第7章步进电动机传动控制系统-PPT课件
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步进电机及其控制系统课件
被控制的对象，根据控制信号的输入进行旋转。
用于检测步进电机的位置和速度，常见的传感器有光电编码器 和霍尔传感器等。
控制系统的实现方式
硬件实现
01
通过硬件电路实现控制系统的功能，一般适用于简单
的控制系统。
软件实现
02 通过编写程序实现控制系统的功能，一般适用于复杂
的控制系统。
混合实现
03
将硬件和软件结合起来实现控制系统的功能，一般适
技术挑战
随着应用场景的不断复杂化，对步进电机的性能和技术要求也越来越高。如何提高步进电机的性能和技术水平，是当 前亟待解决的问题。
应用前景展望
随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，步进电机在生产线上的应用前景非常广阔。未来，步进电 机将成为实现自动化生产的重要基础元件之一。
步进电机的调试与
05
维护
步进电机的调试方法
确定定步进电机的控制信号和所需脉冲数。
调整脉冲频率和方向
02
根据电机型号和应用需求，调整脉冲频率和方向，以获得最佳
运动效果。
校准位置检测器
03
对准位置检测器与步进电机之间的相对位置，以确保准确控制
。
步进电机的维护周期与内容
日常检查
每天检查步进电机是否有异常声音、振动或气 味。
点。
步进电机的特点
步进电机具有体积小、重量轻、控制精度 高等特点。
应用场景
在生产线上的分拣环节，步进电机作为驱 动源，控制分拣装置的移动和定位，实现 快速、准确的产品分拣。
步进电机在生产线上的应用前景
发展趋势
随着工业自动化的不断发展，步进电机在生产线上的应用将更加广泛。未来，步进电机将朝着控制精度更高、响应速 度更快、可靠性更高的方向发展。
用于检测步进电机的位置和速度，常见的传感器有光电编码器 和霍尔传感器等。
控制系统的实现方式
硬件实现
01
通过硬件电路实现控制系统的功能，一般适用于简单
的控制系统。
软件实现
02 通过编写程序实现控制系统的功能，一般适用于复杂
的控制系统。
混合实现
03
将硬件和软件结合起来实现控制系统的功能，一般适
技术挑战
随着应用场景的不断复杂化，对步进电机的性能和技术要求也越来越高。如何提高步进电机的性能和技术水平，是当 前亟待解决的问题。
应用前景展望
随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，步进电机在生产线上的应用前景非常广阔。未来，步进电 机将成为实现自动化生产的重要基础元件之一。
步进电机的调试与
05
维护
步进电机的调试方法
确定定步进电机的控制信号和所需脉冲数。
调整脉冲频率和方向
02
根据电机型号和应用需求，调整脉冲频率和方向，以获得最佳
运动效果。
校准位置检测器
03
对准位置检测器与步进电机之间的相对位置，以确保准确控制
。
步进电机的维护周期与内容
日常检查
每天检查步进电机是否有异常声音、振动或气 味。
点。
步进电机的特点
步进电机具有体积小、重量轻、控制精度 高等特点。
应用场景
在生产线上的分拣环节，步进电机作为驱 动源，控制分拣装置的移动和定位，实现 快速、准确的产品分拣。
步进电机在生产线上的应用前景
发展趋势
随着工业自动化的不断发展，步进电机在生产线上的应用将更加广泛。未来，步进电机将朝着控制精度更高、响应速 度更快、可靠性更高的方向发展。
《步进电动机的控制》课件
《步进电动机的控制》 PPT课件
这个PPT课件将介绍步进电动机的基本原理、分类和工作方式，控制方法，常 见的驱动电路设计，控制算法，以及一些实验和应用案例的介绍。最后，总 结并展望步进电动机的未来。
步进电动机的基本原理
1 电磁原理
步进电动机通过电磁原理将电能转化为机械 能。
2 步进角度
步进电动机的旋转是以固定的步进角度进行 的，通常是1.8°或0.9°。
3 相序
通过控制电流的相序，可以实现步进电动机 的旋转。
4 无刷设计
某些步进电动机使用无刷设计，具有更高的 效率和可靠性。
步进电动机的分类和工作方式
单极性步进电动机
双极性步进电动机
使用单极性电压驱动，简单且易于控制。
使用双极性电压驱动，具有更高的扭矩和性能。
工作方式包括全步进、半步进和微步进，每种方式具有不同的步进角度和精度。
总结和展望
步进电动机是一种常用的电动机类型，具有独特的工作方式和控制方法。随 着技术的发展，步进电动机在各个领域的应用将继续增加。
步进电动机的控制方法
1
开环控制
最简单的控制方法，只需提供合适的脉冲信号即可实现旋转。
2
闭环控制
通过反馈信号来检测步进电动机的位置和速度，实现更高的精度和稳定性。
3
微处理器控制
使用微处理器和编程实现更复杂的控制算法和功能。
常见的驱动电路设计
L2 93 D电机驱动器
ULN2 003 步进电机驱动器
常用的双全桥驱动芯片，适用于控制双极性步进电 动机。
实验和应用案例介绍
实验1：步进电动机的基本控制
通过编程控制步进电动机旋转的速度和方向。
应用案例2：机器人
步进电动机在机器人领域中用于控制关节和运 动。
这个PPT课件将介绍步进电动机的基本原理、分类和工作方式，控制方法，常 见的驱动电路设计，控制算法，以及一些实验和应用案例的介绍。最后，总 结并展望步进电动机的未来。
步进电动机的基本原理
1 电磁原理
步进电动机通过电磁原理将电能转化为机械 能。
2 步进角度
步进电动机的旋转是以固定的步进角度进行 的，通常是1.8°或0.9°。
3 相序
通过控制电流的相序，可以实现步进电动机 的旋转。
4 无刷设计
某些步进电动机使用无刷设计，具有更高的 效率和可靠性。
步进电动机的分类和工作方式
单极性步进电动机
双极性步进电动机
使用单极性电压驱动，简单且易于控制。
使用双极性电压驱动，具有更高的扭矩和性能。
工作方式包括全步进、半步进和微步进，每种方式具有不同的步进角度和精度。
总结和展望
步进电动机是一种常用的电动机类型，具有独特的工作方式和控制方法。随 着技术的发展，步进电动机在各个领域的应用将继续增加。
步进电动机的控制方法
1
开环控制
最简单的控制方法，只需提供合适的脉冲信号即可实现旋转。
2
闭环控制
通过反馈信号来检测步进电动机的位置和速度，实现更高的精度和稳定性。
3
微处理器控制
使用微处理器和编程实现更复杂的控制算法和功能。
常见的驱动电路设计
L2 93 D电机驱动器
ULN2 003 步进电机驱动器
常用的双全桥驱动芯片，适用于控制双极性步进电 动机。
实验和应用案例介绍
实验1：步进电动机的基本控制
通过编程控制步进电动机旋转的速度和方向。
应用案例2：机器人
步进电动机在机器人领域中用于控制关节和运 动。
步进电动机课件ppt
驱动电路类型
常见的步进电动机驱动电 路包括H桥、A4988等。
驱动电路元件
驱动电路的主要元件包括 晶体管、二极管、电容等 ，用于实现电流的放大和 转换。
步进电动机的常见
04
问题与解决方案
步进电动机的常见问题
电机发热过高
电机运行噪音过大
电机在运行过程中发热过高，可能是由于 电机过载、通风不良、绕组故障等原因。
定制化
随着市场的多样化需求，步 进电动机将逐渐实现定制化 生产，满足不同客户和行业 的特殊需求。
步进电动机的未来展望
更广泛的应用领域
随着步进电动机性能和效率的提高，其 应用领域将进一步扩大，涉及到更多行
业和领域。
更智能的集成系统
未来步进电动机将与传感器、控制器 等智能器件集成，形成更智能的控制
系统。
步进电动机的旋转角度和速度 可以通过控制脉冲的数量和频
率来实现高精度的控制。
响应速度快
步进电动机的转动速度和方向 可以通过控制脉冲的频率和相 序来快速响应。
低速性能好
步进电动机在低速时仍能保持 较好的稳定性和平滑性，不会 出现丢步或过冲的现象。
可靠性高
步进电动机的结构简单，维护 方便，且使用寿命长，可靠性
它广泛应用于各种自动化设备、机器 人、数控机床等领域，是实现精密控 制的重要元件之一。
步进电动机的分类
根据结构分类
根据工作电流方式分类
有齿型步进电动机、无齿型步进电动 机、混合型步进电动机等。
有直流步进电动机和交流步进电动机 。
根据相数分类
有单相、两相、三相和多相步进电动 机。
步进电动机的工作原理
步进电动机的驱动
03
控制
步进电动机驱动器
步进电动机传动控制系统课件
快速性
控制系统应具有快速的响应能 力，能够快速跟踪输入指令的 变化，并快速调整步进电动机 的转动。
可靠性
控制系统应具有较高的可靠性 ，能够长时间稳定运行，并具
有较强的抗干扰能力。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
步进电动机传动控制系 统的应用
在自动化生产线中的应用
REPORT
CATALБайду номын сангаасG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
步进电动机传动控制系 统的优化与改进
控制算法的优化
总结词
控制算法的优化是提高步进电动机传动控制系统性能的关键。
详细描述
通过改进控制算法，如采用更精确的模型、引入智能控制策略等，可 以有效提高步进电动机的定位精度、速度控制和动态响应性能。
控制器
根据输入的指令或算法，输出相应的脉冲信 号给驱动器，控制步进电动机的转动。
传感器
用于检测步进电动机的位置、速度等参数， 并将检测结果反馈给控制器。
步进电动机传动控制系统的控制方式
开环控制
半闭环控制
通过控制器输出脉冲信号控制步进电 动机转动，不进行位置反馈控制。
介于开环控制和闭环控制之间的一种 控制方式，通过传感器检测电机轴上 的某些参数，间接反映位置信息，进 行控制。
闭环控制
在开环控制的基础上，增加位置传感 器对步进电动机的位置进行实时检测 ，并将检测结果反馈给控制器，实现 位置的精确控制。
步进电动机传动控制系统的设计原则
稳定性
控制系统应具有良好的稳定性 ，避免因外部干扰或系统内部 参数变化而产生振荡或失控。
步进电动机课件ppt
机械特性
描述了步进电动机转速与输入脉冲频率之间的关系，也称动态机械特性。
03
CATALOGUE
步进电动机的控制方法
开环控制
脉冲控制
通过控制脉冲的数量和频率来控 制步进电动机的旋转角度和速度
。
方向控制
通过控制脉冲的顺序来控制步进电 动机的旋转方向。
步进模式
通过控制脉冲的数量来控制步进电 动机的旋转步数和位置。
软件细分
通过在软件中设置细分参数对步进电动机进行细 分控制，以实现更精细的控制。
自动细分
通过自动调整细分参数，以实现最佳的控制效果 。
04
CATALOGUE
步进电动机的驱动电路
单电压驱动电路
电阻分压器
通过电阻分压器将电源电压分成适当的电压，为步进电动机的各 相绕组提供驱动信号。
环形分配器
将驱动信号分配给各相绕组，使各相绕组按顺序通电或同时通电。
高精度化
为了满足高精度加工和测量需求，步进电动机的精度不断提高。
多样化
不同类型的步进电动机不断涌现，以满足不同领域的需求。
技术瓶颈与挑战
控制精度
步进电动机的控制系统对精度影响较大，如何提高控制精度是当前 面临的一个难题。
可靠性
由于步进电动机的运行速度较高，对其可靠性和稳定性要求也较高 ，如何保证长时间稳定运行也是一个挑战。
自动化生产
步进电动机可用于驱动自动化生产线上的机械臂、传送带等设备，提高生产效率 。
质量控制
步进电动机可用于控制机器视觉系统，对生产线上的产品进行质量检测和筛选。
在打印机等办公设备中的应用
打印机
步进电动机在打印机中用于控制打印头的移动，实现高精度 的打印效果。
复印机
描述了步进电动机转速与输入脉冲频率之间的关系，也称动态机械特性。
03
CATALOGUE
步进电动机的控制方法
开环控制
脉冲控制
通过控制脉冲的数量和频率来控 制步进电动机的旋转角度和速度
。
方向控制
通过控制脉冲的顺序来控制步进电 动机的旋转方向。
步进模式
通过控制脉冲的数量来控制步进电 动机的旋转步数和位置。
软件细分
通过在软件中设置细分参数对步进电动机进行细 分控制，以实现更精细的控制。
自动细分
通过自动调整细分参数，以实现最佳的控制效果 。
04
CATALOGUE
步进电动机的驱动电路
单电压驱动电路
电阻分压器
通过电阻分压器将电源电压分成适当的电压，为步进电动机的各 相绕组提供驱动信号。
环形分配器
将驱动信号分配给各相绕组，使各相绕组按顺序通电或同时通电。
高精度化
为了满足高精度加工和测量需求，步进电动机的精度不断提高。
多样化
不同类型的步进电动机不断涌现，以满足不同领域的需求。
技术瓶颈与挑战
控制精度
步进电动机的控制系统对精度影响较大，如何提高控制精度是当前 面临的一个难题。
可靠性
由于步进电动机的运行速度较高，对其可靠性和稳定性要求也较高 ，如何保证长时间稳定运行也是一个挑战。
自动化生产
步进电动机可用于驱动自动化生产线上的机械臂、传送带等设备，提高生产效率 。
质量控制
步进电动机可用于控制机器视觉系统，对生产线上的产品进行质量检测和筛选。
在打印机等办公设备中的应用
打印机
步进电动机在打印机中用于控制打印头的移动，实现高精度 的打印效果。
复印机
PLC的步进电机控制系统ppt课件
系统响应慢
可能是由于算法复杂度过高或网络延 迟引起，可以通过优化算法和改善网 络状况来解决。
故障诊断困难
建立完善的故障诊断机制，通过传感 器监测和程序异常检测来快速定位问 题。
05
案例分析
案例一：某工厂的物料搬运系统
总结词
物料搬运系统是工厂中重要的组成部分，通过PLC控制步进电机来实现物料的精确搬运。
通讯连接
PLC与步进电机通过通讯 协议进行连接，如 Modbus、Profinet等， 实现数据的交互和控制。
扩展模块连接
PLC通过扩展模块与步进 电机连接，扩展模块负责 信号的转换和传输，实现 PLC对步进电机的控制。
PLC控制步进电机的编程语言
Ladder Diagram（梯形图）：采用 图形化方式表示控制逻辑，易于理解 和编程。
plc的步进电机控制系统ppt 课件
目录
• PLC与步进电机简介 • 步进电机控制系统设计 • PLC控制步进电机实现 • 步进电机控制系统调试与优化 • 案例分析
01
PLC与步进电机简介
PLC的定义与功能
定义
PLC，可编程逻辑控制器，是一种 专门为工业环境设计的数字电子设 备。
功能
通过存储在内存中的程序执行逻 辑运算、顺序控制、定时计数和 算术操作等指令，控制各种类型 的机械或生产过程。
VS
详细描述
在智能仓储系统中，货架的移动和定位是 关键环节之一。通过采用PLC作为主控制 器，实现对步进电机的精确控制。步进电 机根据PLC输出的脉冲信号实现货架的精 确移动和定位，确保货物的快速存取和准 确管理。该系统还具备智能感知、自动调 整等功能，提高了仓储管理的智能化水平 和效率。
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第07章步进电动机PPT课件
-6-
(a) A、B相通电 第(b)6页B、/共C相61通页电 (c) C、A相通电
第七章 步进电动机
3. 三相六拍通电方式
15 o
15 o
A
A
A
Z
1
Y
4
2
B
3
C
Z
1
Y
2 4
B
3
C
Z
1
4
B
Y
2
3
C
X
(a)
15 o
A
Z
1
2
4
3
B
15 o Y
Z
CB
X
X
(b)
(c)
A
A
Z
2
Y 15o
2
Y
1 3
1 3
4
CB
b
1 6
t
1.2o
-9-
C
B
A
2
3t
1
3t
0
(a)
C
B
A
1
3t
0
1
3t
(b)
C
B
A
0
1
3t
2
3t
(c)
图7-7 步进电动机定、转子齿的相对位置
第9页/共61页(a) A相通电 (b) B相通电 (c) C相通电
第七章 步进电动机
三、步距角和转速的计算
若转子齿数为ZR，转子相邻两齿间的夹角，即齿距 角为
TeB
Tem
s in( e
2π ) 3
（7-8）
这样，当A、B两相同时通电时，合成的电磁转矩为
TeAB
TeA
TeB
Tem
(a) A、B相通电 第(b)6页B、/共C相61通页电 (c) C、A相通电
第七章 步进电动机
3. 三相六拍通电方式
15 o
15 o
A
A
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Z
1
Y
4
2
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Z
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X
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15 o
A
Z
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15 o Y
Z
CB
X
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(c)
A
A
Z
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Y 15o
2
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CB
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1.2o
-9-
C
B
A
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C
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A
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(b)
C
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图7-7 步进电动机定、转子齿的相对位置
第9页/共61页(a) A相通电 (b) B相通电 (c) C相通电
第七章 步进电动机
三、步距角和转速的计算
若转子齿数为ZR，转子相邻两齿间的夹角，即齿距 角为
TeB
Tem
s in( e
2π ) 3
（7-8）
这样，当A、B两相同时通电时，合成的电磁转矩为
TeAB
TeA
TeB
Tem
步进电动机驱动及其控制56页PPT
步进电动机驱动及其控制
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
▪
谢谢！
56
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Hale Waihona Puke 27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
▪
谢谢！
56
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
Hale Waihona Puke 27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
步进电机及其驱动控制系统课件
工作原理
步进电机内部通常有多个励磁线圈，当外部施加一系列的电脉冲 信号时，这些线圈按照特定的顺序通电，产生旋转磁场，从而使 电机转子转动。
步进电机的分类与特点
01
分类
按照相数可分为单相、两相和三相步进电机；按照结 构可分为反应式、永磁式和混合式步进电机。
02
1. 定位精度高
步进电机通过接收电脉冲信号来转动，每接收一个脉 冲就转动一定的角度，因此定位精度较高。
步进电机及其驱动控制系统课 件
目
CONTENCT
录
• 步进电机概述 • 步进电机驱动控制系统 • 步进电机的选型与参数计算 • 步进电机驱动控制系统的设计 • 步进电机驱动控制系统的调试与优
化 • 步进电机及其驱动控制系统的发展
趋势与展望
01
步进电机概述
步进电机的定义与工作原理
定义
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件 。
细分调整
通过调整细分参数，改善电机的步进精度和 扭矩特性。
热管理
合理设计散热方案，确保电机和驱动器在长 时间工作时温度稳定。
噪声与振动控制
优化机械和电气参数，降低电机运行时的噪 声和振动。
步进电机驱动控制系统的故障诊断与排除
故障现象分析
根据故障现象，分析可能的原因，如电源故障、机械卡滞、参数配置错误等。
控制器
控制器是步进电机驱动控制系统的核心，它负责发 出控制脉冲信号，控制步进电机的运转。
步进电机驱动控制系统的分类
按控制方式分类
可以分为开环控制系统和闭环 控制系统。开环控制系统结构 简单，成本低，但精度不高； 闭环控制系统精度高，但结构 复杂，成本高。
按电机类型分类
可以分为永磁式步进电机、反 应式步进电机和混合式步进电 机等。不同类型电机具有不同 的特性和应用场景。
步进电机内部通常有多个励磁线圈，当外部施加一系列的电脉冲 信号时，这些线圈按照特定的顺序通电，产生旋转磁场，从而使 电机转子转动。
步进电机的分类与特点
01
分类
按照相数可分为单相、两相和三相步进电机；按照结 构可分为反应式、永磁式和混合式步进电机。
02
1. 定位精度高
步进电机通过接收电脉冲信号来转动，每接收一个脉 冲就转动一定的角度，因此定位精度较高。
步进电机及其驱动控制系统课 件
目
CONTENCT
录
• 步进电机概述 • 步进电机驱动控制系统 • 步进电机的选型与参数计算 • 步进电机驱动控制系统的设计 • 步进电机驱动控制系统的调试与优
化 • 步进电机及其驱动控制系统的发展
趋势与展望
01
步进电机概述
步进电机的定义与工作原理
定义
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件 。
细分调整
通过调整细分参数，改善电机的步进精度和 扭矩特性。
热管理
合理设计散热方案，确保电机和驱动器在长 时间工作时温度稳定。
噪声与振动控制
优化机械和电气参数，降低电机运行时的噪 声和振动。
步进电机驱动控制系统的故障诊断与排除
故障现象分析
根据故障现象，分析可能的原因，如电源故障、机械卡滞、参数配置错误等。
控制器
控制器是步进电机驱动控制系统的核心，它负责发 出控制脉冲信号，控制步进电机的运转。
步进电机驱动控制系统的分类
按控制方式分类
可以分为开环控制系统和闭环 控制系统。开环控制系统结构 简单，成本低，但精度不高； 闭环控制系统精度高，但结构 复杂，成本高。
按电机类型分类
可以分为永磁式步进电机、反 应式步进电机和混合式步进电 机等。不同类型电机具有不同 的特性和应用场景。
第7章步进电动机-PPT精选
T TA TAB TB
0 60o 120o
θe
控制电机
空载时，转子停在θe = 0 位置，此时B 相通电，
转矩从 o 到 a ，转矩为 TBa= Tjmax sin 120 o
转子从 步。
0
移T动到θeb（
120o电角度）电机前进了一
TA
TB
TC
a 一步
一步
o
θeb
2θeb
θe
如果不断送入控制脉冲，电机就不断地一步一 步转动。此即步进电动机空载作单步运行的情况。
第7章 步进电动机
7.1 反应式步进电动机的工作原理 和基本特点
7.2 反应式步进电动机的运行特性 7.3 步进电动机主要性能指标和技术数据 7.4 步进电动机的应用举例
第7章 步进电动机
本章要求：
熟练掌握步进电动机的工作原理,熟悉步进电 动机的基本特点。 熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。 熟悉并掌握步进电动机的单步运行状态。 熟练掌握步进电动机的连续脉冲运行和运动特性 熟悉步进电动机的主要性能指标。
线。
θe= π/2
T
π/2 π
0
3π/2
θe 图
T1
21
T
π/2 π
0
3π/2
控制电机
转子位置不同， 电机产生的转矩 θe 是不同的。
当θe<+π时，转矩的方向是使转子位置趋 向失调角为0，与θe角增加的方向相反，故取转 矩为负值。当θe > +π时，转矩的方向与θe角增 加的方向相同，故取转矩为正值。
实际电机所带的负载转矩t必须小于极限启动转矩才能运动即t步距角减小可使相邻距角特性位移减少就可提高极限启动转矩tq2控制电机max三相单三拍极限启动转矩t三相六拍极限启动转矩tq2控制电机单步运行时转子从一个平衡位置转过一个步距角到达新的平衡位置但是由于惯性作用转子要在新的平衡位置来回振荡
0 60o 120o
θe
控制电机
空载时，转子停在θe = 0 位置，此时B 相通电，
转矩从 o 到 a ，转矩为 TBa= Tjmax sin 120 o
转子从 步。
0
移T动到θeb（
120o电角度）电机前进了一
TA
TB
TC
a 一步
一步
o
θeb
2θeb
θe
如果不断送入控制脉冲，电机就不断地一步一 步转动。此即步进电动机空载作单步运行的情况。
第7章 步进电动机
7.1 反应式步进电动机的工作原理 和基本特点
7.2 反应式步进电动机的运行特性 7.3 步进电动机主要性能指标和技术数据 7.4 步进电动机的应用举例
第7章 步进电动机
本章要求：
熟练掌握步进电动机的工作原理,熟悉步进电 动机的基本特点。 熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。 熟悉并掌握步进电动机的单步运行状态。 熟练掌握步进电动机的连续脉冲运行和运动特性 熟悉步进电动机的主要性能指标。
线。
θe= π/2
T
π/2 π
0
3π/2
θe 图
T1
21
T
π/2 π
0
3π/2
控制电机
转子位置不同， 电机产生的转矩 θe 是不同的。
当θe<+π时，转矩的方向是使转子位置趋 向失调角为0，与θe角增加的方向相反，故取转 矩为负值。当θe > +π时，转矩的方向与θe角增 加的方向相同，故取转矩为正值。
实际电机所带的负载转矩t必须小于极限启动转矩才能运动即t步距角减小可使相邻距角特性位移减少就可提高极限启动转矩tq2控制电机max三相单三拍极限启动转矩t三相六拍极限启动转矩tq2控制电机单步运行时转子从一个平衡位置转过一个步距角到达新的平衡位置但是由于惯性作用转子要在新的平衡位置来回振荡
步进电机控制系统原理36页PPT
步进电机控制系统原理
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
第7章步进电动机传动控制系统
表7-2JK触发器真值表
7.2.2步进电动机的环形分配器
1.硬件环形分配器 (1)逻辑电路环形分配器 (2)EPROM环形分配器 其基本思想是：结合驱动电源线路按步进电动机励磁状 态转换表求出所需的环形分配器输出状态表(输出状态表 与状态转换表相对应)，以二进制码的形式依次存入 EPROM中，在线路中只要按照地址的正向或反向顺序依 次取出地址的内容，则EPROM的输出端即依次表示各励 磁状态。 EPROM设计的环形分配器具有以下特点：1)线路简单， 仅有可逆计数器和存储器两部分；2)一种线路可实现多 种励磁方式的分配，只要在不同的地址区域存储不同的 状态表，除软件工作外，硬件线路不变；3)可彻底排除 非法状态；4)可有多种输入端，便于同控制器接口。
表7-3CH250环形分配器状态表
7.2.2步进电动机的环形分配器
2.软件环形分配器 (1)设置输出接口 (2)设计环形分配子程序 (3)设计延时子程序
存储元件地址
K＋0 K＋1 K＋2 K＋3 K＋4 K＋5
图7.11I/O接口图
单元内容
01H(0001) 03H(0011) 02H(0010) 06H(0110) 04H(0100) 05H(0101)
第7章步进电动机传动控制系统
步进电动机（Step motor 或Stepping motor），是一种利用电磁感应原理，将电 脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。 每输入一个脉冲，电机就转过一个角度，运 行一步，其运动形式是步进式的，故称为步 进电动机。由于其输入的是脉冲电压，所以 又称脉冲电动机或阶跃电动机。 步进电动机的工作机理是基于最基本的电 磁铁机理。
图7.5三相六拍通电方式
7.1.2小步距角步进电动机
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图7.5三相六拍通电方式
定子极面小齿和转子上的小齿位 置符合下列规律： 当U相的定子齿和转子齿对齐时， V相的定子齿应相对于转子齿顺 时针方向错开1/3齿距，而W相 的定子齿又应相对于转子齿顺时 针方向错开2／3齿距。也就是说， 当某一相磁极下定子与转子的齿 相对时，下一相磁极下定子与转 子齿的位置刚好错开τ/m．其中， τ为齿距，m为相数；再下一相磁 极下定子与转子的齿则错开2τ／ m；依此类推。 当定子绕组按U-V-W顺序轮流通 电时，转子就顺时针方向一步一 步地移动，各相绕组轮流通电一 图7.6实际的三相反应式步进电动机结构 简图 次，转子就转过一个齿距。
7.1.2小步距角步进电动机
设转子的齿数为Z，则齿距角为
360 z
因为每通电一次(即运行一拍)，转子就走一步，故步距角 为
式中：K为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如 单、双三拍时；反之则K=2，如三相六拍时。 若步进电动机的z=40，三相单三拍或三相双三拍时，其 步距角为
结论：
通过以上分析可知，转子的齿数不能任意选取。因为在 同一相的几个磁极下，定转子齿应同时对齐或同时错开， 才能使几个磁极的作用相加，产生足够的反应转矩，而 定子圆周上属于同一相的极总是成对出现的，所以转子 齿数应是偶数。 另外，在不同相的磁极下，定转子相对位置应依次错开 1／m齿距，这样才能在连续改变通电状态下，获得连续 不断的运动。否则，当某一相控制绕组通电时，转子齿 都将处于磁路的磁阻最小位置上，各相绕组轮流通电时， 转子将一直处于静止状态，电动机不能正常转动运行。 为此，要求两相邻相磁极轴线之间转子的齿数为整数加 或减1／m。
第7章步进电动机传动控制系统
步进电动机的运动是由一系列电脉冲控制，脉冲发生 器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序 加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够输出足够 的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功 率放大。环形分配器、功率放大器以及其他辅助电路统 称为步进电机的驱动电源。步进电动机、驱动电源和控 制器构成步进电动机传动控制系统，如图7.1所示。
7.1.1
C — C 剖 面 A 1 B 1 N A 2 N N B 2 A 3 B 3 C D N B 4 C D D — D 剖 面 电 机绕 组 转 子 B 1 A 1 B 4 S S
7.1 步进电动机工作原理及分类
A 4 N S 永 磁体 A 2 定 子 B 2 A 3
A 4
B 3
1．结构特点
驱动电源
控制器
环形分配器
功率放大器
步进电动机
辅助电路
图7.1步进电动机传动控制系统框图
步进电动机的结构与工作原理 步进电动机的结构分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠 加而成，绕有一定相数的控制绕组，由环形分配器送来的电脉冲 对各相定子绕组轮流进行励磁。转子用硅钢片叠成或用软磁性材 料做成凸极结构；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电 动机”；用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机”。步进 电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下图是两相 混合式步进电动机结构图 。
若按三相六拍运行时，其步距角为
7.1.2小步距角步进电动机
如果步进电动机电定子各相绕组轮流通电的脉冲的频率 为f，步距角θb的单位为(o)，则步进电动机的转速(单位为 r／min)为
可知，步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其 转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转 子的转速越高。
步进电动机（Step motor 或Stepping motor），是一种利用电磁感应原理，将电 脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。 每输入一个脉冲，电机就转过一个角度，运 行一步，其运动形式是步进式的，故称为步 进电动机。由于其输入的是脉冲电压，所以 又称脉冲电动机或阶跃电动机。 步进电动机的工作机理是基于最基本的电 第 7章步进电动机传动控制系统 磁铁机理。
步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便 转过一个确定的角度，即步进电机的步距角，用θb表示； 改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之 改变。
（2）通电方式
步进电动机的转速即取决于控制绕组通电的频率，又取决 于绕组通电方式。步进电动机的通电方式一般有单相轮流 通电方式、双相轮流通电方式和单双相轮流通电方式 。 1）单相轮流通电方式-运行的稳定性差。 2）双相轮流通电方式-输出力矩较大，定位精度高而且不 易失步。 3）单双相轮流通电方式-步距角减小一倍。
7.1.3步进电动机的分类`
分类方式 结构特点 转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运 反应式 行，是我国步进电动机发展的主要类型。 其主要特点是气隙小、步距角小，定位精度高，控制准确； 但励磁电流较大，要求有较大的驱动电源功率，且电动机内 (又称磁阻式) 部阻尼较小，当相数较小时，单步运行振荡时间较长或断电 后无定位转矩，所以使用中需要自锁定位。 激磁式 定、转子均有激磁绕组(或转子用永久磁钢)，由电磁力矩实 现步进运行。输出力矩大，但结构复杂，实际较少应用。 具体类型
7.1.2小步距角步进电动机
三相反应式步进电动机定子、转子展开图
两相混合式步进电动机定子磁极上的齿与左右段转子齿的 相A2 B1 A1
右段 S
若以转子左段铁心作参考，当A1、A3极上的齿与转子齿对齐时， 则有 A2、A4极上的齿与转子槽相对，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转 子齿1/4齿距，B2、B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿3／4齿距；在 转子右段铁心，则A1、A3极上的齿与转子槽相对，A2、A4极上的齿与 转子齿对齐，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转子3/4齿距，B2、 B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿1／4齿距。
图7.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构简图。其 定子有6个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组， 由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。转子上有均布的四 个凸齿。
图7.2三相反应式 步进电动机结构简图
(a) (b) 图7.3三相反应式步进电动机工作原理
2. 工作原理
(1)基本工作原理
7.4单三拍通电方式时的转子位置