步进电动机系统的选择方法
步进电机选型方法
步进电机选型方法１、步进电机的选用计算方法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。
步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。
步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。
选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。
而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。
在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。
一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。
选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。
在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。
但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。
精度是由电机的固有特性所决定。
选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
选择步进电机需要进行以下计算：（1）计算齿轮的减速比根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:i=(φ.S)/(360.Δ)(1-1) 式中φ -步进电机的步距角（o/脉冲）S -丝杆螺距（mm) Δ-(mm/脉冲）（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。
Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2）式中Jt-折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)J1、J2 -齿轮惯量(Kg.cm.s2) Js -丝杆惯量(Kg.cm.s2)W-工作台重量（N）S-丝杆螺距（cm）（3）计算电机输出的总力矩MM=Ma+Mf+Mt （1-3）Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）式中Ma -电机启动加速力矩（N.m) Jm、Jt-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2) n-电机所需达到的转速（r/min）T---电机升速时间（s）Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5）Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)u-摩擦系数η-传递效率Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）Mt-切削力折算至电机力矩（N.m) Pt-最大切削力（N）（4）负载起动频率估算。
如何正确选择步进电机和伺服电机
步进电机和伺服电机的区别与正确选择在行走定位系统中，常用的电机就是步进电机和伺服电机两种，其中步进电机主要有2相、5相和微步进几种，伺服电机主要有交流伺服电机和直流伺服电机，以及有刷和无刷电机的分类。
2相、5相和微步步进电机主要是驱动器所表现出来解析度不同, 2相步进系统电机每转最细可分为400 格, 五相则为1000 格, 微步进则可从200 ~ 5000(或以上)格, 表现出来的特性以微步进最好, 加减速时间较短, 动态惯性较低.AC 和DC 伺服电机主要的分别为DC伺服比AC伺服电机多了一个碳刷, 会有维护上的问题, 而AC 伺服电机因没有碳刷, 所以后续并不会有太大维护上的问题. 所以基本上来说AC伺服系统是较DC 伺服系统为优, 但DC 伺服系统主要的优势则是价位上比AC 伺服系统较便宜. 而此两种系统的控制精度皆为相同.以下为伺服电机与步进电机的特征介绍步进电机：◎特征●具保持力由于步进电机在激磁状态停止时，具有很大的保持力，因此即使不使用机械式刹车亦可以保持停止位置(具有激磁状态停止时，与电机电流成比例的保持力)。
在停电时步进电机不具有保持力，因此停电时若需有保持力，请使用附电磁刹车机种。
藉由电机的高精度加工，可实现步进电机高精度定位功能。
解析度是取决于电机的构造，一般的HYPRID型5相步进电机为1步级0.72°精度是取决于电机的加工精度而定，无负载时的停止精度误差为±3分(±0.05°)。
● 角度控制、速度控制简单步进电机为与输入的脉波成正比，一次以一步级角运转（0.72度）。
●高转矩，高响应性步进电机虽然体积小但在低速运转时皆可获得高转矩输出。
因此在加速性、响应性、频繁的起动及停止皆可发挥很大的威力。
●高分解能、高精度定位5相步进电机在全步级时0.72°(1回转500分割)，半步级时0.36°(1回转1000分割)。
机电一体化系统的微机控制系统的选择与设计PPT课件
用集成电路自行设计接口电路
可设计任意要求的接口， 价格低，但可靠性差。
如： • 74LS138：三-八译码器 • 74LS373：八位锁存器 • 74LS244：三态缓冲器等
1、光电隔离电路原理
VC +5V
+12V
1
输入信号 （来自微机）
输出 （去执行系统）
G
2、光电隔离电路的作用：
（1）可将输入与输出两部分电 路的地线分开，各自使用一套电 源供电；
（2）可以进行电平转换； （3）提高驱动能力。
3、光电耦合器的分类
1）普通型
3
1
输入
输出
管脚3主要 用于温度补 偿及检测等。
4）总线型工业控制计算机 特点：
• 提高设计效率，缩短设计和制造周期 • 提高了系统的可靠性； • 便于调试和维修； • 能适应技术发展的需要，迅速改进系
统的性能
总线类型：
• ISA总线 • VESA 总线 • PCI总线 • AGP标准 • STD总线
ISA总线:
• ISA（industrial standard architecture） 总线标准是IBM 公司1984年为推出 PC/AT机而建立的系统总线标准，所以 也叫AT总线。它是对XT总线的扩展， 以适应8/16位数据总线要求。
二、控制系统的设计思路
1、确定系统整体控制方案 1）从系统构成上考虑是否采用 开环控制或闭环控制；
2）执行元件采用何种
3）考虑系统是否有特殊控制要 求及采取的措施是什么？
4）考虑微机在整个控制系 的作用
数控机床电气传动 02四单元习题库(带答案)
单元四 步进驱动系统习 题一、单项选择（共17题，每题1分，共17分。
选择一个正确的答案，将相应的字母填入题内的括号中。
）1.步进电动机多相通电可以( A )A.减小步距角 B 增大步距角C.提高电动机转速D.往往提能高输出转矩2.步进电动机主要用于（ A ）A.经济型数控机床的进给驱动B.加工中心的进给驱动C.大型数控机床的进给驱动D.数控机床的主轴驱动3.可用于开环伺服控制的电动机是( D )A.交流主轴电动机B.永磁宽调速直流电动机C.无刷直流电动机D.功率步进电动机4.数控机床进给系统不能采用（ D ）电机驱动。
A.直流伺服B.交流伺服C.步进D.笼式三相交流5.在步进电机性能中，矩频特性是指（ B ）A.输出转矩与启动频率的关系B.输出转矩与运行频率的关系C.输入脉冲频率与电机运行频率的关系D.步进电机运行平稳性与频率的关系6．( C )是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件。
A ．交流电动机B ．直流电动机C ．步进电动机7．正常情况下步进电机的转速取决于( A )A.控制绕组通电频率B.绕组通电方式C.负载大小D.绕组的电流8．某三相反应式步进电机的转子齿数为50，其齿距角为( A )A.7.2°B.120°C.360°电角度D.120°电角度9．某四相反应式步进电机的转子齿数为60，其步距角为( A )A.1.5°B.0.75°C.45°电角度D.90°电角度10．某三相反应式步进电机的初始通电顺序为C B A →→，下列可使电机反转的通电顺序为（ A ）A.A B C →→B.A C B →→C.B C A →→D.C A B →→11．下列关于步进电机的描述正确的是（ C ）A.抗干扰能力强B.带负载能力强C.功能是将电脉冲转化成角位移D.误差不会积累12. 三相步进电动机的步距角是1.5°，若步进电动机通电频率为2000Hz，则步进电动机的转速为 ( B )r／min。
步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较步进电机驱动方式的分类及比较：步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式。
以下是这几种驱动方式的简介及比较。
1 恒电压驱动方式1．1 单电压驱动单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。
如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。
当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。
当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。
为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路，也称“续流回路”。
单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。
但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。
1．2 高低压驱动为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，出现了高低压驱动方式。
如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。
在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。
高低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。
可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。
2 恒电流斩波驱动方式2．1 自激式恒电流斩波驱动图4为自激式恒电流斩波驱动框图。
把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。
从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。
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。
步进电机的选型步骤
步进电机的计算与选型对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤：1) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J ;2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ；3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据；4) 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。
1. 步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 的计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有重要意义。
eq J 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。
ml2/122. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 的计算步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。
通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为0），另一种情况是承受最大工作负载。
（1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1Teq1amax f 0T =T +T +T (4-8)式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为N ·m ；f T ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位N ·m ；0T ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为N ·m 。
具体计算过程如下：1）快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：amax eq 2T =J =60eq ma J n t πε （4-9）式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为2kg m ⋅；ε——电动机转轴的角加速度，单位为2/rad s ；m n ——电动机的转速，单位r/min ；a t ——电动机加速所用时间，单位为s ，一般在0.3~1s 之间选取。
2）移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：f T =2i πη （4-10）式中 F 摩——导轨的摩擦力，单位为N ；h P ——滚珠丝杠导程，单位为m ；η——传动链总效率，一般取0.70.85η=；i ——总的传动比，/s m i n n =，其中m n 为电动机转速，s n 为丝杠的转速。
高级电对错题
一、判断题1. ( × )PLC进行程序调试时直接进行现场调试即可。
2. ( × )PLC通用编程软件没有模拟仿真的功能。
3. ( × )PLC编程语言不可以随时相互转换。
4. ( × )PLC与计算机通信只能用RS-232C数据线。
5. ( × )PLC程序可以分几段下载。
6.( × )PLC的监控方法只有一种。
7.( × )在一个程序中，同一地址号的线圈可以反复使用。
8. ( × )自动控制系统一定是闭环控制系统。
9. ( × )比例调节器的功能只能由运放电路来实现。
10.( × )积分环节与惯性环节的特点一样。
11. ( × )微分调节器的输出电压与输入电压的变化率成反比。
12. ( × )转速负反馈调速系统中，速度调节器的调节作用能使电动机转速绝对稳定。
13. ( × )电压负反馈调速系统对电动机励磁电流的扰动能有效抑制。
14.、( × )转速电流双闭环系统在突加负载时，转速调节器和电流调节器两者均参与调节作用，但转速调节器ACR处于主导作用。
15.( × )晶闸管三相交流调压调速系统中，其电路有多种接线形式，三相全波Y0型调压电路性能最好。
16.( × )他励式直流测速发电机结构简单，应用较为广泛。
17.( × )双闭环调速系统的调试应先开环，后闭环；先外环，后内环。
18. ( × )测速发电机主要应用于速度伺服、位置伺服和计算解答等三类控制系统。
19. ( × )新购进的变频器已有默认参数设置，一般不用修改就可直接使用。
20. ( × )反应式步进电动机要求电源供给正、负脉冲，否则不能连续旋转。
21. ( × )转速单闭环直流调速系统中都设置电流截止保护环节。
截止电流整定值大多等于电枢额定电流。
步进电动机选型应用(1)
进电动机作为控制元件或驱动元件来使用，通常同驱动机构组合来实现所要求的功能。
步进电动机系统的性能，除取决于电动机本体的特性外，还受驱动器的影响。
在实际应用场合，步进电动机系统是由电动机本体、驱动器以及推动伏在用的机械驱动机构所构成。
1从机械角度出发考虑的要点一般说来，步进电动机驱动机构通常是减速机构，其主要有齿轮减速、牙轮皮带减速、螺杆减速及钢丝减速等方式。
因此步进电动机的选择必须满足整个运动系统的要求。
通常，在选定步进电动机时，从机械角度出发考虑的要点是：(1>分辨率，由移动速度、每步所移动角度距离来决定；(2>负载刚度、移动物理质量；(3>电动机体积和质量；(4>环境温度、湿度等。
2从加减速运动要求出发考虑的要点(1>在短时间内定位所需要的加速和减速速度的适当设定，以及最高速度的适当设定；(2>根据加速转矩和负载转矩设定电动机的转矩；(3>使用减速机构时，则要考虑电动机速度和负载速度的关系。
3步距角的选择步进电动机具有固定分辨率，如每转24步，步距角为l5°。
不采用齿轮变速或特殊驱动技术(如细分线路>，15°步距角的电动机不能完成小于15°增量运动或实现分辨率高于每转24步的连续运动。
当然15°的增量运动可采用步距角为5°的电动机走3步来完成或3°步距角电动机走5步。
采用小步距角分几步来完成一定增量运动的优点是：运行时的过冲量小，振荡不明显，精度高。
选用时应权衡系统的精度和速度要求，选择一种合适的标准步距角，如没有符合要求的步距角，可通过变速齿轮折算成标准步距角。
例如：对直线进给驱动的装置，步距角β由系统所要求的脉冲当量δP丝杠螺距t和变比i确定，按公式进行计算：为了减少齿轮传动误差，一般变速装置不大于2级减速。
系统的脉冲当量根据精度要求确定，丝杠螺距根据负载要求选择标准值，调整变比即可按公式计算步距角。
正确选择电动机方法
正确选择电动机方法选择电动机的方法决定了电动机的性能和工作效果。
下面将介绍正确选择电动机的一些方法。
首先，正确选择电动机需要确定所需的电动机类型。
根据不同的工作条件和要求，有直流电动机、交流电动机和步进电动机等不同类型的电动机可供选择。
直流电动机具有启动力矩大、调速范围广的特点，适用于需要调速和对转速要求较高的场合。
交流电动机具有结构简单、体积小、可靠性高的特点，适用于输送机械、压缩机等大多数场合。
步进电动机适用于要求精准定位和较小转角的场合，如数控机床等。
根据工作条件和要求，选择合适类型的电动机，能够提高工作效率和寿命。
其次，正确选择电动机需要确定所需的功率和转速。
功率是电机输出的机械功率的大小，通常以千瓦为单位。
转速是电机的输出转速，通常以转/分钟为单位。
根据工作负载和所需要的运行速度，可以确定所需的功率和转速范围。
功率过小会导致电机起动困难或无法正常工作，功率过大则会增加成本和能耗。
转速过高或过低都会导致电机工作不稳定或不适应工作需求。
因此，根据具体的工作需求，选择适合的功率和转速范围的电动机，能够提高工作效率和降低成本。
第三，正确选择电动机需要确定所需的额定电压和频率。
不同地区和国家的电源电压和频率有所不同，根据实际的电源条件，选择符合要求的电动机。
电动机的额定电压和频率不符合电源电压和频率，会导致电机无法正常工作或损坏。
因此，正确选择电动机需要根据实际的电源条件来确定额定电压和频率。
最后，正确选择电动机需要考虑整体的经济性和可靠性。
除了电机的基本参数外，还需要考虑电机的运行成本和维修保养的便捷程度。
通过综合考虑电动机的质量、性能和价格等因素，选择符合要求的经济性和可靠性较高的电动机。
同时，还需要考虑电动机的品牌和供应商的信誉度，以及提供的售后服务和技术支持等因素，从而确保电动机的质量和工作效果。
综上所述，正确选择电动机的方法包括确定所需的电动机类型、功率和转速，确定额定电压和频率，考虑整体的经济性和可靠性。
步进电机结构原理及选型步骤方法
步进电机结构原理及选型步骤方法以下是我们在非标设备设计中对《步进电机选型计算》过程中整理需要用到的一些计算公式和资料，具体需要了解其计算方法和各种参数的选型计算方法的视频教程，请加群进入直播课程和老师进行交流。
详情参见。
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。
步进电机也是一种位置控制电机，用于控制运动机构的精确定位，基本适用于各种常规精度的场合。
一、步进电机主要分类步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机（Variable Reluctance，VR）、永磁式步进电机Permanent Magnet,PM）、混合式步进电机（Hybrid Stepping,HS）、单相步进电机、平面步进电机等多种类型,在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。
步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系,步进电机控制系统从其控制方式来看,可以分为以下三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。
半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。
反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
步进电机的选型与计算
步进电机的选型与计算步进电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种自动控制系统中。
步进电机以其结构简单、运动精确和控制方便的特点，被广泛应用于打印机、数控机床、机器人等领域。
在选择步进电机和进行计算时，需要考虑以下几个方面：步进角度、扭矩、电流、电压、转速和加速度。
本文将对步进电机的选型和计算进行详细介绍。
1.步进角度选择步进电机通常有两种步进角度可选：1.8度和0.9度。
其中1.8度步进角度的电机更为常见，但如果需要更高的运动精度，可以选择0.9度步进角度的电机。
步进角度越小，电机一圈的步数越多，运动精度也就越高。
2.扭矩选择扭矩是步进电机的输出能力，通常由电机的尺寸和电流决定。
选择合适的扭矩需要考虑应用场景下的负载情况。
如果负载较大或需要较大的运动力矩，需要选择具有较大扭矩的电机。
3.电流选择4.电压选择选择步进电机的电压需要考虑到驱动器的额定电压。
步进电机的电压应该与驱动器能够提供的电压匹配，以确保电机正常工作。
通常，选择合适的电压可以提高电机的响应速度和运动精度。
5.转速和加速度选择在进行步进电机的计算时，可以根据具体的参数和公式进行计算。
以下是步进电机常用的几个计算公式：1.步进电机的转速计算公式：转速 = 频率× 步进角度× 60（单位：rpm）2.步进电机的转矩计算公式：转矩=功率/转速（单位：Nm）3.步进电机的加速度计算公式：加速度 = （最终速度 - 初始速度）/ 时间（单位：rad/s²）这些公式可以根据具体的参数进行灵活计算，以满足不同应用场景的需求。
总结起来，步进电机的选型和计算需要考虑步进角度、扭矩、电流、电压、转速和加速度等因素。
根据具体的应用场景需求，选择合适的步进电机，并进行相关参数的计算，以满足项目的设计要求。
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。
步进电机选用方法
一是按照直线规律升速；加速度是恒定值，步进电机的转矩也应该是恒定值，但是由于电机本身的矩-频特性可以知道，在低速时可以认为其输出的转矩为恒定值，但是随着转速的升高，输出转矩会下降。
二是按指数规律升速，与电机的矩频特性比较吻合。 系统在执行升降速的控制过程中，对加减速的控制还需准备下列数据：①加减速的斜率；②升速过程的总步数；③恒速运行总步数；④减速运行的总步数。
闭环控制是直接或间接检测转子的位置和速度，然后通过反馈及适当的处理，自动给出驱动的脉冲串。采用闭环控制，可以获得更加精确的位置控制和高得多、平稳得多的转速，而且可以在步进电动机的许多其他领域获得更大的通用性。
步进电机的选用计算方法
（1）计算齿轮的减速比：根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下：
步进电动机速度控制：控制系统发出脉冲的频率或者是换相周期，其方法有两种： 一种是软件延时：调用延时子程序，占用CPU的时间来实现。 另一种是用定时器：通过设定定时的时间常数来实现。
对于点位控制系统来说：
步进电机的加减速控制
如果系统要求的运行频率小于极限启动频率，则可以直接起动和运行； 如果系统要求的运行频率大于极限启动频率，为了保证正常启动或者启动时不丢步，其运行需要一个过程： “加速一恒速一减速一(低恒速)一停止 ”（如图）
升速规律一般可有两种选择：
加减速过程的控制方法：
步进电动机的开环控制： 步进电动机驱动系统，其输入的脉冲不依赖于转子的位置，而是事先按一定的规律给定的。其缺点是电动机的输出转矩、加速度在很大程度上取决于驱动电源和控制方式。对于不同的电动机或者同一种电动机而不同的负载，很难找到通用的加减速规律，因此使步进电动机的性能指标的提高受到限制。
绕组的电压波形
绕组的电流波形
五相步进电机
五相步进电机前言步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
步进电机作为制执行元件，是电气自动化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。
例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。
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。
上个世纪就出现了步进电动机，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动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。
到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。
原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，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。
计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。
因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。
步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。
步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。
由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。
步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。
其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。
步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。
步进电机型号、参数、选择
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史 2. 步进电动机的定义
3. 4. 5. 6. 7.
步进电动机的工作原理 步进电动机的机座号 步进电动机构造 步进电动机主要参数 步进电动机的特点
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混 合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相 混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占 统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。 2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的 特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 3. 步进电动机的工作原理 以单极性电机为例来解释 工作原理
4. 步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等 5. 步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠 轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相 混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿； 三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。
2. 电机定位精度的选择
机械传动比确定后，可根据控制系统的定位精度选择步进电机 的步距角及驱动器的细分等级。一般选电机的一个步距角对应 于系统定位精度的1/2 或更小。 注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。 伺服电机编码器的分辨率选择：分辨率要比定位精度高一个数量 级。
3. 电机力矩选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静 力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯 性负载和摩擦负载二种。直接起动时（一般由低速）时二种负 载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要 考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好， 静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） • 转动惯量计算
步进电机的计算与选型---实用计算
步进电机的计算与选型对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤：1) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J ;2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ；3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据；4) 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。
1. 步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 的计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有重要意义。
eq J 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。
2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 的计算步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。
通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为0），另一种情况是承受最大工作负载。
（1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1Teq1amax f 0T =T +T +T (4-8)式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为N ·m ；f T ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位N ·m ；0T ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为N ·m 。
具体计算过程如下：1）快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：amax eq 2T =J =60eq ma J n t πε （4-9）式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为2kg m ⋅；ε——电动机转轴的角加速度，单位为2/rad s ；m n ——电动机的转速，单位r/min ；a t ——电动机加速所用时间，单位为s ，一般在0.3~1s 之间选取。
2）移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：f T =2F i πη摩h P （4-10）式中 F 摩——导轨的摩擦力，单位为N ；h P ——滚珠丝杠导程，单位为m ；η——传动链总效率，一般取0.70.85η=；i ——总的传动比，/s m i n n =，其中m n 为电动机转速，s n 为丝杠的转速。
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1概述
在工业生产设备中，使用着各类能量变化的动力机械。
根据媒体的不同，目前常用的有电气式驱动元件、油压式元件、气压式元件、水压式元件，以及上述元件的各类组合。
目前，随着材料、计算机及功率电子学等学科的发展，纯电气驱动元件的使用日益扩大，尤其在民品等产业机械中，几乎都是使用电气式驱动元件。
在工业实时控制中，对电气驱动元件的要求越来越高。
如，要求良好的速度控制特性、精确的位置控制、大转矩、高效率等。
因而，各类电机都在朝着机电一体化方向发展。
使用上也更加注重其实用性。
除传统的直流电动机、感应电动机、同步电动机以外，直流伺服电动机、感应式交流伺服电动机、同步结构交流伺服电动机、步进电动机以及各类特种电动机的品种也越来越多，性能亦在不断发展。
由于电机特性、使用条件等因素的不同，如何根据负载条件，选择合适的电动机，从而使所设计的系统能工作在较理想的状态，是广大工程技术人员比较关心的问题。
我们根据多年的实际工作经验及汇集相关的技术资料，给出主要类型电气传动元件，即电动机的选择方法，希望对电机技术工作者及使用者有所帮助。
2步进电动机的选择方法
由于可以开环方式控制而无需反馈，具有无累积定位误差、能响应数字输入信号等优点，广泛用于工业自动化(FA)、办公自动化(OA)、计算机终端和外设等领域。
步进电动机系统是典型的机电一体化系统，选择时需考虑机械、电磁等众多因素。
如步距角、负载转矩、负载惯量、运行速度、加减速时间等。
尤其是负载惯量直接影响步进电动机的起动频率和加速转矩，因而必须予以充分注意。
2．1 步进电动机的基本计算式及主要技术指标
2．1．1步进电动机的运动方程
选择步进电动机的基本计算式是以步进电动机的运动方程为基础的。
步进电动机的运动方程为：
式中J e——负载惯量，kg·m2
J m——转子惯量，kg·m2
μ——动粘性摩擦系数，Nm·s／rad
T e——负载转矩，Nm
T m——电机电磁转矩，Nm
ω——角速度，rad／s
g——重力加速度
在忽略μω的条件下：
式中f——驱动频率，脉冲／s
Q s——步距角，(o)
若如图1所示，作直线加减速时：
2．1．2主要技术指标
(1)最大静转矩T jmax
最大静转矩是指步进电动机在规定的通电相数下矩角特性上的转矩最大值。
绕组电流越大，最大静转矩也越大。
通常技术数据中所规定的最大静转矩是指每相绕组通上额定电流时所得的值。
(2)步距角
每输入一个电脉冲信号转子转过的角度。
(3)矩频特性
矩频特性分起动矩频特性和运行矩频特性。
起动矩频特性指在一定负载惯量下，起动频率随负载转矩变化的关系。
起动频率是指步进电动机能够不失步起动的最高脉冲频率。
运行矩频特性是指当电机带着一定
负载运行时，运行频率与负载转矩的关系。
运行频率是指步进电动机起动后，当控制脉冲连续上升而维持不失步的最高频率。
2．2选择要素
在选择步进电动机时，首先必须知道以下系统参数和指标。
(1)机械参数——主要指负载转矩T e和负载惯量J e。
(2)时间参数——如要求在多长时间(t1)加速到多少频率(f2)等。
(3)脉冲当量——每一脉冲步进电动机带动负载所转过的转角或移动的直线位移。
2．3求取所需电机指标及特性
2．3．1计算目标速度
目标速度是指电机完成加速运动、恒速运行时的速度。
步进电动机的速度单位为脉冲／s，即
脉冲速度=6×转速/步距角(脉冲／s)
2．3．2求运行转矩T
T=T e+T a
式中T e——负载转矩
T a——加速加矩
(1)求取负载转矩T e
此处的负载转矩是电动机起动时需克服的摩擦转矩，可由图2所示方法测出。
T e=轮径/2×弹簧称读数(Nm)
(2)求取加速转矩T a
加速转矩与惯量有关，步进电动机计算时，惯量J的单位常使用kg·m2，不同负载时的惯量计算方法如下：a．圆柱形物体惯量(见图3) J=1/8×重量×直径2(kg·m2)
b．环形物体的惯量(见图4)
J=1/8×重量×(外径2+内径。
)(kg·m2)
c．皮带传动时的惯量(见图5)
J=皮带轮1的惯量+(D1/D2)2×皮带轮2的惯量+(皮带+工件）总重/4×D12(kg·m2)
d．丝杆传动时的惯量(见图6)
J=丝杠惯量+工件和工作台总重/4×（丝杆螺距/π）2
根据以上公式及方法求得惯量后，即可求取加速转矩。
运行时需要的转矩
T=T e+T a
2．4初选
2．4．1类型选择
反应式(VR)步进电动机在相绕组不通电时没有定位转矩。
如果不通电，电动机的转轴可自由转动。
另一方面，永磁(PM)步进电动机在相绕组不通电时则有较小的定位转矩。
在有些情况下，系统电源断开允许负载处于自由位置，那么采用反应式电动机比较适合。
有些系统要求在断电时负载必须保持在固定位置上，因而选择永磁电机是合理的。
2．4．2步距角选择
步距角大小会直接影响步进电机起动和运行频率，外形尺寸相同的电机，步距角小的往往起动、运行频率比较高，但转速和输出功率不一定高。
使用时，可根据需要的脉冲当量和可能选择的传动比选择步进电动机的步距角。
例如需15o的步进增量运动时，可有三种选择。
a．选用正好15o步距角的电机。
b．选用小于15o步距角的电机。
c．选用大于15o步距角的电机。
其中b种选择，电机的步距角应为15的约数。
如，可以采用5o步距角的电动机走三步实现15o的运动。
不过采用此种选择应注意它的优缺点：
优点：过冲量和振荡减小；摩擦力对位置误差的影响减小。
缺点：连续运行所要求的频率提高；控制成本较高。
当然，有些情况所要求的步距增量只能用几步实现。
c种选择是基于特殊驱动方式(如细分技术)的基础上的。
它可以使得步进电动机的步距角大大缩小，一般用在小步距要求时。
a种为最常规选择。
一般若系统无特殊要求，此种应是性能价格比最高的选择。
2．4．3最大静转矩的选择
选择步进电动机时，最主要的任务之一就是要详细规定电动机的标称转矩值。
一般，最大静转矩较大的电机，可以带动较大的负载转矩。
负载转矩和最大静转矩的比值通常取为0．3～O．5。
即T L=(O．3～0．5)T jmax
按最大静转矩的值可以把步进电动机分为伺服步进电动机和功率步进电动机。
前者输出力矩较小，有时需要经过液压力矩放大器或伺服功率放大系统放大后再去带动负载。
而功率步进电动机的最大静转矩一般大于0．05Nm。
它不需要力矩放大装置就能直接带动负载运动。
这不仅大大简化了系统，而且提高了传动精度。
2．4．4矩频特性
电动机的性能在很大程度上不仅仅取决于矩角特性的形状，而且取决于矩频特性。
首先需要根据前面计算出的脉冲速度和运行需要的转矩，作出速度一转矩曲线。
将该曲线与步进电动机生产厂家的矩频特性曲线
比较，若计算曲线在产品特性之下，则可选择相应的电机和驱动器。
步进电动机的动态转矩与驱动器的形式有很大的关系，因而选用时必须了解给出的性能指标是在何种型式的电源及驱动下测定的(关于驱动器的选择将在下篇中介绍)。
2．4．5特殊要求的考虑
除了以上主要指标，若系统有特殊要求，还要考虑起动惯频特性、输入功率极限、温度、散热、安装等，可参考产品说明书选择。
2．5核算
根据以上原则对电机初选后，需根据电机指标和系统参数进行核算，优化。
其中计算运行需要的转矩时，应加算电机转子惯量。
即
再次作出速度一转矩曲线，与初选定的电机转矩特性比较，确认选择是否正确。
一般，希望选定的电机，驱动器的特性有1．5～2倍的裕量。