步进电动机及其控制
步进电动机的控制
1.工作原理 2.接线 3.控制方式 4.其他
一、步进电动机的简介
步进电动机（stepping motor)是将电脉冲激励 信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制 电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一 步，所以又称脉冲电动机。 urage the signal for the electric pulses to the displacement or the displacement of discrete values control motors, motor when entering a electric pulses will move a step, also called a pulse the motor.
由上述分析可知,要使磁阻式步进电机具有工作能力,最起码的条件是定子极分度 角不能被齿距角整除,且应满足下列方程: 极分度角/齿距角= R + k· 1/m 进一步化简得齿数z: z = q (mR + k) (2-3) 式中:m──相数; q──每相的极数; k──≤ (m - 1)的正整数; R──正整数,为0、1、2、3……。 按选定的相数和不同的极数,由上式就可推算出转子齿数。 因为三相双三拍步进电机不易失步,控制精度比较高,所以本文对三相双三拍步 进电机进行控制,定子有三对磁极,运行时两相同时通电,循环带动转子转动。 4、转速控制 控制步进电机的运行速度,实际上是控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周 期,即在升速过程中,使脉冲的输出频率逐渐增加;在减速过程中,使脉冲的输出频 率逐渐减少。脉冲信号的频率可以用软件延时和硬件中断两种方法来确定。 采用软件延时,一般是根据所需的时间常数来设计一个子程序,该程序包含一定 的指令,设计者要对这些指令的执行时间进行严密的计算或者精确的测试,以便确 定延时时间是否符合要求。每当延时子程序结束后,可以执行下面的操作,也可用 输出指令输出一个信号作为定时输出。采用软件定时, CPU一直被占用,因此CPU 利用率低。 可编程的硬件定时器直接对系统时钟脉冲或某一固定频率的时钟脉冲进行计 数,计数值则由编程决定。当计数到预定的脉冲数时,产生中断信号,得到所需的延 时时间或定时间隔。由于计数的初始值由编程决定,因而在不改动硬件的情况下, 只通过程序变化即可满足不同的定时和计数要求,因此使用很方便。
步进电机工作原理及控制电路
//按键标志变量
flag1=0;
//步进数标志变量
init();
//液晶初始化子程序
while(1)
{
keyscan();
//键盘扫描子程序
if(flag==1)
{
zz();
//正转子程序
}
else if(flag==3) {
fz(); } writebjs(8,count); } }
//反转子程序
it 动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励
磁顺序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
A-B 表4.3 1-2 相励磁法
步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至 其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。 下面介绍的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电 机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图 和各线圈通电顺序如图4.2和表4.1所示：
6
法增大起动电流，以提高步进电机转动力矩，即提高其工作频率。由于步进电机
是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲i为：
i = IH (1 − e−1/Tj )
(4.4)
公式
其中：i是电流脉冲瞬时值；
IH 是在开关回路电压为u时的电流稳态值；
Tj 是开关回路的时间常数，Tj = L / ( RL + RC )
θ s = 2Π / Nrk
公式（4.1） 或
θ s = 360o / Nrk
公式（4.2）
其中：k是步进电机工作拍数，Nr是转子的齿数。
步进电机运动规律及速度控制方法
步进电机运动规律及速度控制方法姓名：吴良辰班级：10机设（2）学号：201010310206学期我们专业开设了机电传动控制这么课，它是机电一体化人才所需要知识结构的躯体，由于电力传动控制装置和机械设备是一个不可分割的整体，所以我么能从中了解到机电传动控制的一般知识，要掌握电机、电器、晶闸管等工作原理、特性、应用和选用的方法。
了解最新控制技术在机械设备中的应用。
在现代工业中，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且还包括控制电动机的一整套控制，以满足生产过程自动化的要求。
也就是说，现代机电传动是和各种控制元件组成的自动控制系统联系在一起。
机电系统一般可分为图一所示的三个部分。
图1 机电传动控制在没上这门课之前，在我自己认为，电机就是那些就是高中学的那些直流电动机，就是通电线圈在磁场转动。
那是直流电动机了，慢慢的我接触了交流电动机，刚开始知道220V市电。
记得大一下学期，我们金工实习了，看到工训下面那么多的车床，铣床，钻床……由于要提供大的功率，所以主电机都是选用380V。
上完这门让我更详细了解他们内部的结构和工作原理。
还说明知识是慢慢积累的过程。
见的多学的多。
我明白了很多以前的疑惑。
看到电视机上那些智能机器人，他们的活动很自如，就像仿生肌肉一样。
尤其是日本的机器人。
它的机械臂很有可能是步进电机控制的，还有一种说法是液压与气压控制的。
我觉的两者都有。
很有幸大一时候进入了第二课堂，在里面学到东西，也接触了步进电机，我是在学51单片机那时候也买了一个，就觉得很神奇。
在加上前几天参加了江西省电子设计大赛，我就感觉到要是要选控制类的题目做，步进电机是不能少的。
所以步进电机是个好东西。
我在网上查了一下资料，上个世纪就出现了步进电机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
很遗憾的是它是国外人发明的。
开始写正题了，上完这门课，那个步进电机是让我很痴迷的。
电气控制技术 (4)
任务三 交流伺服电动机及其控制器的使用与故障排除
交流伺服电动机是自动控制系统中的一种执行元件。通过这一工作任务的训练，
熟悉交流伺服电动机的结构，掌握交流伺服电动机的选择方法，学会交流伺服电动
机及其控制器的使用方法，进一步学会交流伺服电动机及其控制器的接线与故障排 除方法。
பைடு நூலகம்
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• 交流伺服电动机结构类似单相异步电动机，在定子铁心槽内嵌放两相绕组， 一个是励磁绕组Nf ，由给定的交流电压Uf以励磁；另一个是控制绕组Nc，输 入交流控制电压Uc。
2
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图
步进电机控制器结构
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步进电动机与控制器的使用
图 步进电机与控制器接线示意图
2
任务实施 1.目的要求
• 掌握步进电动机及控制器的使用与 检修方法。
2.步进电动机与控制器的接线
• （1）连接步进电动机电源接线： • （2）接线面板中的轴专用信号 “HOME，LIMIT+, LIMIT-, OVCC, OGND”分别和运动控制器接线板中 的“HOME，LIMIT+, LIMIT-, OVCC, OGND”信号相连。 • （3）将“+5V，DIR+，PUL+”信号 与控制器面板的接线相连。 • （4）接线，确认无误后，给系统 上电。 • （5）步进电动机的控制
4.注意事项
• （1）微型直流伺服电动机允许带负 载启动，但不允许长时间运行在堵 转状态。 • （2）对永磁式直流伺服电动机，在 使用时应避免受到过大浪涌电流的 冲击，即使这种浪涌脉冲持续时间 仅为微秒级，也可能导致主磁极去 磁，使电动机失去原有的特性。 • （3）拆卸永磁式伺服电动机时，应 当用铁磁材料把永磁磁极短路，以 防退磁而影响电动机的性能。
第3章 步进电动机的控制-1
这种反应式步进电动机的步距角较大，不适合一般用途的要求。
4.小步距角步进电动机
图3-1所示为三相反应式步进电动机。设m为相数，z为 转子的齿数则齿距：
tb 360 z
因为每通电一次（即运行一拍），转子就走一步，各 相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。故步距角：
b
齿距 拍数 齿距 Km 360 Km z
通电方式: 从一相通电改换成另一相通电，即通电方式改变一次叫 “一拍”。步进电动机有单相轮流通电、双相轮流通电和单 双相轮流通电的方式。
3.多段反应式步进电机结构及工作原理
前面介绍的单段反应式步进电机是按 径向分相的，此外，还有一种反应式 步进电机是按轴向分相，这种步进电 机又称为多段反应式步进电机。 多段反应式步进电机是沿轴向分成磁 性相对独立的几段，每一段都有一组 励磁绕组，形成一相，因此，三相电 动机有三段，其结构如图3-2所示。 图3-2 三段三相反应式步进电动 机结构原理图
一、步进电动机的种类
1.按运动方式来分：分为旋转运动、直线运动、平面运动（印刷绕组式）和 滚切运动式步进电机。 2.按工作原理来分：分为反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁感应式 （混合式）步进电机。 3.按其工作方式来分：分为功率式和伺服式。前者输出转矩较大，能直接带 动较大的负载；后者输出转矩较小，只能带动较小的负载，对于大负载需通 过液压放大元件来传动。 4.按结构来分：分为单段式（径向式）、多段式（轴向式）、印刷绕组式。 5.按相数来分：分为三相、四相、五相、六相等。 6.按使用频率来分：分为高频步进电机和低频步进电机。 不同类型步进电机其工作原理、驱动装臵也不完全一样，但其工作过程 基本是相同的。
（3-2）
若通电方式和系统的传动比已初步确定，则步距角应满足:
第九章-步进电动机传动控制系统
是电机作单步运动
所能带动的极限负载，也称为极限启动转矩。实际电机所 带的负载转矩TL必须小于极限启动转矩才能运行，即电机 所带负载的阻转矩 TL＜
Tst
步距角减少可使相邻矩角特性位移减少， 就可提高极限
启动转矩Tst，增大电机的负载能力。三相六拍时，矩角特
性幅值不变，而步距角小了一半，故极限启动转矩。
(b) (c) 图 三相六拍运行 (a) A相通电； (b) A、 B相通电；(c) B相通电 第8 页
(a)
③三相双三拍运行
通电方式AB→BC→CA→AB‥，一拍转过30 °。
9
步进电动机的结构
10
转子齿数 齿距角
z表示.
转子相邻两齿间的夹角，用θ z 表示。 z 拍和步距角
Tst 时，A相通电时，转子处于a”点；改由B相通电 情况2：负载转矩 TL
时，转子不能前进。
图9.6 最大负载能力的确定
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•最大负载转矩（起动转矩）
步进电动机在步进运行时所能带动的最大负载，可由相邻
Tst
两条矩角特性交点所对应的电磁转矩
相邻矩角特性的交点所对应的转矩
Tst
来确定。
T A T sm sin e
则B通电时，距角特性为
T B T sm sin( e 120 )
图 A相、B相定子齿相对转子齿的位置
21
当A、B两相同时通电时合成矩角特性应为
T A B T A T B T sm sin e T sm sin( e 120 ) T sm sin( e 60 )
使各相电流平衡。
VD2及Rf2作用是构成续流电路。
这种电源效率较高，起动和运行频 率也比单一电压型电源要高。
第3章步进电动机的控制
升速 恒速 减速 低速
起点
终点
（时间） t
图3-24
点、位控制中的加减速控制
15
变速控制的方法有：
改变控制方式的变速控制：最简单的变速控制可利用改变步进电 机的控制方式实现。例如：对于三相步进电机系统，启动或停止时 用三相六拍，大约0.1s以后，改用三相三拍，快到达终点时再采用 三相六拍，以达到减速控制的目的。 均匀地改变脉冲时间间隔的变速控制：步进电机的加速（或减速） 控制，可以用均匀地改变脉冲时间间隔来实现。 采用定时器的变速控制：单片机控制系统中，用单片机内部的定 时器来提供延时时间。方法是将定时器初始化后，每隔一定的时间， 由定时器向CPU申请一次中断，CPU响应中断后，便发出一次控制脉 冲。此时只要均匀地改变定时器时间常数，即可达到均匀加速（或 减速）的目的。这种方法可以提高控制系统的效率。
脉冲 方向控制
步进控制器
功率放大器
步进电机
负载
图3-19 步进电机控制系统的组成
2
随着电子技术的发展，除功率驱动电路之外，其它硬件电路均可由软 件实现。采用计算机控制系统，由软件代替步进控制器，不仅简化了 线路，降低了成本而且可靠性也大为提高，同时，根据系统的需要可 灵活改变步进电机的控制方案，使用起来很方便。典型的微型机控制 步进电机系统原理图如图3-20所示。 使用微型机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。 步 进 电 机
6
二、步进电动机的闭环控制
在开环步进电动机系统中，电动机的输出转矩在很大程度上取决于驱 动电源和控制方式。对于不同的步进电动机或同一种步进电动机而不 同负载，励磁电流和失调角发生改变，输出转矩都会随之发生改变， 很难找到通用的控速规律，因此，也很难提高步进电机的技术指标。 闭环系统是直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适 当处理自动给出驱动脉冲串。因此采用闭环控制可以获得更精确的位 置控制和更高、更平稳的转速，从而提高步进电动机的性能指标。 步进电动机的输出转矩是励磁电流和失调角的函数。为了获得较高的 输出转矩，必须考虑到电流的变化和失调角的大小，这对于开环控制 来说是很难实现的。
步进电动机驱动控制原理
步进电机控制步进电动机一、步进电动机的组成和种类二、步进电动机的工作原理2.1.1B'B'C'C'这种工作方式下这种工作方式下，，三个绕组依次通电一次为一个循环周期个循环周期，，一个循环周期包括三个工作脉冲一个循环周期包括三个工作脉冲，，所以称为三相单三拍工作方式以称为三相单三拍工作方式。
按A →B →C →A →……的顺序给三相绕组轮流通电轮流通电，，转子便一步一步转动起来转子便一步一步转动起来。
每一拍转过30°(步距角步距角))，每个通电循环周期每个通电循环周期(3(3(3拍拍)转过90°(一个齿距角一个齿距角))。
2.1 2.1 步进电动机步进电动机步进电动机结构与工作原理结构与工作原理2.1.2 三相六拍按A →AB →B →BC →C →CA 的顺序给三相绕组轮流通电序给三相绕组轮流通电。
这种方式可以获得更精确的控制特性获得更精确的控制特性。
4123齿与A、A' 对齐对齐。
对齐,,又转324齿与B、B´对齐三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下期如下：：A →AB →B →BC →C →CA ，每个循环周期分为六拍环周期分为六拍。
每拍转子转过15°（步距角步距角），），），一一个通电循环周期环周期((6拍)转子转过90°(齿距角齿距角))。
与单三拍相比与单三拍相比，，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中更适用于需要精确定位的控制系统中。
2.1.3 三相双三拍按AB→BC→CA的顺序给三相绕组轮流通每拍有两相绕组同时通电。
电。
每拍有两相绕组同时通电。
B'C'B'C'B'C'360°电机转动的电机转动的工作原理演示工作原理演示总结总结：：错齿是步进电动机旋转的根本原因齿距角是齿距角是99°；定子仍是6个磁极个磁极，，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿面加工有五个和转子一样的齿。
步进电机控制方法
步进电机控制方法
步进电机是一种常用的电动机，它通过控制电流脉冲的频率和方向来实现旋转运动。
下面将介绍几种常见的步进电机控制方法。
1. 单脉冲控制：这种方法简单直接，通过给步进电机施加一个脉冲信号来控制其步进角度，每个脉冲代表一个步进角度。
但是由于只控制脉冲的频率和方向，无法准确控制电机的位置。
2. 双脉冲控制：这种方法在单脉冲控制的基础上，加入了一个脉冲信号来标记零点位置。
通过控制脉冲信号的频率和方向，可以实现步进电机的精准定位。
但是双脉冲控制需要额外的硬件电路支持，复杂性较高。
3. 微步进控制：微步进控制是一种更加精细的步进电机控制方法。
它通过改变脉冲信号的宽度和相位来控制电机的旋转角度，可以实现更高的分辨率和平滑的运动。
但是微步进控制需要更复杂的电路和算法支持。
除了以上几种常见的步进电机控制方法外，还有其他的一些高级控制方法，如闭环控制、矢量控制等，用于实现更精确的控制效果。
具体选择哪种控制方法，可以根据实际应用需求和成本考虑。
电机控制与拖动-第6章-控制电机及其控制系统 - 6.4 步进电动机
（2）多段式：又称为轴向分相式。按其磁路特点又可分为轴 向磁路多段式和径向磁路多段式两种。 ①轴向磁路多段式：定转子均沿 电机轴向按相数分段，每一组 定子铁芯中放置一相环形的控 制绕组。定转子圆周上冲有齿 形相近和齿数相同的均布小齿。 定子（或转子）铁芯每两相邻 段错开1/m齿距。优点是使定 子空间利用率好，环形控制绕 组绕制方便，转子的惯量较低， 步距角可以做得较小，起动和 运行频率较高。但是铁芯分段 和错位工艺较复杂，精度不易 保证。
（1）单脉冲运行 ① 定义 步进电动机的单脉冲运行是指电动机仅仅 改变一次通电状态时的运行方式。
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② 动稳定区 步进电动机从一种通电状态切换到另一种通 电状态时，不致引起失步的区域。无负载时 为图中的ab区域。切换时失调角为：
( se ) ( se )
r
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③ 裕量角：动稳定区边界a点到初始位置平衡 点O0的区域称为裕量角。
反转则为：AC-CB-BA-AC
9
3. 步距角：步进电动机每一拍转子所转过的角度。它的大小 是由转子的齿数、控制绕组的相数和通电方式所决定的。
360 其中：m为相数，Zr为齿数，C为通电方式系数。 s mZ r C
若为单拍或双拍方式，则为1，若为单、双方式，则为2。 4. 电机转速
60 f 其中：f 为脉冲频率。 mZ r C 5. 定子的相数：若需要更小的步距角，则可以用增大相数的 方法来实现，但是太多的相数会使电机转速减慢，同时也 使得电源更为复杂，造价也越高。一般步进电机的相数最 多到六相，只有极个别的特殊电机才作成更多相的。 n
驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配 器和脉冲功率放大器三个部分。
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分类：
（1）按步进电动机容量大小：功率步进电动机驱动 电源和伺服步进电动机驱动电源。
步进电机的控制原理及应用
步进电机的控制原理及应用引言步进电机是一种常见的电动机，具有精准定位、高速运动和高力矩输出的特点，在工业自动化、机器人技术、医疗器械等领域广泛应用。
本文将介绍步进电机的控制原理和应用。
步进电机控制原理步进电机是一种以固定角度步进运动的电动机，通过电流的施加和极性的反转来实现转子的精确位置控制。
其控制原理主要包括以下几点：1.步进角度：步进电机每次转动的角度是固定的，通常为1.8度或0.9度。
这是由电机内部的磁极分布决定的。
2.极数：步进电机的极数决定了每转动一周所需的电脉冲数。
极数越高，分辨率越高，但也增加了控制的复杂性。
3.电流驱动：步进电机通常需要使用驱动器来提供足够的电流。
驱动器根据输入的脉冲信号来控制电机的转动。
4.脉冲信号：步进电机的控制信号是一系列的脉冲信号，每个脉冲信号引发电机转动一个步进角度。
脉冲信号的频率和方向决定了电机的运动速度和方向。
步进电机的应用步进电机由于其独特的控制方式和优越的性能，在许多领域得到广泛应用。
以下是步进电机的几个主要应用领域：1.机床和自动化设备：步进电机被广泛用于机床和自动化设备中，如数控机床、自动包装机等。
其精确的定位和高速运动能力使其成为自动化生产线中不可或缺的一部分。
2.机器人技术：步进电机在机器人技术中扮演着重要角色。
机器人需要精准的定位和精确的运动控制，步进电机正好满足需求。
步进电机广泛应用于机器人臂、机器人关节和机器人末端执行器等部分。
3.医疗器械：步进电机在医疗器械领域的应用也很广泛，如医疗机器人、手术器械等。
步进电机的高精度定位和稳定性能保证了医疗器械的安全和可靠性。
4.3D打印机：步进电机在3D打印机中是关键组件之一。
通过控制步进电机的运动，可以实现精确的3D打印效果。
步进电机的精准定位能力保证了打印的精度和准确性。
5.汽车行业：步进电机广泛应用于汽车行业中的汽车座椅调节、车窗升降、车内电子设备控制等方面。
步进电机的高力矩和精确控制保证了相关设备的可靠性和稳定性。
步进电机控制方法详解
步进电机控制方法详解
步进电机是一种电动机，能够将电脉冲转换为机械位移，具有精准定位、无需传感器反馈等优点，在许多行业中得到广泛应用。
步进电机的控制方法多种多样，包括开环控制和闭环控制两种基本方式。
1. 开环控制
开环控制是最简单直接的步进电机控制方法之一。
通过控制每次输入的脉冲数量和频率来控制电机旋转的角度和速度。
开环控制不需要反馈系统，因此结构简单、成本低廉，适用于一些简单的应用场景。
但是开环控制无法实时纠正误差，容易受到外部因素干扰，精度相对较低。
2. 步进电机控制方法详解
在现代步进电机应用中，闭环控制方式更为常见。
闭环控制通过在电机上添加编码器或传感器，实时监测电机的位置、速度和加速度等参数，将这些信息反馈给控制系统，从而动态调整控制电流和脉冲信号，确保电机的运动精准稳定。
闭环控制能够有效消除误差和震动，提高系统的响应速度和稳定性，适用于对精度要求较高的场合。
3. 如何选择合适的控制方法
在选择步进电机控制方法时，需要根据具体应用场景和要求来进行判断：
•如果是一些简单的定位任务，对精度要求不高，可以选择开环控制方法，简单易行。
•如果是需要高精度、高速度的精密定位任务，或是需要长时间稳定运行的场合，建议选择闭环控制方式，确保系统的稳定性和可靠性。
综上所述，步进电机的控制方法多种多样，开环控制和闭环控制各有优劣。
在实际应用中，应根据具体需求来选择合适的控制方式，以达到最佳的控制效果。
步进电机作
为一种重要的执行元件，在自动化控制系统中具有重要的地位和作用，不断推动着工业自动化技术的发展。
步进电机的精确控制方法研究
步进电机的精确控制方法研究步进电机是一种将脉冲输入转化为旋转运动的电动机。
它具有精确位置控制的优势，广泛应用于数控机床、印刷设备、纺织设备等领域。
本文将研究步进电机的精确控制方法。
首先，步进电机的精确控制方法可以从两个方面入手：开环控制和闭环控制。
开环控制是指通过给定脉冲数控制步进电机的旋转角度，但无法实时检测和修正位置偏差。
闭环控制则通过添加位置传感器和反馈控制系统，实现对步进电机的精确位置控制。
在开环控制方法中，可以使用以下几种策略来提高步进电机的精确度：1.采用高分辨率的脉冲信号：通过提高脉冲信号的分辨率，可以使步进电机的旋转角度更加精确。
2.采用微步驱动技术：微步驱动技术可以将一个脉冲细分为多个微步，从而实现对步进电机更加精细的控制。
常见的微步驱动技术有1/2步、1/4步和1/8步等。
3.降低负载惯性：负载惯性对步进电机的转动精度有很大影响。
通过减小负载惯性，可以提高步进电机的转动精度。
而闭环控制方法则通过反馈控制系统对步进电机的位置进行实时监测和修正，从而实现更加精确的位置控制。
闭环控制方法可以采用以下几种方式：1.采用位置传感器：可以使用编码器或霍尔传感器等位置传感器来实时监测步进电机的转动角度，从而获得实际位置与期望位置之间的误差。
2.使用PID控制算法：PID控制算法是一种常用的闭环控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数，可以快速、稳定地修正步进电机的位置偏差。
3.采用模型预测控制（MPC）：模型预测控制是一种优化控制算法，通过建立步进电机的数学模型，预测未来的位置偏差，并采取相应的控制策略来修正偏差。
总之，步进电机的精确控制方法可以通过开环控制和闭环控制两种方式实现。
开环控制方法适用于对精度要求不高的应用场景，而闭环控制方法则适用于对位置精度要求较高的场景。
根据具体应用需求，可以选择合适的控制方法来实现步进电机的精确控制。
第四章电动机及其控制
机座用来放置主磁极和换向磁极， 同时它也是磁路的一部分， 起导磁作用， 用铸铁或铸钢制成。 机座的两边各有一 个端盖， 端盖的中心是空的， 用以装转 轴。 主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成， 可以是一对、 两对、 三对等。 当励磁绕 组通以直流电时， 产生恒定的磁场， 改 变电源电流的极性即可改变磁场的方向。 主磁极铁心一般都采用电磁铁， 由直流 电流来励磁。 只有小直流电机的主磁极 才用永久磁铁， 这种电机称为永磁直流 电机。
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4.额定转速 电动机在额定运行时， 转轴的转 速称为额定转速。 5.额定功率 电动机额定运行状态下， 电动机 轴上输出的机械功率称为额定功率； 发 电机的额定功率是指供给负载的电功率。 6.额定励磁电流 电动机在额定运行的情况下， 通 过励磁绕组的电流称为额定励磁电流。
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l为每根有效导体的长度， 取决于 电动机的结构， 是个定值； I为每根导 体中的电流， 与电枢电流Ia成正比。 直 流电动机受到的电磁转矩T是由所有有效 的导体所受电磁力F共同产生的， 正比 于电磁力F， 可以用下式来表示: T=CTΦIa 式中， CT为电磁转矩系数， 与电 机结构有关， 是个常数； Φ为每极磁通， 单位是Wb； Ia为电枢电流， 单位为A； T的单位为N· m。
第四章 控制电机及其选择计算
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4.1 步进电动机及其控制
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制、 并将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移 的控制电机。步进电动机由专用电源供给电 脉冲，每输入一个脉冲，步进电动机就前进 一步。 步进电动机是受脉冲信号控制的，因此适合 于作为数字控制系统的执行元件。在负载能 力的范围内，它的位移量与电脉冲数成正比 ，速度与脉冲频率成正比，所以，可以改变 脉冲电源的频率来实现调速。
步进电机的转速控制方法
步进电机的转速控制方法
步进电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于数码打印机、机床、自动化设备等领域。
对于步进电机的转速控制，有以下几种常见的方法：
1. 定时脉冲控制方法：这是最基本的控制方法。
通过控制脉冲信号的频率和占空比来控制步进电机的转速。
提高脉冲频率可加快转速，而改变占空比则可调节转速。
2. 微步驱动控制方法：与定时脉冲控制方法相比，微步驱动控制方法能够实现更细腻的转速控制。
通过在控制信号中加入多个微步信号，可以使步进电机每转动一个脉冲角度时细分为更小的角度，从而实现更加精确的转速控制。
3. 闭环控制方法：闭环控制方法通过在步进电机系统中添加编码器或位置传感器等反馈装置，实时监测步进电机的位置，并与期望位置进行比较，通过调整驱动信号来控制步进电机的转速。
闭环控制方法可以更加精确地控制转速，并在负载变化时实现自适应调整。
4. 软件控制方法：通过控制步进电机驱动器上的软件或编程方式，实现转速的控制。
例如，使用PLC（可编程逻辑控制器）或单片机编程，通过改变输出信号来控制步进电机的转速。
需要注意的是，步进电机的最大转速与驱动器的工作电压、负载情况、驱动电流等因素有关，因此在实际应用中需要综合考虑这些因素，并选择合适的转速控制方法来满足实际需求。
步进电机控制原理
第一章步进电机控制原理步进电机是一种将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的常用电气执行元件，具有步进数可控、运行平稳、价格便宜等优点。
步进电机转子的位移与脉冲数成正比，因而其转速与脉冲频率成正比，而不受电源电压、负载大小及环境条件等影响。
每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度前进一步，这个角度即为步距角。
脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了旋转的速度，方向信号决定了旋转的方向。
步进电机的工作方式与电动机的结构和种类密切相关，从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，常用的是三相步进电机。
三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种。
系统采用三相六拍工作方式，在=三相六拍工作方式中，控制电流切换6次，磁场旋转1周，转子移动1个齿距，各相的通电顺序为：A—AB．B-BC．C．CA—A。
六拍工作方式时的电压及电流波形如图1所示。
其中细线表示磁极绕组中的电流波形，可见磁极的驱动电压是方波，而电流不是方波，这主要是由于步进电机的每相绕组存在一定的充电和放电时间。
图1 三相感应式步进电机六拍工作方式时的电压及电流波形常用的步进电机分为反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等类型，不同的步进电机在控制方式上基本一样。
在实际应用中，反应式步进电机较常用。
步进电机直接由数字信号控制，其基本控制包括转向控制和速度控制。
步进电机换向,一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内时，以免产生较大的冲击而损坏电机。
换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第1个脉冲前发出。
在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速一换向一加速3个过程。
调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
用PLC实现步进电机的加减速控制，实际上就是控制发送脉冲的频率。
加速时，使脉冲频率增高,减速时降低。
理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程的频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。
第三章步进电动机的控制
2、静特性：
静特性是指在稳定状态（通电状态不变，转子保持不动的定 位状态）时的特征，包括静转距、距角特性及静态稳定区。
A）静转距：电动机处于稳定状态下的电磁转距。它是绕组 内电流与失调角的函数。
在稳定状态下，若无负载，转子齿与定子齿对齐，处于初始 平衡状态，电磁转矩为0。若在转子加一负载转距，转子齿 要偏离初始位置，转过一个角度θ，这时定转子之间产生的 电磁转矩，此转矩克服负载转矩达到平衡，转子停在一个新 的平衡点，这时电动机的电磁转距即为静态转矩。
初始状态
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
A
B' 4 C'
31
C 2B
A'
3.1.2 步进电动机分类
反应式(磁阻式) 永磁式 分类方法很多，按工作原理可分为： 电磁式 混合式(永磁感应式) ★反应式步进电机的转子用硅钢片叠成，其上没有励磁线 圈，结构和原理简单。 ★电磁式步进电机的转子上有励磁线圈。 ★混合式步进电动机转子为永磁材料，在同样的励磁电流 下，可以产生更大的转矩，效率高，电流小，发热低。
组轮流励磁，利用电磁铁原理，每来一个电脉冲，电 机转动一个角度，将脉冲信号转换成角位移。
IA
A B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电， A 方向的磁通经转子形成 闭合回路。磁力线力图走磁阻最小的 路径，若转子和磁场轴线方向原有一 定角度，则在磁场的作用下，转子被 磁化吸引，使转、定子的齿对齐，使 得通电相磁路的磁阻最小。
步进电机的开环控制和闭环控制步进伺服
步进电机的开环把握和闭环把握 - 步进伺服一、步进电机的开环把握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，把握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度把握。
因此，步进电机把握系统一般接受开环把握方式。
图为开环步进电动机把握系统框图，系统主要由把握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的把握器1、步进电机的硬件把握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要把握肯定的脉冲数，即可精确把握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的把握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，接受查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满足速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，接受数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
接受数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机把握：目前，伺服系统的数字把握大都是接受硬件与软件相结合的把握方式，其中软件把握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服把握器与模拟伺服把握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低把握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善把握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。