和实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的电子电路基础知识，具备初步编程能力，对步进电机控制有一定了解。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践，鼓励学生创新思维，提高解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 步进电机原理及分类：介绍步进电机的工作原理、特点及分类，结合教材第二章内容，理解步进电机在自动化领域的应用。
- 步进电机原理- 步进电机分类- 步进电机应用领域2. 步进电机驱动器：学习步进电机驱动器的功能、选型及参数设置，参考教材第三章内容，掌握驱动器与步进电机的连接方法。
- 步进电机驱动器功能- 驱动器选型- 参数设置及电路连接3. 步进电机驱动程序编写：学习编写步进电机驱动程序，结合教材第四章内容，熟练使用相关函数实现步进电机的运动控制。
- 驱动程序基本结构- 常用函数及功能- 实现步进电机运动控制4. 步进电机控制系统实践：结合教材第五章内容，进行步进电机控制系统实践，培养动手操作能力及问题解决能力。
步进电机驱动器课程设计策画报告(改)
目录1 绪论 ............................................. 错误!未定义书签。
2 设计方案 ......................................... 错误!未定义书签。
2.1步进电机介绍................................. 错误!未定义书签。
2.2设计方案的确定............................... 错误!未定义书签。
2.3设计思想与设计原理............................ 错误!未定义书签。
2.4单元电路的设计............................... 错误!未定义书签。
................................................ 错误!未定义书签。
................................................ 错误!未定义书签。
2.4.3 功率放大电路设计......................... 错误!未定义书签。
2.5总体设计...................................... 错误!未定义书签。
3 设计结果的仿真验证 ............................... 错误!未定义书签。
3.1部分电路的仿真................................ 错误!未定义书签。
................................................ 错误!未定义书签。
3.1.2 脉冲环形分配电路的仿真.................... 错误!未定义书签。
3.2总体电路的仿真............................... 错误!未定义书签。
4 设计方案的论证 ................................... 错误!未定义书签。
步进电机工作原理及驱动器电路设计
步进电机工作原理及驱动器电路设计(含源程序)步进电机工作原理及驱动器设计步进电机在控制系统中具有广泛的应用。
它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。
有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。
本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。
本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a. 单四拍b. 双四拍 c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
步进电机驱动控制技术及其应用设计研究
步进电机驱动控制技术及其应用设计研究步进电机是一种常用的电动机，其具有结构简单、控制方便、精度高等优点，被广泛应用于工业自动化控制系统中。
本文将对步进电机的驱动控制技术以及其在应用设计方面进行研究和探讨。
一、步进电机驱动控制技术1.1 步进电机原理步进电机的运动原理是通过在电机控制端子上依次给予电压，使得电机按一定步距转动。
步进电机通常由定子和转子组成，定子上包含若干相绕组，而转子则包括永磁体或铁芯。
当电流依次通过不同相绕组时，转子将按照一定的角度进行转动。
1.2 步进电机驱动方式步进电机驱动方式通常包括全、半、1/4等步进控制方式。
全步进控制方式是指每次给予电流的方向都是一致的，既称为前进驱动方式。
半步进控制方式是指在全步进控制方式的基础上，通过改变电流方向的顺序，实现更小的步距。
1/4步进控制方式则进一步细化了步距。
1.3 步进电机驱动控制器为了控制步进电机的运动，需要使用步进电机驱动控制器。
步进电机驱动控制器能够将外部控制信号转化为电机的转动。
控制器需要通过接收外部信号控制相绕组之间电流的顺序和时间，从而实现电机的旋转。
二、步进电机驱动控制技术的应用设计2.1 自动化设备中的应用步进电机广泛应用于各类自动化设备的推动和定位控制，如数控机床、包装机械、印刷设备等。
利用步进电机的准确性和可控性，在自动化设备中可以实现精确的位置控制和运动控制。
2.2 机器人领域的应用在机器人领域，步进电机是常用的驱动电机，可以用于机器人的关节控制和位置控制。
机器人的精确运动离不开步进电机的准确性和可控性。
2.3 医疗器械中的应用步进电机在医疗器械中应用较为广泛。
例如，用于手术机器人的驱动系统中，步进电机可以实现手术工具的精确定位和运动控制；在心脏搏动机等设备中，步进电机可以控制泵的运行状态和速度。
2.4 电子设备中的应用步进电机也常被应用于电子设备中，如3D打印机、扫描仪、打印机等。
步进电机可用于控制打印头的位置和速度，实现高精度的打印和扫描。
步进电机驱动器实训报告
一、实训目的本次实训旨在使学生了解步进电机驱动器的基本原理、组成结构和工作方式，掌握步进电机驱动器的调试方法，并通过实际操作提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。
二、实训内容1. 步进电机驱动器基本原理步进电机驱动器是将脉冲信号转换为角位移的执行机构。
它主要由脉冲发生器、驱动电路、电机和反馈系统组成。
当脉冲发生器输出一定频率的脉冲信号时，驱动电路根据脉冲信号控制电机的转动，实现精确的位置控制。
2. 步进电机驱动器组成结构（1）脉冲发生器：产生一定频率和周期的脉冲信号。
（2）驱动电路：将脉冲信号转换为电机驱动所需的电流和电压。
（3）电机：将电能转换为机械能，实现角位移。
（4）反馈系统：实时监测电机的位置和速度，为脉冲发生器提供反馈信号。
3. 步进电机驱动器工作方式步进电机驱动器通过控制脉冲信号的频率和周期，实现电机的精确位置控制。
当脉冲信号频率较高时，电机转速较快；当脉冲信号频率较低时，电机转速较慢。
4. 实训步骤（1）了解步进电机驱动器的基本原理和组成结构。
（2）观察步进电机驱动器的实物，了解各组成部分的功能。
（3）搭建步进电机驱动器实验电路。
（4）调试步进电机驱动器，实现电机的精确位置控制。
（5）分析实验数据，总结实验结果。
三、实训过程1. 观察步进电机驱动器实物通过观察步进电机驱动器实物，了解各组成部分的功能，为后续实验做好准备。
2. 搭建实验电路根据实验要求，搭建步进电机驱动器实验电路。
实验电路主要包括脉冲发生器、驱动电路、电机和反馈系统。
3. 调试步进电机驱动器（1）连接脉冲发生器，输出一定频率和周期的脉冲信号。
（2）调整驱动电路参数，使电机正常转动。
（3）观察电机转动情况，确保电机转动平稳、无异常。
（4）调整反馈系统，使脉冲发生器根据电机实际位置调整脉冲信号。
4. 分析实验数据通过实验数据，分析步进电机驱动器的性能。
主要分析内容包括：（1）电机转速与脉冲信号频率的关系。
（2）电机转速与负载的关系。
步进电机的电磁兼容性设计与测试
步进电机的电磁兼容性设计与测试步进电机的电磁兼容性设计与测试步进电机是一种常见的电机类型，常用于控制机械设备的运动。
然而，由于其特殊的工作原理和高频率的开关操作，步进电机往往在电磁兼容性方面存在一些问题。
为了解决这些问题，我们需要在设计和测试过程中采取一系列步骤。
首先，在设计阶段，我们应该选择适当的步进电机驱动器和控制电路。
这些电路应该具有良好的电磁抗扰能力，能够抵御外界电磁干扰。
我们可以寻找经过认证的产品或使用专门的EMC滤波器来降低电磁干扰。
其次，我们需要合理布局步进电机和相关电路的布线。
尽量减少电流回路和信号线之间的距离，使用屏蔽电缆和连接器，以降低电磁辐射和敏感度。
第三，我们应该注意地面的设计。
地面是电磁干扰的重要路径，不良的地面设计可能导致电磁干扰问题。
我们可以采用大面积的地面层，通过增加地面连接点、地面回路的密度和减小地面回路长度来改善地面的性能。
第四，进行电磁兼容性测试是不可或缺的。
在测试过程中，我们可以使用专业的电磁兼容性测试设备，如频谱分析仪和辐射扫描仪，以评估步进电机的电磁辐射和敏感度。
同时，还可以使用电磁兼容性测试工具，如电磁干扰电压和电流测试仪，来测量步进电机和相关电路对电磁干扰的抵抗能力。
最后，在测试结果基础上，我们可以采取一系列的措施来改善步进电机的电磁兼容性。
例如，我们可以增加屏蔽材料或屏蔽罩，优化电路布局，增加滤波器来减少电磁辐射和敏感度。
综上所述，步进电机的电磁兼容性设计与测试是一个系统工程，需要在设计和测试过程中采取一系列的步骤来解决电磁干扰问题。
通过合理的设计和测试，我们可以提高步进电机的电磁兼容性，确保其正常可靠地工作。
步进电机驱动系统设计报告
步进电机驱动系统设计报告1. 引言步进电机是一种常用的控制设备，它能够以离散的步进角度旋转，并且能够保持稳定位置。
本报告旨在介绍我们设计的步进电机驱动系统，包括硬件设计、软件开发和性能测试。
2. 硬件设计步进电机驱动系统的硬件设计包括供电电路、控制电路和电机驱动电路。
2.1 供电电路供电电路负责为整个系统提供电源。
我们选择了12V直流电源作为系统的供电电源，以保证电机稳定运行。
2.2 控制电路控制电路用于接收用户的控制指令，并将其转化为电机驱动信号。
我们采用了微处理器进行控制电路的设计，利用其IO口和相关外围电路实现与电机驱动电路的连接。
2.3 电机驱动电路电机驱动电路通过给定特定的电流和方向信号，控制步进电机的转动。
我们采用了步进电机驱动芯片进行电机驱动电路的设计，驱动芯片能够根据输入信号的变化，控制电机按照给定的步进角度旋转。
3. 软件开发软件开发包括电机控制程序的编写和电机控制界面的设计。
3.1 电机控制程序电机控制程序根据用户的输入指令，通过控制电路向电机驱动电路发送正确的信号，从而控制电机转动。
我们采用了C语言进行程序编写，结合控制电路的IO 口进行控制信号的生成。
3.2 电机控制界面电机控制界面是用户与系统进行交互的接口。
我们设计了一个简单的图形用户界面，用户可以通过该界面设置电机的运行参数，包括步进角度、转速等。
4. 性能测试为了验证步进电机驱动系统的性能，我们进行了一系列的性能测试。
4.1 步进角度测试我们通过设置不同的旋转角度，测试步进电机在给定角度下的准确度。
测试结果显示，步进电机能够非常稳定地按照给定角度旋转。
4.2 转速测试转速测试用于检验步进电机在不同速度下的运行情况。
实验结果表明，步进电机能够在不同速度下保持平稳运行，并且具有较高的转速稳定性。
4.3 负载能力测试负载能力测试用于测试步进电机在不同负载情况下的运行情况。
我们通过增加外加负载，测试了步进电机在不同负载下的转速和转矩。
步进电机驱动器设计及技术改进
步进电机驱动器设计及技术改进摘要:本文分析了步进电机的应用及其驱动技术研究,给出了设计软件程序实例、硬件原理图及输出波形图,并提出了相应的改进措施。
关键词:步进电机环形分配细分步进电机结构简单而且控制方便,在机械及自动控制等领域应用较普遍,但是步进电机也存在步距角较大、低频振动等缺点,如需在精度要求较高的工程中应用,除要提高制造工艺,选取高精度高性能的步进电机外,对步进电机驱动技术的研究也是很有必要的。
1 步进电机工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构,它有别于普通的旋转电机,步进电机的旋转运动和输入的脉冲个数有严格的对应关系,并以此来控制其角位移量,同时依靠步进电机特有的自锁能力使其保持在目标位置。
2 驱动器设计步进电机运动方式的特殊性决定了它需用一个专用的驱动器来供电,驱动器主要功能是对输入脉冲分配后再进行功率放大,放大后的功率信号按特定顺序轮流加到电机绕组的两端,控制步进电机运动。
驱动器主要由环形分配器、功率放大器及其他控制电路组成,其中环形分配器是步进电机驱动器设计的关键。
目前的DSP技术发展较快,特别是美国TI公司的2000系列DSP 是专为控制各种电机设计的,本文以TMS320LF2407控制两相四拍的步进电机为例,主要介绍最常用的两种设计环形分配器的方案:一是通过DSP的PWM口,在程序里对EV A或者EVB的4个PWM口进行精确的时序分配,利用纯软件的方法实现环形分配器;二是以专业的芯片电路为基础,如集成电路芯片L297+L298组成得驱动电路或者THB7128芯片等,利用DSP的I/O口即可实现对环形分配器的控制。
两种方案各有优缺点,下面详细介绍两种方案实现方法。
2.1 硬件实现环形分配器本文选取比较常用的集成电路芯片L297和L298的组合,该方案特点是控制简单,只需要对L297芯片的几个输入端进行控制即可,其中包括脉冲信号CLK、方向控制信号CW/CCW、半步和整步选择控制信号HALF/FULL 以及使能信号EN。
《2024年步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》范文
《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言步进电机是一种通过输入脉冲序列来驱动转动的电机，其运动方式为离散化的步进动作。
步进电机广泛应用于精密定位、速度控制以及数字化系统等场景。
本文将针对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究，深入探讨其原理、特点以及在各个领域的应用。
二、步进电机驱动控制技术原理步进电机主要由定子、转子和驱动器三部分组成。
定子上有多个磁极，转子则由多个磁性材料制成的齿组成。
驱动器根据输入的脉冲序列，控制定子上的电流变化，从而产生旋转磁场，使转子按照一定的方向和角度进行转动。
步进电机驱动控制技术主要包括以下几种：1. 恒流驱动技术：通过恒流源对步进电机进行驱动，保证电机在不同负载和转速下均能保持稳定的运行状态。
2. 微步技术：通过精细控制驱动器的脉冲序列，使步进电机在每个方向上实现微小角度的转动，从而提高电机的定位精度和运行平稳性。
3. 环形分布电流技术：通过对定子上的磁极进行环形分布电流的控制，实现对步进电机的持续运动控制，使得步进电机的转动更为流畅和准确。
三、步进电机驱动控制技术的应用设计步进电机驱动控制技术在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 精密定位系统：步进电机的高精度定位能力使得其在精密定位系统中得到广泛应用，如数控机床、精密测量仪器等。
通过微步技术和环形分布电流技术的应用，可以实现高精度的定位和运动控制。
2. 速度控制系统：步进电机在速度控制系统中也有着重要的应用，如打印机、电动阀等。
通过调整脉冲序列的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。
3. 数字化系统：步进电机在数字化系统中也有着广泛的应用，如数字标牌、机器人等。
通过将步进电机的运动与数字信号进行映射，可以实现数字化的运动控制和显示功能。
四、应用设计实例分析以数控机床为例，分析步进电机驱动控制技术的应用设计。
数控机床是一种高精度的加工设备，其运动控制系统对加工精度和效率具有重要影响。
三相混合式步进电机驱动器设计原理和控制详解
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发，42系列低压三相混合式步进电机，57系列低压、高压三相混合式步进电机，86系列低压、高压三相混合式步进电机，110、130系列高压三相混合式步进电机，YK3605MA，TK3411MA，YK3822MA，YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，转子和定子的直径比高达50%，高速时工作扭矩大，低速时运行极其平稳，几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入，三相正弦输出，输出电流可设置，具有十细分和半流额定值60%功能；控制方式灵活，有“脉冲+方向控制”，也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式；有过热保护功能，因此使用起来十分的方便。
1．前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件，以脉冲方式进行控制，输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比，其突出优点就是价格低廉，并且无积累误差。
但是，步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或消除低频振动，使电机运行更加平稳均匀。
总体来说，细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成，本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
《2024年步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》范文
《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言随着工业自动化及智能化技术的快速发展，步进电机作为一种常见的执行元件，在各种机械设备、自动化生产线、机器人等领域得到了广泛应用。
步进电机驱动控制技术是步进电机正常工作的关键，其性能的优劣直接影响到设备的运行效率和稳定性。
因此，对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究具有重要的理论和实践意义。
二、步进电机概述步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
其工作原理是利用电机的磁场作用力，使电机按照一定的方向转动一个固定的角度，即“步进”。
步进电机具有结构简单、控制方便、精度高等优点，因此在各种自动化设备中得到了广泛应用。
三、步进电机驱动控制技术步进电机驱动控制技术主要包括脉冲分配技术、电机驱动电源设计和控制算法设计等方面。
1. 脉冲分配技术脉冲分配技术是步进电机控制的核心技术之一。
通过精确地控制电机的脉冲数、脉冲频率和脉冲分配顺序，可以实现电机的精确控制。
常见的脉冲分配方式有单相、两相和四相等。
其中，两相混合式步进电机因其结构简单、性能稳定等优点得到了广泛应用。
2. 电机驱动电源设计电机驱动电源是步进电机驱动控制系统的关键部分。
它需要提供稳定的电流和电压，以满足电机的运行需求。
同时，驱动电源的抗干扰能力也需要足够强，以保护电机免受外部电磁干扰的影响。
3. 控制算法设计控制算法是步进电机实现精确运动的关键。
常见的控制算法包括开环控制和闭环控制。
开环控制简单易行，但精度较低；而闭环控制则可以通过反馈机制实时调整电机的运动状态，实现高精度的运动控制。
四、步进电机应用设计研究步进电机应用设计研究主要涉及其在各种设备中的应用及优化设计。
下面以某自动化生产线上的步进电机应用为例进行说明。
在自动化生产线中，步进电机常被用于驱动各种执行机构，如传送带、抓取装置等。
为了实现精确的运动控制，需要对步进电机的驱动控制系统进行优化设计。
首先，根据实际需求选择合适的步进电机型号和脉冲分配方式；其次，设计合理的电机驱动电源，保证其抗干扰能力和稳定性；最后，采用闭环控制算法对电机进行精确控制。
基于细分控制的步进电机驱动器的设计
基于细分控制的步进电机驱动器的设计步进电机驱动器是一种常用于精密控制系统的电机驱动器，其通过精确的细分步进来控制电机的位置和速度。
在设计步进电机驱动器时，需要考虑到多个因素，包括电机的规格、细分控制的方式、控制信号的生成和电机保护等。
以下是一个基于细分控制的步进电机驱动器设计的详细说明。
首先，我们需要选择合适的步进电机作为驱动器的核心。
步进电机的规格包括相数、相电流、步距角等。
根据实际需求和应用场景选择合适的步进电机，一般需要考虑到负载要求、精度要求和速度要求等因素。
接下来，我们需要设计细分控制的方式。
细分控制是通过改变驱动器的控制信号来实现的，常见的细分控制方式有全步进控制、半步进控制和微步进控制。
全步进控制是最简单的控制方式，步进角为1.8°；半步进控制将相邻的全步进位置再二分，步进角为0.9°；微步进控制是最精确的控制方式，它可以将步进角细分到更小的角度，如0.18°或更小。
选择细分控制方式需要根据实际需求和精度要求来决定。
控制信号的生成是步进电机驱动器设计中的一个重要环节。
我们可以使用微处理器或专用的步进电机控制芯片来生成控制信号。
控制信号的频率和脉宽决定了步进电机的速度和位置。
通过调整脉冲频率和脉冲宽度，可以实现对步进电机的精确控制。
同时，还可以使用加速和减速算法来实现步进电机的平滑运动。
在设计步进电机驱动器时，还需要考虑到电机的保护机制。
步进电机在工作时可能会产生过大的热量，因此需要设计合理的散热系统来降低电机温度。
此外，还需要考虑到过流、过压和过载等故障保护功能，以保护电机和驱动器的安全。
综上所述，基于细分控制的步进电机驱动器的设计需要考虑到电机规格的选择、细分控制方式的确定、控制信号的生成和电机保护等多个因素。
通过合理设计和调整参数，可以实现对步进电机的精确控制，满足不同应用需求。
同时，还需要注意安全保护和散热等问题，以确保步进电机驱动器的稳定运行。
三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解
上海昀研自动化科技有限公司自2004年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发，42系列低压三相混合式步进电机，57系列低压、高压三相混合式步进电机，86系列低压、高压三相混合式步进电机，110、130系列高压三相混合式步进电机，YK3605MA，TK3411MA，YK3822MA，YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。
上海昀研自动化科技有限公司生产的三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，转子和定子的直径比高达50%，高速时工作扭矩大，低速时运行极其平稳，几乎无共振区。
其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入，三相正弦输出，输出电流可设置，具有十细分和半流额定值60%功能；控制方式灵活，有“脉冲+方向控制”，也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式；有过热保护功能，因此使用起来十分的方便。
1．前言步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件，以脉冲方式进行控制，输出角位移。
与交流伺服电机及直流伺服电机相比，其突出优点就是价格低廉，并且无积累误差。
但是，步进电机运行存在许多不足之处，如低频振荡、噪声大、分辨率不高等，又严重制约了步进电机的应用范围。
步进电机的运行性能与它的驱动器有密切的联系，可以通过驱动技术的改进来克服步进电机的缺点。
相对于其他的驱动方式，细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角，提高分辨率，而且可以减少或消除低频振动，使电机运行更加平稳均匀。
总体来说，细分驱动的控制效果最好。
因为常用低端步进电机伺服系统没有编码器反馈，所以随着电机速度的升高其内部控制电流相应减小，从而造成丢步现象。
所以在速度和精度要求不高的领域，其应用非常广泛。
因为三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩，所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。
传统的三相混合式步进电机控制方法都是以硬件比较器完成，本文主要讲述使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机控制。
简易步进电机驱动系统的设计与实现
简易步进电机驱动系统的设计与实现摘要:本实验设计了一个简易的步进电机驱动电路，使用了SST89E516RD单片机、ULN2803电机驱动芯片和四相八拍的步进电机。
实验的目标是通过控制电路，使步进电机按照预定的顺序旋转。
首先，我们将SST89E516RD单片机与ULN2803电机驱动芯片进行连接。
单片机的相应引脚连接到ULN2803的输入端，ULN2803的输出端通过电阻连接到步进电机的控制端。
然后，根据步进电机的类型和步进方式，我们确定了四相八拍的驱动顺序。
通过对ULN2803的输入信号进行适时改变，可以实现步进电机的转动。
关键词：步进电机驱动电路，SST89E516RD单片机，四相八拍的步进电机，ULN2803电机驱动芯片，步进电机的转动一、设计任务与要求1、基本要求(1）利用SST89E516RD单片机、ULN2803电机驱动芯片和四相八拍的步进电机，设计一个简易的步进电机驱动电路；(2）使用嘉立创EDA或者Altium Designer软件完成硬件原理图的设计，并借助SST89E516RD单片机实验箱完成硬件电路的搭建；(3）利用Keil等集成开发环境，完成汇编语言软件的编写和调试，并借助串口下载器将程序下载到实验系统上运行，本系统可以利用按键对步进电机进行加速和减速顺时针转动。
2、拓展要求（选做）设计C语言代码完成上述基本要求，并且读取按键值，使步进电机进行逆时针转动。
二、总体方案设计（一）总体方案论证1. 步进电机选型：根据实验要求和预设条件，选择具有合适参数的步进电机作为驱动电机。
需要考虑的参数包括步距角、相数、电机型号等。
选择步进电机时需要根据实际需求确定电机的转速和扭矩要求，以及所需要的精度和分辨率等。
2. 驱动电路设计：步进电机的驱动电路通常由电流控制器和功率放大器组成。
电流控制器负责产生所需的驱动信号，而功率放大器则负责将信号放大以驱动步进电机。
常见的驱动方式包括双极性驱动和四相驱动。
新型步进电机驱动电路的研制的开题报告
新型步进电机驱动电路的研制的开题报告一、研究背景步进电机作为一种常见的电动驱动设备，在现代工业生产中得到了广泛的应用。
相比于传统的直流电机和交流电机，步进电机具有结构简单、响应速度快、精度高等突出优势，所以在自动化设备、机器人、通讯设备等行业得到了广泛的应用。
传统的步进电机驱动电路采用的是单片机、逻辑门电路等方案，但是这些驱动电路的传输速度慢、响应不及时、耗能大等缺点，已经无法满足现代工业对于精准驱动的需求。
因此，本研究旨在研发一种新型的步进电机驱动电路，以提高步进电机的响应速度和精度，降低功耗，满足现代工业自动化的需求。
二、研究内容本研究的主要工作包括以下几个方面：1. 调研步进电机的工作原理和结构特点，分析现有的步进电机驱动电路的优缺点；2. 设计一种基于现代数字电路技术的步进电机驱动电路，包括步进电机的驱动板、逆变器板、速度控制板、电源模块、信号输入模块等；3. 确定步进电机的驱动方式，选择合适的控制算法，对驱动电路进行模拟仿真和实验验证；4. 对新型步进电机驱动电路进行性能测试和评估，比较其与传统驱动电路的差异，以及实际应用中的效果。
三、研究意义本研究将为步进电机驱动技术的发展提供新的思路和方向。
研发出新型的步进电机驱动电路，可以显著提高步进电机的响应速度和精度，降低功耗，使其在自动化生产线等高精度应用场合中得到更广泛的应用。
同时，本研究还可以促进数字电路技术在电机控制领域的应用和发展，为我国的数字化制造产业提供新的支持和保障。
四、研究方法本研究采用理论研究和实践操作相结合的方法，具体步骤如下：1. 调研和分析现有的步进电机驱动电路，总结其特点和不足，确定新型电路的设计思路；2. 设计步进电机驱动电路的硬件配置和软件算法，进行仿真验证和优化设计；3. 制作新型驱动电路的原型机，进行性能测试和参数调整，探索最优的驱动方式；4. 对实验结果进行数据分析统计，结合理论分析，进一步优化步进电机驱动电路的性能和稳定性。
步进电机驱动器的设计资料.doc
步进电机驱动器的设计资料.doc1 绪论1.1 引言步进电动机一般以开环运行方式工作在伺服运动系统中,它以脉冲信号进行控制,将脉冲电信号变换为相应的角位移或线位移｡步进电动机可以实现信号的变换,是自动控制系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件｡由于其控制系统结构简单,控制容易并且无累积误差,因而在20世纪70 年代盛行一时｡80 年代之后,随着高性能永磁材料的发展､计算机技术以及电力电子技术的发展,矢量控制技术等一些先进的控制方法得以实现,使得永磁同步电机性能有了质的飞跃,在高性能的伺服系统中逐渐处于统治地位｡相应的,步进电机的缺点越来越明显,比如,其定位精度有限､低频运行时振荡､存在失步等,因而只能运用在对速度和精度要求不高,且对成本敏感的领域｡技术进步给步进电动机带来挑战的同时,也带来了新的发展遇｡由于电力电子技术及计算机技术的进步,步进电动机的细分驱动得以实现｡细分驱动技术是70 年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合性能的驱动控制技术｡实践证明,步进电机脉冲细分驱动技术可以减小步进电动机的步距角,提高电机运行的平稳性,增加控制的灵活性等｡由于电机制造技术的发展,德国百格拉公司于1973 年发明了五相混合式步进电动机,又于1993 年开发了三相混合式步进电动机｡根据混合式步进电动机的结构特点,可以将交流伺服控制方法引入到混合式步进电机控制系统中,使其可以以任意步距角运行,并且可以显著削弱步进电机的一些缺点｡若引入位置反馈,则混合式步进电机控题正是借鉴了永磁交流伺服系统的控制方法,研制了基于DSP的三相混合式步进电机驱动器｡1.2 步进电机及其驱动器的发展概况按励磁方式分类,可以将步进电动机分为永磁式(PM) ､反应式(VR)和混合式(HB)三类,混合式步进电动机在结构和原理上综合了反应式和永磁式步进电动机的优点,因此混合式步进电动机具有诸多优良的性能,本课题的研究对象正是混合式步进电机｡20 世纪60 年代后期,各种实用性步进电动机应运而生,而半导体技术的发展则推进了步进电动机在众多领域的应用｡在近30 年间,步进电动机迅速的发展并成熟起来｡从发展趋势来讲,步进电动机已经能与直流电动机､异步电动机以及同步电动机并列,从而成为电动机的一种基本类型｡特别是混合式步进电动机以其优越的性能(功率密度高于同体积的反应式步进电动机50%)得到了较快的发展｡其中,60 年代德国百格拉公司申请了四相(两相)混合式步进电动机专利,70 年代中期,百格拉公司又申请了五相混合式步进电动机及驱动器的专利,发展了性能更高的混合式步进电动机系统｡这个时期各个发达工业国家建立了混合式步进电动机规模生产企业｡此外,1993 年,也就是五相混合式步进电动机及驱动器专利到期之时,百格拉公司又申请了三相混合式步进电动机的专利｡步进电机具有以下优点:(1)步距值不容易受各种干扰因素的影响｡它的速度主要取决于输入脉冲的频率,转子运动的总位移取决于输入的脉冲总数,相对来说,电压大小､电流数值和温度的变化等因素不影响步距值;(2)无位置累积误差｡步进电动机每走一步的实际步距值与理论值总有一定的误差,走任意步数之后也总有一定误差,但是因每转一周的累计误差为零,所以步距值的误差是不累积的;(3)控制性能好｡改变通电顺序,就可以方便的控制电动机正转或反转,起动､转向､制动､改变转速及其他任何运动方式的改变都可以在少数脉冲内通过改变电脉冲输入就能控制,在一定的频率范围内运行时,任何运行方式都不会丢失一步;(4)步进电机还有自锁能力,当步进电机停止输入,而让最后一个脉冲控制的绕组继续保持通电时,则电动机可以保持在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上,能够实现停车时转子定位｡因此,步进电机在机械､冶金､电力､纺织､电信､仪表､办公自动化设备､医疗､印刷以及航空航天等工业领域获得了广泛的应用｡例如机械行业中,在数控机床上的应用,可以算是典型的例子｡可以说步进电动机是经济型数控机床的核心｡我国的步进电机行业起步较早,但大多都是反应式步进电动机,直到目前,仍有许多国内用户使用反应式步进电机｡混合式步进电机的特点是效率高､力矩大､运行平稳､高频运行时矩频特性好,在发达国家中,越来越广泛的使用性能优越的五相和三相混合式步进电机,步进电机驱动技术的发展也十分迅速｡我国步进电机的应用虽然起步较早,但其驱动技术的发展相对落后,成为制约步进电机应用与发展的主要因素｡国内仍有不少用户沿用己被国外淘汰的单电压串电阻等落后的驱动方式,驱动器电路中使用分立元件居多,可靠性差,且各厂家的驱动技术规范､技术等级､生产工艺参差不齐｡目前发达国家的驱动器已进入恒相电流与细分技术相结合的阶段,使步进电机低速运行振荡很小､高速运行时转矩下降较小｡[1-3]步进电机驱动技术的进步离不开电力电子技术和微机控制技术的发展｡交流调速技术的发展过程表明,现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速系统的飞速发展;现代控制理论的发展和应用,电力电子技术的发展和应用,微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件｡电力电子器件及微处理器是高性能交流传动系统和现代电力电子设备的核心｡电力半导体器件以开关阵列的形式应用于电力变流器中,把相同频率､或者是不同频率的电能进行交-直(整流器)､直-直(斩波器)､直-交(逆变器)和交-交变换｡电力电子器件经历了以下几个发展阶段:第一个阶段是20 世纪80 年代中期以前,是以门极不可关断的晶闸管(Thyristor)为代表的半控型器件,这种在20 世纪50 年代晚期出现的器件使得固态电力电子器件进入了一个新纪元｡晶闸管主要用于直流电动机的驱动器中,必须配以辅助换流措施才能实现可靠的换流,控制线路复杂､效率低､可靠性差,而且开关频率低,使得变频电源中含有大量的谐波分量,转矩脉动大､噪声大及发热严重｡第二个阶段是20 世纪80 年代中期到90 年代,是以门极可关断晶闸管(GTO)､双极型晶体管(BJT)､电力场效应晶体管(P-MOSFET)等为代表的全控型器件｡如今GTO 产品的额定电流､电压已超过6kA､6kV,在10MViA 以上的特大型电力电子变换装置中已有不少应用,但其为电流驱动,故所需的驱动功率较大;BJT已模块化,在中小容量装置中得到推广,但其驱动功率较大,开关速度慢,影响了逆变器的工作频率和输出波形;MOSFET 开关速度快,驱动功率小,电压型控制,但器件功率等级低,导通压降大,限制了逆变器的容量｡第三个阶段是20 世纪90 年代,是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型功率器件,主要特点为门极电压控制,故其所需驱动功率较小｡IGBT 结合了MOSFET和BJT的优点,具有高开关频率,门极电压驱动,不存在二次击穿问题,无需吸收电路,又具有BJT大电流密度,低导通压降的特性｡新一代的智能功率模块(IPM)集功率器件IGBT､驱动电路､检测电路和保护电路于一体,实现过流､短路､过热､欠压保护,模块包含三相桥逆变器,从而使装置体积缩小,可靠性提高｡20 世纪90 年代末至今,电力电子器件的发展进入了第四代,这里只介绍一下电力半导体家族中的最新成员—集成门极换向晶闸管(Integrated gate-commutated thyristor),它是ABB公司于1997年发明的,它基本上是一种高压､大功率､非对称截止GTO 晶闸管,其关断电流增益为1,可见其驱动功率之小｡该器件的导通压降､开通di/dt､门极驱动损耗､少数载流子存储时间和关断dv/dt 据称都优于GTO晶闸管｡器件更快的开关速度使得无缓冲器运行成为可能,也使其开关频率高于GTO晶闸管｡多个IGCT 可以串联或并联成更高功率的应用｡该器件已经用于电力系统的联网设备(100M ViA)和中等功率(高达5MW)工业传动中｡[4-6]全数字化是交流调速系统的发展趋势｡交流调速系统最初多为模拟电子电路组成,由于模拟电路固有的弊端,决定了很多控制算法很难在系统上实现｡近几十年来,由于微机控制技术,特别是以单片机及数字信号处理器(DSP)为控制核心的计算机控制技术的飞速发展和广泛应用,许多复杂的控制算法得以实现,如矢量控制中的复杂坐标变换､解耦控制､滑模变结构控制､参数辨识的自适应控制等,这些是模拟电路无法做到的,可以毫不夸张的说以微处理器为核心的数字控制已成为现代交流调速系统的主要特征之一｡常用于交流调速系统的微处理器简介如下｡(1). 单片机｡一片单片机芯片就是一台微型计算机,其上集成有用户需要的一些外设,如定时/计数器､D/A､A/D等,这样就大大缩小了控制器的体积,降低了成本,提高了可靠性｡然而单片机对大量数据的处理能力有限,因此只用于一些对性能要求不高的场合｡(2). 数字信号处理器(DSP)｡为了提高运算速度,在20世纪80年代出现了数字信号处理器,其上一般集成有硬件乘法器､时钟频率很高,一些高性能的DSP 还支持浮点运算｡世界各大DSP生产商还推出了集成有PWM 生成硬件､A/D､正交编码电路等专门针对于电机控制的DSP 芯片,常见的如TI 公司的C2000系列｡电机控制专用的DSP芯片使控制系统硬件简化,性能和可靠性得到了空前的提高｡(3). 高级专用集成电路(ASIC)｡ASIC也称为适合特定用途的IC,是能完成特定功能的专用芯片｡例如用于交流变压变频用的SPWM波发生器HEF4752 (英国Mullard公司产品,适用于开关频率1kH 以下)､SLE4520(德国西门子公司产品,适用于开关频率20kH以下)｡现代高级专用集成电路的功能远远超过一个发生器,往往能够包括一种特定的控制系统,例如,德国应用微电子研究所(IAM)1994 年推出的VECON,是一个交流伺服系统的单片矢量控制器,包括控制器,能完成矢量运算的DSP 协处理器､PWM 定时器,以及其他外围和接口电路,都集成在一片芯片之内,使可靠性大幅度提高｡2 混合式步进电动机的原理及其驱动控制三相混合式步进电动机与反应式和永磁式步进电动机相比,具有很多优点,获得了越来越广泛的应用｡电流闭环､三相正弦电流驱动是三相混合式步进电动机常用的驱动方式｡2.1 三相混合式步进电动机的结构和工作原理2.1.1 三相混合式步进电动机的结构混合式步进电动机是一种十分流行的步进电动机｡它既有反应式步进电动机的高分辨率,每转步数比较多的特点,又有永磁式步进电动机的高效率,绕组电感比较小的特点,故称混合式｡图2-1 给出了三相混合式步进电动机的内部结构图及其定子结构图｡从结构上看,它的定子通常有多相绕组,定､转子上开有很多齿槽,类似反应式步进电动机｡转子上有永久磁铁产生的轴向磁场,这与永磁式步进电动机相似｡图2-1三相混合式步进电机内部结构图及定子示意图Fig.2-1Three-phase hybrid stepping motor and the stator internal schematic diagram 混合式步进电动机的转子一般由环形磁钢及两段铁心组成,环形磁钢在转子的中部,轴向充磁,两段铁心分别装在磁钢的两端,转子的铁心外圆周有均匀分布的小齿,两段铁心上面的小齿沿圆周相互错开半个齿距｡定､转子小齿的齿距通常相同｡一段转子的磁力线沿转子表而呈放射形进入定子铁心,称为N极转子,另一段转子的磁力线是从定子沿定子表面穿过气隙回归到转子中去的,称为S极转子｡可见,通过转子分段错齿和转子轴向永磁励磁,三相混合式步进电机在结构上巧妙的实现了多极对数永磁凸极同步电机的思想,从原理上讲是低速凸极永磁同步电机｡可见,混合式步进电动机既可以用作同步电动机进行速度控制,又可以用作步进电动机进行位置开环控制｡[7-9]2.1.2 三相混合式步进电动机的工作原理图2-2 给出了一台简单的三相混合式步进电动机的横截面示意图｡图中三相混合式步图2-2三相混合式步进电动机示意图Fig.2-2Three-phase hybrid stepping motor diagram进电动机的定子为三相六极,三相绕组分别绕在相对的两个磁极上,且这两个磁极的极性是相同的｡它的每段转子铁心上有八个小齿,两段铁心上的小齿相互错开半个齿距｡从电动机的某一端看,当定子的一个磁极与转子齿的轴线重合时,相邻磁极与转子齿的轴线就错开1/3齿距｡混合式步进电动机的气隙磁动势由转子永磁体产生的磁动势Fr 和定子绕组电流产生的磁动势Fs 组成｡在电机运行过程中,随着绕组中通入的电流方向的变化,这两种磁动势有时是相加的,有时又是相减的,转子磁动势与定子磁势相互作用,产生电磁转矩｡当A相绕组通电时,转子处于图2-2 中所示的稳定平衡位置,此时与N 段转子铁心相对的定子 A 相极下气隙磁导最大,与S 段转子铁心相对的定子 A 相极下气隙磁导最小｡当外加力矩使转子偏离稳定平衡位置时,例如转子向顺时针方向转了一个小角度θ,则定子与两段转子齿的相对位置及作用转矩的方向如图2-3 所示｡可以看到,两段转子铁心所受到的电磁转矩方向相同,都是使转子回到稳定平衡位置的方向｡绕组的通电状态改变,电动机的稳定平衡位置也改变,在电磁转矩的作用下,转子将转到新的平衡位置｡上面说的是单相通电时的情况,但是为了增加电机的输出转矩,提高电机绕组利用率,在三相混合式步进电动机的应用中,一般采用三相同时通电的控制方式｡图2-4给出了三相混合式步进电动机三相同时通电时绕组电流状态示意图, 图2-4a 到图2-4f中的转子位置分别与图2-4g中t1至t6时刻的绕组通电状态相对应｡每相绕组的电流在每个周期内共上面说的是单相通电时的情况,但是为了增加电机的输出转矩,提高电机绕组利用率,在三相混合式步进电动机的应用中,一般采用三相同时通电的控制方式｡图2-4给出了三相图2-3 A相绕组通电时转子偏离平衡位置的受力图Fig.2-3A rotor winding energized by trying to deviate from the equilibrium position混合式步进电动机三相同时通电时绕组电流状态示意图, 图2-4a 到图2-4f中的转子位置分别与图2-4g中t1至t6时刻的绕组通电状态相对应｡每相绕组的电流在每个周期内共有三个状态,电流变化一个周期,转子旋转一周｡此时电机每转的步数S可由式(2-1)得到｡S=k*m*Z (2-1)式中,k 为电动机每转电流状态变化的次数;m 为电机的相数;Z 为电机齿数｡对于三相混合式步进电动机,设转子有50 个齿,根据式(2-1)和图2-4 可以计算出此时电机每转步数S为:S=4*3*50=600 (2-2)若电机每转一周,相电流只有两个状态,即电机绕组只有正､负通电状态,无零电流状态,根据式(2-1),可得电机每转步数为300｡可见,通过增加绕组通电状态数可以使混合式步进电动机的步距角减小,增加走步精度,对于减小混合式步进电动机运行过程中的振动有很大的作用｡其实,这个例子也暗含了混合式步进电动机细分控制的基本原理,细分控制是目前最有效的减小步进电动机振动的方法,后面将会给出详细的介绍｡2.2 步进电动机应用中要注意的问题当选用步进电动机作为系统的执行元件时,一定要了解步进电机的技术参数,特别是其矩频特性｡步进电机输出转矩随转速升高而下降,选型时一定要参考矩频特性曲线图,图2-4三相同时通电半步运行时绕组电流示意图Fig.2-4Three-phase power half a step whilerunning winding current diagram 根据设备运动速度和加速度,计算好所需工作转矩和转动惯量｡步进电动机的选用主要考虑以下几个指标:[1-3](1).步距角θ:每给定一个电脉冲信号,电动机转子所应该转过角度的理论值,步距角越小,分辨率越高｡其计算公式如下:θ=NZ 360 (2-3) 式中,Z 为转子的齿数,N 为转子转过一个齿距的运行拍数｡ (2).步进电机的转速n ｡若步进电动机所加的控制脉冲频率为f,则步进电动机的转速为: n=NZf 60 (2-4) 可见步进电机转速的高低,取决于输入到步进电机驱动器的脉冲频率的高低｡步进电动机在不失步､不丢步的前提下,其转速和转角与电压､负载､温度等因素无关,因而步进电动机可直接采用开环控制,简化控制系统｡(3).最大空载起动频率｡电机在某种驱动形式､电压及额定电流下,在不加负载的情况下,能够直接起动的最大频率,起动频率越高,则电机快速响应性能越好｡图2-5 90BYG350C 型电机的矩频特性图 Fig.2-5 90BYG350C type motormoment frequency response plots(4).矩频特性｡电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与控制脉冲频率关系的曲线称为运行矩频特性,这是步进电动机最重要的参数之一,是电机诸多动态曲线中最重要的,也是电机选择的根本依据｡图 2-5为本课题所用的混合式步进电动机(型号为 90BYG350C)的矩频特性图｡由图可以看到,该步进电动机的保持转矩为 6Nm,随着转速的升高,其转矩不断减小,当转速达到 1200r/min 时,转矩已不到 1.6Nm ｡所以选用步进电动机时一定要参考其矩频特性图,不能只看保持转矩或最大静转矩,要根据电机运行工况,考虑一定的裕量｡(5).步进电动机的共振点｡步进电机均有固定的共振区域,二､四相混合式步进电机的共振区一般在180Hz 到250Hz 之间(步距角 1.8 度)或在400Hz 左右(步距角为0.9 度),电机驱动电压越高､电机电流越大､负载越轻､电机体积越小,则共振区向上偏移｡为使电机输出转矩大,避免失步和降低整个系统的噪音,一般要求工作点均偏离共振区｡2.3 步进电动机的振动和失步步进电动机的振动是其固有的缺点,在上节所说的步进电动机选择标准中就提到,使用步进电动机时一定要考虑电动机的共振点,这样可以人为的让步进电动机运行区域避开步进电动机的共振点,使步进电动机运行的更加平稳､噪声小,避免失步｡下面介绍一下步进电动机运行时产生振动的原因｡步进电动机在步进状态运行时,转子运动是一衰减振荡过程｡电动机在低频步进运行时,定子绕组每改变一次通电状态,转子就前进一个步距角｡由于转子的自由振荡,它将不能及时的停留在新的平衡位置｡而是按自由振荡频率振荡几次才衰减到新的平衡位置｡每加一次脉冲,进行一次转换,转子都从新的转矩曲线的跃变中获得一次能量的补充,这样步进电动机在低频步进运行时,类似于一种强迫振荡｡当控制脉冲的频率等于或接近于步进电动机振荡频率的1/k 倍(k=1,2,3…..)时,电动机就会出现强烈的振动现象,严重的将导致失步或无法工作｡当步进电动机在高频脉冲下连续运行时,前一次的振荡尚未达到第一次回摆的最大值,下一个脉冲已经到来｡当频率更高时,甚至在前一步振荡尚未达到第一次的峰值就开始下一步,则电机可以连续､平滑地转动,转速也比较稳定｡但是当脉冲频率过高,达到或超过最大连续运行频率fmax时,由于绕组电感的作用,动态转矩下降很多,负载能力较弱,且由于电机的损耗,如轴承摩擦､风摩擦等都大为增加,即使在空载下也不能正常运行｡另外,当脉冲频率过高时,矩角特性的移动速度相当快,转子的惯性导致转子跟不上矩角特性的移动,则转子位置距平衡位置之差越来越大,最后因超出动稳区而丢步｡[10-15]由于步进电动机特殊的运行机理,要完全消除其振荡是不可能的,只有采取一定的措施,在一定程度上抑制其振荡,防止发生失步｡目前,抑制步进电机振荡的方法主要有:(1)采用细分驱动方式,适当增加细分数;(2)增加阻尼;(3)采用位置或速度闭环控制｡其中第三条方法能从根本上解决步进电动机振荡的问题,但此时控制系统较复杂,成本也高｡因此在实际应用中一般采用第一条和第二条方法｡增加阻尼一般有两种方法:增加机械阻尼和电气阻尼｡机械阻尼是增加电机转子的干摩擦阻力或粘性阻力｡其缺点是增大了惯性,使电机的速度性能变坏,体积增大｡电气阻尼则有多相激磁阻尼､延迟断开阻尼等｡其实,从原理上说,细分驱动也就是采用了增加电气阻尼的技术｡对于混合式步进电动机,由于其转子中加入了永磁体,因而,混合式步进电动机具有较强的反电动势,其自身阻尼作用比较好,使其在运行过程中比较平稳､噪声低､低频振动小｡从这也可以看到混合式步进电动机的性能要优于反应式步进电动机｡2.4 步进电动机的细分驱动技术2.4.1 传统的步进电机驱动方式单电压驱动:单电压驱动是指在步进电机绕组上加上恒定的电压,这种驱动方式的电路相当简单｡但是当电机高速运行时,流经绕组的电流还未上升到额定电流就被关断,相应的平均电流减少而导致输出转矩下降｡为改善高速运行的电机转矩特性,通常在连接电机绕组的线路中串联一个无感电阻来减少电气时间常数,同时成比例的增加电源电压以保持额定电流不变｡但是串入电阻将加大功耗, 降低功放电路的功率,必须具备相应的散热条件才能保证电路稳定可靠的工作｡所以这种电路一般仅适合于驱动小功率步进电机或对步进电机运行性能要求不高的情况｡高低压驱动:高低压驱动电路使用两种电压电源,即步进电机额定电压和比它高几倍的电源电压｡当相绕组导通时,加到绕组上的电压为高电压,上升电流具有较陡峭的前沿特性｡当电流上升到额定值时,关闭高压电源,用额定电压供电来维持绕组的电流｡由于电机旋转反电势､相间互感等因素的影响,易使电流波形在高压工作结束和低压工作开始的衔接处呈凹形,致使电机的输出力矩有所下降｡低频时绕组电流有较大的上冲,所以低频时电机振动较大,低频共振现象仍然存在｡斩波恒流驱动:斩波恒流驱动方式的供电电压比电机额定电压高得多,使电流上升和衰减速度很快,通过斩波方式使电机绕组电流在低速到高速运行范围内保持恒电流,从而保持电机输出转矩恒定｡但是此种方法线路复杂､低速运行时绕组电流冲击大,使低频产生振荡,运行不平稳,噪声大､定位精度不高｡调频调压驱动:随着步进电机运行频率的提高,同时提高功率放大电路的电源电压,以补偿因运行频率上升造成的输出转矩下降｡当步进电机的运行频率降低时,同时降低功率放大电路电源电压｡因电压随频率而变,故既可增加高频输出转矩,又能避免低频可能出现的振荡｡从理论上讲,调频调压驱动基本克服了单电压驱动､高低压驱动､斩波恒流驱动等电路。
高性能核心电磁式步进电机驱动器设计与实现
高性能核心电磁式步进电机驱动器设计与实现概述：电机是现代工业中非常常见的设备，而步进电机是其中一种常用的电机类型。
步进电机可以通过给定的脉冲序列，以固定的角度步进运行，因此在许多应用中被广泛应用，例如打印机、数控机床和机器人等。
然而，为了使步进电机能够高效地运行和准确控制，需要一个高性能的核心电磁式步进电机驱动器。
驱动器设计：高性能核心电磁式步进电机驱动器的设计是一个综合的工程，需要考虑各个方面以满足设计要求。
以下是一些关键的设计考虑：1. 电路设计：步进电机驱动器的核心是电路设计，其中包括功率级放大器和控制系统。
功率级放大器负责提供足够的电流来驱动步进电机，而控制系统负责产生正确的脉冲序列以控制步进电机的运动。
设计中需要考虑电路的稳定性、可靠性和功率效率。
2. 控制算法：为了实现高性能的步进电机驱动，需要采用先进的控制算法。
例如，基于电机模型的模型预测控制（MPC）可以实现精确的运动控制和响应时间，而无模型自适应控制（NMAC）则可以实现在异常负载情况下的稳定运行。
正确选择和实现适当的控制算法是设计过程中的一个关键要素。
3. 接口设计：步进电机驱动器通常需要与其他控制系统或设备进行通信和交互。
因此，需要设计合适的接口，例如串口、并口、以太网接口等，以便与其他设备进行数据传输和控制。
实现：高性能核心电磁式步进电机驱动器的实现是设计过程的最后一步。
以下是一些实现要点：1. PCB设计：电路板（PCB）是驱动器实现中的一个重要组成部分。
需要设计一个合适的PCB布局，以确保信号传输的可靠性，同时减少电路板的干扰和噪声。
2. 元件选择：选用合适的元件对于电路的正常运行至关重要。
例如，功率级放大器需要选择合适的功率晶体管或MOSFET，以提供足够的电流输出，而控制系统需要选择合适的微控制器或数字信号处理器来实现脉冲序列的生成和控制。
3. 调试和优化：在实现过程中，需要进行调试和优化以保证驱动器的性能和稳定性。
“步进电机驱动系统”课程设计研究
摘要：针对应用型本科电气专业的特点与要求，为适应电气领域新的发展方向，增强学生实践动手能力，新开设了“电气控制课程设计”课程新项目，针对其中的步进电机驱动系统这个设计题目，给出了全部设计项目参考内容及指导事项，该设计项目软硬件兼顾，难易适中，比较适合一个两周的课程设计的工作量。
关键词：步进电机驱动系统；课程设计；软硬件；gal作者简介：孙冠群（1974-），男，河北涞水人，中国计量学院现代科技学院，讲师；陈卫民（1972-），男，江西广丰人，中国计量学院机电工程学院，副教授。
中图分类号：g642.0 文献标识码：a 文章编号：1007-0079（2013）14-0055-02课程设计是典型的实践类课程，它对培养学生的实践动手能力非常重要，是典型的理论联系实际的教学形式。
电气控制课程设计是很多高校应用型电气专业本科阶段一门重要的实践课程，该课程设计针对电力电子及电机控制方向开设题目。
近年来，随着全社会电机控制应用领域的发展变化，为适应此种新形式，同时又要适宜高校教学的实际情况，对该课程设计题目进行了改革，设计了“步进电机驱动系统”课程设计题目，该题目工作量适中、软硬件兼顾，可充分锻炼学生的实践动手能力。
本文给出了步进电动机驱动系统软硬件设计的典型案例，在教学中此案例分阶段逐步向学生公开。
一、设计背景步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，因此，其具有瞬间起动与急速停止的优越特性。
与其他驱动元件相比，步进电动机通常不需要反馈就能对位移或速度的精确控制信号执行动作，它输出的转角或位移精度高，误差不会积累。
由于属于开环控制，控制系统结构简单，一般也与多类数字设备兼容，价格便宜。
其广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器仪表、光电变换驱动等领域。
二、设计步骤及要求第一，学生事先需查阅有关资料，学习并熟悉步进电动机及其基本控制原理。
第二，针对四相步进电动机，在教师指导下确定系统总体实现方案，并熟悉总体驱动控制原理。
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摘 要： 步进 电机驱动是步进 电机的核心组成部分 ， 步进 电机驱动 器的优劣决定着步进 电机 的性能。介绍 了步进 电机驱的主要 结构 ， 并以多细分 三相 步进 电机驱动 器为例 ， 从硬件选型（ 单片机选型 、 智能功率模 块选型等 ）供 电方 、 案、 软件 开发语言的选型等方面对步进 电机驱动设计进行 了阐述 。 关键词 ： 步进 电机 ； 驱动； 结构 ； 硬件选型； 软件选型 中图 分 类号 ：Ｕ ５ Ｔ ８４ 文 献标 识 码 ： Ａ
ｓ ｌｔ ｎ ，ｏｔ ｒ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ａ ｇ ａ ｅｓ ｌｃｉｎ ｔｐ ｔｐ ｅ ｔｒ ｒｖ ｎ ｔ ｅ ｓ ｅ ｔ ｆ ｈ ｅ ｉｎ ａｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ． ｏｕ ｉ ｓ ｓ ｆ ｏ ｗａ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｕ ｇ ｅｅ ｔ ｅｓ ｐ ｒ ｌ ｏ ｙ ｅ ｍｏｏ ｉ ｅａ ｄｏｈ ｒ ｐ ｃｓ ｅｄ ｓ ｅ ｃ ｂ ｄ ｄ ａ ｏｔ ｇ ｒ ｉ
块 化 设 计 方 法 ， 分 为 步 进 电 机控 制器 、 进 电机 驱 动 器 以 及 可 步
２ 步进 电机驱 动器设计 方 案
驱动器 的总体设计根据其结构可分 为 ３个部分 ： 主回路
部分 、 控制电路部分及开关 电源 。 （） １主回路采用交一直一交电压型逆变电路形式 ， ２ ０ 将 ２ Ｖ、
文 章 编 号 ：０ ７ ８ ２ （００ ０ — ０ ８ ０ １０ — ３０ ２ １ ）６ ０４ — ２
Ｓ ｅ ｐ ｒ ｍ ｏ ｏ ｒｖ ｒｄ ｓｇ ｒ ｂ ｅ ｔ ｐ ｅ ｔ ｒ ｄ ｉ ｅ ｅ ｉ ｎ ｐ ｏ ｌｍ
ＴＵＯ Ｃｈａ ｙ ｎ ｏ－ ｏ ｇ
（ ｎｎＩｓ ｔｔｏ Ｅ ｃ ｉ ａ ｄ ｃ ａｉ ｌ ｅｈｏｏｙ Ｃ ａｇｈ ， ｕ ａ １ １１Ｃ ｉ ） Ｈｕａ ｔｕｅ ｆ ￣ ｔｃ ｎ ｈ ｃ ｃｎ ｌ ，ｈｎ ｓａＨ ｎ ｎ ０ ５ ，ｈｎ ｎｉ ｒ ｄ Ｍｅ ｎ ａ Ｔ ｇ ４ ａ
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一
（） ２ 步进驱动器的控制部分则 由单片机控制器 、 比例积分 调节 电路 、 正弦脉宽调制电路和 ＩＭ接 口电路组成 。 Ｐ 其主要用 就是使三相混合式步进 电机 的绕组 电流按 弦规 律变化 ，让电
机转 子 运 转 。 （） ３ 开关 电源 。 关 电 源 用来 给驱 动 器 内部 的 控 制 电路 和 开
５Ｈ ０ ｚ的交 流 电 变 成 直 流 电 。主 回路 主 要 由整 流 滤 波 电路 、 三 相 三相 逆 变 电路 、 合 式 步 进 电 机组 成 。 混
步进 电机三个部分 。其 中步进 电机系统 的性能很大程度上取
决 于 步 进 电 机驱 动器 。
１ 步进 电机 驱动器 的组 成及 功用
Ｋｅ ｒ ： ｔｐ ｎ ｔｒ； ｒｖ ｓｒ ｃｕｒ ｈ ｄ ｒｅ ｓ ｌ ｃｉｎ；ｏｔ ｒｅ ｓ ｌｃ ｉｎ ｙ ｗｏ ｄｓ ｓｅ ｐｉｇ ｍｏｏ ｄ ｅ； ｔｕ ｔ ｅ； ａ ｗａ ｅｅ ｔｏ ｓ ｆ ｉ ｒ ｗａ ｅｅ ｔｏ
步进电机是将 电脉 冲信号转变为角位移或线位移的开环 控制元步进电机件 。 其应用领域非常广泛 ， 它在线切割 的工作 台拖动 、 毛机工作 台 、 Ｔ 植 Ａ Ｍ机ห้องสมุดไป่ตู้、 医疗仪器及 设备 、 纺织 机械 设备 中都有着广泛的应用 。典型的步进 电机系统一般采用模
智能功率模块的控制侧提供多路 电源。
（） １步进 电机驱动器 的控制 电路就是将 接到到来在 控制 器方 向的售 号和步进脉冲按预先设定的 电机方式产生步进电 机各相励磁绕组导通或截止信号。
进 行 功 率放 大 。
３ 硬 件 的选 型
般 ，步进 电机驱动器 由以下 四部分组成 ：逻辑控制电
路、 功率驱动 电路 、 保护 电路和电源。
步 进 电机 驱 动 器 功用 就 是 接 受 来 自控 制 器 的脉 冲 信 号 ， 按 一 定 励 磁 时序 轮 流 切 换 步 进 电机 绕 组 的通 电状 态 。具 体 各 组 成 部 分 的 功能 如下 ：
第 ３ ７卷 第 ６ 期 ・ 术 学
ＶｏＩ Ｎ ｏ． ． ３７ ６
湖
南
农
机
２０１０ 年 １１ 月
Ｎ Ｏ ２０ １ Ｖ． ０
ＨＵＮＡＮ ＡＧＲＩ ＣＵＬ ＴＵＲＡＬ ＭＡＣＨＩ ＲＹ ＮＥ
步进 电机驱动器 的设计 问题 初探
庹朝 永
（ 湖南机 电职业 技术 学 院 ， 南 长 沙 湖 ４ ０５ ） １ １１
ｍｏｏ ｒｖ ，ｏ ｘｍｐｅ， ｏ ｈ ｒｗ ｒ ｅｅｔ ｎ （ ｔｒｄ ｅ ｆｒｅ ａ ｌ ｆ ｍ ａｄ ａｅ ｓｌｃｉ ｉ ｒ ｏ ＭＣＵ ｓｌｃｉｎ，ｎｅｌ ｅ ｔｐ ｗ ｒ ｍｏ ｕｅ ｓｌｃｉｎ，ｔ． ，ｏ ｅ ｕ ｐｙ ｅｅ ｔ ｉｔｌｇ ｎ ｏ ｅ ｄ ｌ ｅｅｔ ｅｃ） ｐ ｗ ｒ ｓｐ ｌ ｏ ｉ ｏ