步进电机的开环控制和闭环控制
步进电机工作原理及实现
步进电机工作原理及实现步进电机工作原理及实现步进电机是一种特殊类型的电动机，它以固定的步进角度和精确的位置控制而闻名。
步进电机的工作原理以及实现方法在各种应用领域中得到了广泛应用，例如数控机床、3D打印机、机器人等。
一、步进电机的工作原理步进电机的工作原理基于磁学和电动力学的原理。
步进电机的核心部分是由定子和转子构成的。
定子上包含若干个磁极，每个磁极的极性交替排列。
转子上包含若干个绕组，绕组与定子的磁极交替对应。
当绕组通电时，会在定子上产生磁场，磁场会引起转子上绕组的排斥或吸引力，从而使转子发生旋转。
步进电机主要有两种工作方式：单相驱动方式和双相驱动方式。
1. 单相驱动方式在单相驱动方式下，步进电机的绕组只有一组。
绕组通过与外部电源相连，使定子上的磁场在一个周期内不断变化。
当磁场变化时，转子会跟随磁场的变化而旋转。
单相驱动方式的优点是结构简单、易于控制和实现，但是在低速运行时容易出现失步现象。
2. 双相驱动方式在双相驱动方式下，步进电机的绕组有两组。
绕组通过与外部电源相连，使定子上的磁场交替变化。
每次只有一组绕组通电，吸引或排斥转子，使转子顺时针或逆时针旋转。
双相驱动方式相对于单相驱动方式而言，具有更好的性能和稳定性，但是实现相对复杂一些。
二、步进电机的实现方式步进电机的实现可以通过开环控制或闭环控制来实现。
1. 开环控制开环控制是指驱动电机时，不考虑电机的实际位置和运动状态，仅通过控制电机绕组的电流大小和方向来实现电机的旋转。
开环控制简单易实现，但是无法保证精确位置控制，不适用于对运动位置要求较高的应用场景。
2. 闭环控制闭环控制是在开环控制的基础上，添加了位置反馈的功能，通过检测电机的实际位置信息，对驱动信号进行实时调整，以保证位置控制的精确性。
闭环控制一般采用编码器或霍尔传感器来获取电机的位置反馈信号，然后通过比对反馈信号和目标位置信号，调整驱动信号来实现精确位置控制。
闭环控制相比于开环控制，可以实现更高精度的位置控制，但是实现过程相对复杂一些。
步进电机控制原理
步进电机控制原理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。
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。
一、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。
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51单片机驱动步进电机的方法:驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。
步进电机闭环控制系统方案
几种典型的步进电机闭环控制系统工业大学【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。
【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位l概述步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。
它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。
随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。
2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1-步进电机的主要优点之一是适于开环控制。
在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。
这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。
但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。
另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。
因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。
步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。
在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。
步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点：a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。
b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度围，电流也能够充分转换成转矩。
c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。
d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。
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。
步进与伺服的区别
步进电机和伺服电机的区别在于:1、控制精度不同。
步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高。
2、控制方式不同;一个是开环控制，一个是闭环控制。
3、低频特性不同;步进电机在低速时易出现低频振动现象，当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象，伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出统内部具有频率解析机能(FFT)，可检测出机械的共振点便于系统调整。
4、矩频出，5、过载能力不同;步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。
6、运行性能不同;步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象，交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
7、速度响应性能不同;步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而交流伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
交流伺服的应用领域1、冶金、钢铁—连铸拉坯生产线、铜杆上引连铸机、喷印标记设备、冷连轧机，定长剪切、自动送料、转炉倾动。
2、电力、电缆—水轮机调速器、风力发电机变桨系统、拉丝机、对绞机、高速编织机、卷线机、喷印标记设备等。
3、石油、化工—挤压机、胶片传动带、大型空气压缩机、抽油机等。
4、化纤和纺织--纺纱机、精纺机、织机、梳棉机、横边机等。
5、汽车制造业—发动机零部件生产线、发动机组装生产线，整车装配线、车身焊接线、检测设备等。
6、机床制造业—车床、龙门刨、铣床、磨床、机械加工中心、制齿机等。
7、铸件制造业—机械手、转炉倾动、模具加工中心等。
8、橡塑制造业--塑料压延机、塑料薄膜袋封切机、注塑机、挤出机、成型机、涂塑复合机、拉丝机等。
9、电子制造业—印刷电路板(PCB)设备、半导体器件设备(光刻机、晶圆加工机等)、液晶显示器(LCD)设备、整机联装及表面贴装(SMT)设备、激光设备(切割机、雕刻机等)、通用数控设备、机械手等。
开环步进电机与闭环步进电机系统比较
开环步进电机与闭环步进电机系统比较步进电机系统是运动控制行业的基石。
我们将研究开环系统与闭环系统之间的差异，并了解步进电机最新的发展，步进电机系统比以往更快，更安静，更节能。
从电压驱动和完全步进的早期阶段开始，步进电机系统已经走过了漫长的道路。
首先是PWM驱动和微步进，然后是数字信号处理器（DSP）和反共振算法。
现在，新的闭环步进技术确保步进电机在未来几年继续成为运动控制行业的基石。
这是AppliedMotionProducts的StepSERVO闭环集成步进电机的剖视图。
无论运动是线性运动还是旋转运动，决定哪种电机和驱动系统最合适的两个首要考虑因素是扭矩和效率。
这适用于最终的应用是：自动装配系统，材料处理机器，3D打印机，笛卡尔定位器，蠕动泵，还是无数其他应用，其中步进电机是优选技术方案。
步进系统的最新发展是应用低成本，高分辨率的反馈设备和先进的DSP使步进运动形成一个闭环的环路。
这种控制可以提高闭环步进性能，使其优于开环系统。
正如我们所看到的，一个这样的闭环系统在集成电机设计上得以实现，包括反馈设备，驱动器和控制器板，电源，通信和I/O电子设备，以及电机侧面和背面的系统连接器。
开环与闭环步进系统比较首先让我们探讨高性能闭环步进系统在扭矩和效率方面与传统开环步进系统的比较。
闭环步进系统优于开环系统，如实验室测试结果所示，比较两个系统的加速度（扭矩），效率（功耗），位置误差（精度），发热量和噪音水平。
只考虑扭矩和加速度之间的关系。
扭矩-速度曲线显示闭环步进系统的峰值和连续扭矩范围明显优于开环步进系统的可用扭矩范围。
通常情况下，现实世界中的扭矩会转化为加速度-因此具有更大扭矩的电机可以更快地加速给定负载。
为了在实验室中测试扭矩性能的这种差异，同样大小的开环和闭环步进电机系统获得相同的惯性负载。
编程命令两个系统执行相同的移动配置文件，除了加速率和最高速度在每个系统中缓慢增加，直到它们产生定位错误。
这里我们有一个开环与闭环系统之间的移动剖面比较。
步进电机驱动器与伺服电机驱动器的区别【干货】
步进电机驱动器与伺服电机驱动器的区别【干
货】
1、控制精度不同。
步进电机的相数和拍数越多，它的精确度就越高，伺服电机取块于自带的编码器，编码器的刻度越多，精度就越高。
2、控制方式不同；一个是开环控制，一个是闭环控制。
3、低频特性不同；步进电机在低速时易出现低频振动现象，当它工作在低速时一般采用阻尼技术或细分技术来克服低频振动现象，伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。
交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点便于系统调整。
4、矩频特性不同；步进电机的输出力矩会随转速升高而下降，交流伺服电机为恒力矩输出，
5、过载能力不同；步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。
6、运行性能不同；步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲现象，交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码
器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
7、速度响应性能不同；步进电机从静止加速到工作转速需要上百毫秒，而交流伺服系统的加速性能较好，一般只需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机，但是价格比就不一样了。
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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。
步进和伺服区别
步进电机和交流伺服电机性能比较步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。
在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。
随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。
为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。
虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。
现就二者的使用性能作一比较。
一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。
也有一些高性能的步进电机步距角更小。
如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。
以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。
对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。
是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。
振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。
这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。
步进电机闭环系统与开环系统的区别
现如今步进电机设备被广泛运用在生活的各个领域，对人们的生活带来了很多的便利。
步进电机的主要优点之一是适于开环控制。
但是，步进电机的开环控制无法避免步进电机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。
另一方面，开环控制的步进电机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度相对较低。
因此，在精度和稳定性要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。
步进电机的闭环控制是采用位置反馈和(或)速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电机的性能。
在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精度下跟踪和反馈时，扩大工作速度范围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。
步进电机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点：a.随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制改善了矩频特性。
b.闭环控制下，输出功率/转矩曲线得以改善，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度范围内，电流也能够充分转换成转矩。
c.闭环控制下，效率/转矩曲线得以改善。
d.采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。
e.利用闭环控制，步进电机可自动地、有效地被加速和减速。
f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出：n-步进电机转换拍数(N>n)。
g.应用闭环驱动，效率、功率和速度同时得到提高。
闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电机。
步进电机闭环驱动具有步进电机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。
因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电机将获得广泛应用。
深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。
我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
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。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分；
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电；高低电压控制在单电压控制的基础上，用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通，两个开关串联，两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。
因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。
图为开环步进电动机控制系统框图，系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制一定的脉冲数，即。
步进电机与伺服电机的区别
步进电机——开环步进电机（开环）步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开环控制电机，应用极为广泛。
不超载的情况下，电机的转速和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。
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，即驱动器，将直流电变成分时供电的多相时序控制电流。
步进电机虽然由直流电流供电，但是不能理解为直流电机，直流电机是将直流电能转换为机械能的动力电机，而步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开环控制电机。
步进电机——步进伺服对比注意步进电机应用于低速场合--每分钟转速不超过1000r/min，最佳工作区间是150~500r/min，（闭环步进可达1500）。
贰相步进电机在60~70r/min容易出现低速共振现象，产生振动和噪音，需要通过改变减速比、增加细分数、添加磁性阻尼器等方式避免。
细分精度注意事项，当细分等级大于4后，步距角的精度不能保证，精度要求高，最好换用相数更多（即步距角更小）的步进电机或闭环步进、伺服电机。
（开环）步进电机与伺服电机的7不同：A控制精度——伺服电机控制精度可以根据编码器设置，精度更高；B低频特性——步进电机低频容易振动，伺服电机不会；C矩频特性——步进电机随转速提高力矩变小，所以其最高工作转速一般在＜1000r/min，伺服电机在额定转速内(一般3000r/min)内都能输出额定力矩，在额定转速以上为恒功率输出，最高转速可达5000 r/min；D过载能力——步进电机不能过载，伺服电机最大力矩可过载3倍；E运行性能——步进电机为开环控制，伺服电机时闭环控制；F速度响应——步进电机启动时间0.15~0.5s，伺服电机0.05~0.1，最快可0.01s达到额定3000r/min；G效率指标——步进电机效率约60%，伺服电机约80%；实际使用中会发现：伺服电机贵，贵出很多，所以同步电机应用更广泛，特别是在定位精度要求不是很高的同步带传动、平带输送机等场合经常使用步进电机。
plc步进电机控制实验报告
plc步进电机控制实验报告PLC步进电机控制实验报告引言：在现代工业中，电机的运动控制是一个重要的环节。
PLC（可编程逻辑控制器）作为一种广泛应用于自动化领域的控制设备，被广泛应用于电机控制系统中。
本实验旨在通过使用PLC来控制步进电机，实现对电机的精确控制和定位。
一、实验目的本实验的主要目的是通过PLC来控制步进电机，实现对电机的精确控制和定位。
具体的实验目标如下：1.了解步进电机的工作原理和控制方式；2.掌握PLC的基本原理和编程方法；3.设计并实现一个简单的步进电机控制系统。
二、实验原理步进电机是一种能够将电脉冲信号转化为角位移的电动机。
它通过控制电流的方式来实现精确的位置控制。
步进电机的控制方式主要有两种：开环控制和闭环控制。
在本实验中，我们将使用开环控制的方式。
PLC是一种可编程的控制器，它可以根据预先编写的程序来控制设备的运行。
PLC的基本原理是通过输入模块接收外部信号，经过处理后，通过输出模块控制执行器的运动。
在本实验中，我们将使用PLC来控制步进电机的运动。
三、实验步骤1.准备工作：a.搭建步进电机控制系统，包括步进电机、PLC、电源等设备；b.连接电路，将PLC的输入模块与步进电机的控制信号线连接；c.编写PLC的控制程序。
2.程序设计：a.根据步进电机的控制方式，编写PLC的控制程序，包括控制信号的输出和控制逻辑的设计；b.根据实际需求，确定步进电机的运动方式和控制参数。
3.实验操作：a.将编写好的PLC程序下载到PLC设备中；b.启动PLC设备，观察步进电机的运动情况；c.根据实验需求，对步进电机的运动进行调试和优化。
4.实验结果分析：a.观察步进电机的运动情况，记录每次的位置和速度；b.根据实验数据，分析步进电机的控制效果和精度。
四、实验结果与讨论通过本次实验，我们成功地使用PLC来控制步进电机的运动。
通过对步进电机的控制参数进行调试和优化，我们实现了对电机的精确控制和定位。
步进电机控制工作原理
步进电机控制工作原理步进电机的名称步进电机(stepping motor),步进电机(step motor)，或者是脉冲电机(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有着各式各样的称呼方式，这些用日本话来表示的时候，就成为阶动电动机，还有，阶动就是一步一步阶段动作的意思，这各用另外一种语言来表示时，就是成为步进驱动的意思，总之，就是输入一个脉冲就会有一定的转角，分配转轴变位的电动机。
步进电机简介：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组件。
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。
单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。
多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。
使用多相步进电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。
每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
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。
步进电机按旋转结构分两大类：1是圆型旋转电机如下图A 2直线型电机，结构就象一个圆型旋转电机被展开一样，如下图B一，步进电机的种类现在，在市场上所出现的步进电机有很多种类，依照性能及使用目的等有各自不同的区分使用。
举个例子，各自不同的区分使用有精密位置决定控制的混合型，或者是低价格想用简易控制系构成的PM型，由于电机的磁气构造分类，因此就性能上来说就会有影响，其它的有依步进电机的外观形状来分类，也有由驱动相数来分类，和驱动回路分类等。
步进电机多轴运动控制系统的研究
步进电机多轴运动控制系统的研究1. 本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的快速发展，步进电机因其高精度、易于控制等特点，在多轴运动控制系统中扮演着至关重要的角色。
本文旨在深入研究步进电机在多轴运动控制系统中的应用，探讨其控制策略、系统设计及性能优化等方面的问题。
本文将概述步进电机的基本原理和工作特性，分析其在多轴运动控制中的优势。
接着，将重点探讨步进电机在多轴控制系统中的控制策略，包括开环控制和闭环控制，以及这两种控制策略在实际应用中的优缺点比较。
本文还将详细讨论多轴运动控制系统的设计与实现，包括硬件选型、软件编程及系统集成等方面。
特别关注步进电机与控制器之间的接口技术、运动控制算法的实现，以及系统在实际工作环境中的稳定性和可靠性。
本文将探讨步进电机多轴运动控制系统的性能优化方法，包括速度、精度和效率等方面的提升策略。
通过实验验证和数据分析，评估不同优化策略的实际效果，为步进电机在多轴运动控制系统中的应用提供理论指导和实践参考。
本文将从原理分析、控制策略、系统设计到性能优化等多个方面，全面深入研究步进电机在多轴运动控制系统中的应用，旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。
2. 步进电机原理及特性步进电机是一种特殊的电机类型，其运动不是连续的，而是按照固定的步长进行。
这种电机的特性使其非常适合需要精确控制位置和速度的应用场景。
步进电机通常被用在开环控制系统中，因为它们不需要持续的反馈信号来调整其运动。
步进电机的工作原理基于电磁学。
电机内部包含一系列电磁极，当电流通过这些电磁极时，它们会产生磁场。
这些磁场与电机内部的永磁体相互作用，产生旋转力矩，从而使电机转动。
通过控制电流的方向和顺序，可以控制电机的旋转方向和步长。
步进电机的主要特性包括其步距角、定位精度和动态性能。
步距角是电机每接收一个脉冲信号所转动的角度，这个角度通常很小，可以在5到8之间。
定位精度是指电机能够准确到达的目标位置，这主要取决于电机的制造精度和控制系统的精度。
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步进电机的开环控制和闭环控制
一、步进电机的开环掌握
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，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器
1、步进电机的硬件掌握
步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌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掌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，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意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，采纳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。
采纳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、步进电机的微机掌握：
目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌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掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：
（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
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）可显著改善掌握的牢靠性。
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。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
（4）硬件电路易标准化。
在电路集成过程中采纳了一些屏蔽措施，可以避开电力电子电路中过大的瞬态电流、电压引起的电磁干扰问题，因此牢靠性比较高。
（5）采纳微处理机的数字掌握，使信息的双向传递力量大大增加，简单和上位系统机联运，可随时转变掌握参数。
（6）可以设计适合于众多电力电子系统的统一硬件电路，其中软件可以模块化设计，拼装构成适用于各种应用对象的掌握算法；以满
意不同的用途。
软件模块可以便利地增加、更改、删减，或者当实际系统变化时彻底更新。
（7）提高了信息存贮、监控、诊断以及分级掌握的力量,使伺服系统更趋于智能化。
（8）随着微机芯片运算速度和存贮器容量的不断提高，性能优异但算法简单的掌握策略有了实现的基础。
3、步进电机的功率驱动电路
要使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，必需为步进电机供应足够功率的掌握信号，实现这一功能的电路称为步进电动机驱动电路。
驱动电路实际上是一个功率开关电路，其功能是将环形安排器的输出信号进行功率放大，得到步进电动机掌握绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形。
步进电动机的工作特性在很大程度上取决于功率驱动器的性能，对每一相绕组来说，抱负的功率驱动器应使通过绕组的电流脉冲尽量接近矩形波。
但由于步进电动机绕组有很大的电感，要做到这一点是有困难的。
常见的步进电动机驱动电路有二种：
图4.6 步进电机驱动电路
1）单电压驱动电路
这种电路采纳单一电源供电，结构简洁，成本低，但电流波形差，效率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动，图6-19所示步进电动机的一相绕组驱动电路（每相绕组的电
路相同）。
当环形安排器的脉冲输入信号为低电平（规律0，约1V）时，虽然VT1、管都导通，但只要适当选择的阻值，使0（约为-1V），那么管就处于截止状态，该相绕组断电。
当输入信号为高电平3.6V（规律1）时。
0（约为0.7V），管饱和导通，该相绕组通电。
2）双电压驱动电路又称凹凸压驱动电路，采纳高压和低压两个电源供电。
在步进电动机绕组刚接通时，通过高压电源供电，以加快电流上升速度，延迟一段时间后，切换到低压电源供电。
这种电路使电流波形、输出转矩及运行频率等都有较大改善。
当环形安排器的脉冲输入信号为高电平常（要求该相绕组通电），二极管的基极都有信号电压输入，使均导通。
于是在高压电源作用下（这时二极管两端承受的是反向电压，处于截止状态，可使低压电源不对绕组作用）绕组电流快速上升，电流前沿很陡。
当电流达到或略微超过额定稳态电流时，利用定时电路或电流检测器等措施切断基极上的信号电压，于是截止，但此时仍旧是导通的，因此绕组电流即转而由低压电源经过二极管供应。
当环形安排器输出端的电压为低电平常（要求绕组断电），基极上的信号电压消逝，于是截止，绕组中的电流经二极管及电阻向高压电源放电，电流便快速下降。
采纳这种凹凸压切换型电源，电动机绕组上不需要串联电阻或者只需要串联一个很小的电阻（为平衡各相的电流），所以电源的功耗比较小。
由于这种供压方式使电流波形得到很大改善，所以步进电动机的转矩一频率特性好，启动和运行频率得到很大的提高。
二、步进电机的闭环掌握
同开环掌握系统相比，闭环掌握具有一系列优点。
在反馈掌握系统中，不管出于什么缘由（外部扰动或系统内部变化），只要被掌握量偏离规定值，就会产生相应的掌握作用去消退偏差。
因此，它具有抑制干扰的力量，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
但反馈回路的引入增加了系统的简单性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高掌握精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采纳按扰动的掌握（即前馈掌握）作为反馈掌握的补充而构成复合掌握系统。