步进电机驱动与控制
步进电机的控制的原理
步进电机的控制的原理步进电机（Stepper Motor）是一种将电脉冲信号转换为角度让电机转动的电机。
它通常由定子和转子组成，定子线圈通过控制电流的输入来产生磁场，而转子则是由磁材料制成的。
步进电机有许多种类型，其中最常见的是单圈、双圈和四圈步进电机。
步进电机凭借其高精度、高可靠性等优点，在很多领域都有广泛的应用，包括打印机、电子门锁、数码相机等。
步进电机的控制原理主要包括两个方面，即脉冲信号的输入以及驱动电流的控制。
下面将详细介绍这两个方面的原理。
首先是脉冲信号的输入。
步进电机的转动是通过输入脉冲信号驱动的。
脉冲信号可以由切换电路产生，也可以由计算机或其他控制系统发出。
脉冲信号的频率决定了步进电机转动的速度，而脉冲信号的数量则决定了步进电机转动的角度。
当脉冲信号输入到步进电机的一个定子线圈时，该线圈产生一个磁场。
根据电磁感应定律，该磁场将对转子产生一个力矩，使其转动一定的角度。
当脉冲信号不再输入时，磁场也消失，转子停止转动。
如果脉冲信号连续输入，那么步进电机将不断地进行转动。
接下来是驱动电流的控制。
步进电机的线圈通常由绝缘性材料包裹，以防止电流损耗。
驱动电流的控制是通过对步进电机的定子线圈施加合适的电压来实现的。
根据欧姆定律，电流与电压的比值等于线圈的电阻。
通过改变电压的大小，可以控制线圈中的电流，进而控制步进电机的转动速度和力矩。
为了更好地控制步进电机的转动，常常采用两相驱动方式。
两相驱动方式是指将步进电机的两个定子线圈分别驱动，使其产生独立的磁场。
通过交替输入脉冲信号，可以让步进电机转动一个固定的角度。
在实际应用中，常常使用驱动器来控制步进电机的驱动电流。
驱动器接受外部脉冲信号，并通过电流放大器将电流信号传输给定子线圈。
此外，通过改变定子线圈的电流方向，可以改变步进电机的转动方向。
例如，如果一个线圈中的电流是顺时针方向的，而另一个线圈中的电流是逆时针方向的，那么步进电机就会向顺时针方向转动。
步进电机驱动器及细分控制原理
步进电机驱动器及细分控制原理引言：步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械转动的电动机。
步进电机驱动器是一种用于控制步进电机旋转的设备。
步进电机可以通过控制驱动器提供的电流和脉冲信号来精确地控制旋转角度和速度。
本文将介绍步进电机驱动器的工作原理以及细分控制的原理。
一、步进电机驱动器的工作原理：1.输入电流转换：驱动器将输入的电流信号转换为电压信号。
电流信号通常由控制器产生，通过选择合适的电阻来控制输入电流的大小。
2.逻辑控制：驱动器还会接收来自控制器的脉冲信号。
这些脉冲信号会相互间隔地改变驱动器输出的电压，从而驱动步进电机旋转。
脉冲信号的频率和脉冲数量会影响步进电机的转速和旋转角度。
3.输出电压控制：驱动器会根据输入的电流和脉冲信号控制输出的电压，使其适应步进电机的工作要求。
输出电压的频率和脉冲数有助于控制步进电机旋转的速度和角度。
二、细分控制原理：细分控制是指通过控制驱动器输出的电压脉冲信号来实现更精确的步进电机控制。
细分控制可以将步进电机的每个脉冲细分成更小的步进角度，从而提高步进电机的转动分辨率。
1.脉冲信号细分：通过改变驱动器的输出脉冲信号频率和脉冲数来实现脉冲信号的细分。
例如，如果驱动器输入100个脉冲，但只输出50个脉冲给步进电机，那么每个输入的脉冲就会分为两个输出脉冲，步进电机的旋转角度将更精确。
2.电流细分：通过改变驱动器输出的电流大小来实现电流的细分。
通常情况下，驱动器的输出电流会根据步进电机的转动需要进行控制。
细分控制可以使驱动器能够实现更精确的电流控制，进而控制步进电机的转动精度。
3.微步细分：微步细分是一种更高级的细分控制方法，通过改变驱动器输出的电压波形进行微步细分。
微步细分将步进电机的每个步进角度再次细分为更小的角度，进一步提高了步进电机的转动分辨率和平滑性。
总结：步进电机驱动器是通过将控制器产生的电流和脉冲信号转换为驱动步进电机的电压信号的设备。
细分控制是通过改变驱动器输出的电流和脉冲信号来实现更精确的步进电机控制。
步进电机驱动器及细分控制原理
步进电机驱动器及细分控制原理步进电机驱动器原理：步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。
以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为AABB A A B B，其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为AA B BA A BB，电机就逆时针转动。
随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。
重复上述过程，使绕组电流的平均值恒定，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、加速度越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力距越大。
细分控制原理：在步进电机步距角不能满足使用要求时，可采用细分驱动器来驱动步进电机。
细分驱动器的原理是通过改变A，B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。
定子A转子SNB B BSNA A(a)(b)AS NB B N S BS NA(c)(d)图3.2步进电机细分原理图仍以二相步进电机为例，当A、B相绕组同时通电时，转子将停在A、B相磁极中间，如图3.2。
若通电方向顺序按AA AABB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；电机每转动一步，为45度，8个脉冲电机转一周。
与图2.1相比，它的步距角小了一半。
步进电机 驱动器 控制器三者的关系
1.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。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。
步进电机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。
它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。
2.力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力F与（dФ/dθ）成正比S其磁通量Ф=Br*SBr为磁密，S为导磁面积F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度，D为转子直径Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。
力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。
一、混合式步进电机1、特点：混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。
混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。
一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。
（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。
例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。
机械电子学-第6章 步进电动机的驱动与控制
认识步进电动机
功能 • 将电脉冲信号转换成转角或转速信号。 • 转角 ∝脉冲信号的个数； • 转速 ∝脉冲信号的频率。 • 转向取决于脉冲信号的相序
f
相
f N
通电脉冲频率 拍数
步进电动机的特点
2) 步距角
步进机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。
S
360 ZrN
N:一个周期的运行拍数 Zr：转子齿数
如：Zr=40 ,
N=3 时
S
360 40 3
3
1 单拍制
拍数：N=km m:相数 k=
整步
2 双拍制
半步
步距角不受各种干扰因素的影响。
步进电动机的特点
2) 步距角
步进电动机的特点
3) 转速
每输入一个脉冲，电机转过
S
360 ZrN
即转过整个圆周的1/(ZrN）, 也就是1/(ZrN）转
因此每分钟转过的圆周数，即转速为
n
60f ZrN
60f 360 360Z r N
s f
6
(r / min)
步进电动机的特点
4)误差不长期积累。 5）可实现数字信号的开环控制，控制系统廉价。 6）步进电机具有自锁能力
齿距角 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿， 齿宽和齿槽和转子相同。
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含
120/9 = 13 1 齿 3
A 相和 C 相差240，含240/ 9 =26 2个齿。所以， A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，3B 相、C 相不能 对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿（3），C相的 转子、定子相差2/3个齿（6）。
《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。
步进电动机系统驱动与控制策略综述
制方式 ， 有的可构成闭环失步检测系统 ， 有的则
设 计成 闭环 控 制系 统 ， 步 进 电动 机 的 控制 系 统 使 达 到 了一个 新 的水平。
步进 电动机驱动与控制技术的进步， 使之在不 并
ｌ 步进 电动机
电动机 相比 ， 合式 步进 电动 机产生设 定的转 混 矩需要较少的励磁， 因为永磁体可以提供部分励
磁。 另外 ， 当定 子励 磁 撤 去后 ， 混合 步 进 电动 机仍 能维持转子位 置， 这与 纯 永 磁 电动 机 一样 ［ 。 ７ 经 ｊ 过 近七 十 年 的发 展 ， 逐渐 形 成 以混合 式 与反 应 式
设和办公 自动化设备。 步进 电动机系统性能的优 劣、 运行 品质的好坏 与其 驱动 及控制策略 密不 可分。 近年来 ， 随着数 字电子系统技术的飞速 发
展 ， 大 地 推 动 了步 进 电动 机 技 术 的 进 步 ， 制 极 控 策 略 和 控 制 电 路 的 研 究 日益 成 为 步 进 动 机 技
常用的步进电动机主要有三大类： 反应式 步
进 电动 机 （ 磁 阻 式 步 进 电机 ） 变 永磁 式 步进 电动 机 和 混 合 式 步 进 电动 机 （ 应 子 式 永 磁 步 进 电 感
的 各种驱动与控制策略， 分析 和介 绍了各种驱动与控制策
略 的优 缺点 ， 展望 了步进 电动机控制策略的发展趋 势。
关键词 ： 步进 电动机 驱动 与控制策略 综 述
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｌ ｋ ｎ ｓｏ ｒｖ ｎ ｏ ｔｏ ｔａ ｅ ｅ ｏ ｓ ｒ ｃ ： ｌ ｉ ｄ ｆｄ ｉｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｓｒ ｔｇｉｓｆ ｒ ｓｅ ｐ ｎ ｏ ｏ ｒ ｅ ｉｗｅ ， ｈ ｉｓｍ ｅ ｉ ｎ ｒ ｗｂ ｃ ｓ ｔ ｐ ｉ ｇ ｍ ｔ ｒ ａ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｔ ｅ ｒ ｒｔ ａ ｄ ｄ ａ ａ ｋ ｓ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ， ｎ ｈ ｕ ｕ ｅ ｔｅ ｄ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｈ ｍｅ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｔ ｒ ｒ ｎ ｓ ｉ ｈ ｏ ｔｏ ｃ ｅ ｓ ｏ ｅ ｐ ｎ ｏ ｏ ｉｅ ｆｓ ｐ ｉ ｇｍ ｔ ｒｉ ｇ ｖ ｎ． ｔ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄｓ Ｓ ｅ ｐ ｎ ｔ ｒ Ｄｒ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ａｅ ｙ ｒ ： ｔ ｐ ｉ ｇ ｍｏ ｏ ｉ ｎ ｏ ｔｏ ｒ ｔ 一 ｖ ｓ
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。
如何优化步进电机的驱动控制算法
如何优化步进电机的驱动控制算法在现代工业和自动化领域，步进电机因其精确的定位和简单的控制方式而得到广泛应用。
然而，要充分发挥步进电机的性能，优化其驱动控制算法至关重要。
首先，我们来了解一下步进电机的基本工作原理。
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的开环控制电机。
每输入一个脉冲信号，电机就转动一个固定的角度。
这种特性使得步进电机在需要精确控制位置和速度的场合具有独特的优势。
要优化步进电机的驱动控制算法，第一步是提高脉冲信号的精度和稳定性。
脉冲信号的质量直接影响电机的运行精度和稳定性。
可以采用更高精度的时钟源来产生脉冲，减少脉冲的抖动和误差。
同时，对脉冲信号进行滤波和整形处理，去除干扰和噪声，确保信号的干净和准确。
其次，合理的细分驱动是优化控制算法的重要手段。
细分驱动是将一个步距角细分成多个微步，从而使电机的运行更加平滑和精确。
通过细分，可以降低电机的振动和噪声，提高运行的平稳性。
在实现细分驱动时，需要精确计算每个微步的电流和相位，以保证电机的输出力矩均匀。
电流控制也是优化驱动控制算法的关键环节。
合适的电流控制策略可以提高电机的效率和输出力矩。
常见的电流控制方式有恒流控制和斩波控制。
恒流控制可以保证电机在不同转速下的输出力矩稳定，但可能会导致较大的功率损耗。
斩波控制则能够根据电机的转速和负载动态调整电流，提高系统的效率，但控制算法相对复杂。
可以根据具体的应用需求选择合适的电流控制方式，并进行参数优化。
另外，加减速控制对于提高电机的运行性能也非常重要。
在电机启动和停止阶段，过快的速度变化会导致失步和冲击。
通过合理的加减速控制算法，可以实现电机的平稳启动和停止，减少对机械系统的冲击。
常见的加减速控制方法有直线加减速和指数加减速。
直线加减速算法简单，但在高速阶段加速度较大；指数加减速则能够在整个速度范围内实现较为平滑的加速度变化。
为了进一步优化控制算法，还可以引入反馈机制。
例如，使用编码器或霍尔传感器来实时监测电机的位置和速度，将反馈信号与给定信号进行比较，通过闭环控制算法对电机的运行进行调整。
步进电机驱动器的原理
步进电机驱动器的原理
步进电机驱动器是一种控制和驱动步进电机运动的设备。
其工作原理基于步进电机的特性和原理。
步进电机是将电脉冲信号转换为机械转动的设备。
它由固定数量的步进角度组成，每个步进角度都对应电机转子的一个固定位置。
通过给予电机一定的脉冲信号，可以使电机按照指定的角度进行旋转或移动。
步进电机驱动器的主要任务是控制和发送适当的电流和电压信号来驱动步进电机。
它通常由电源模块、电流驱动模块和控制信号输入模块构成。
在驱动过程中，步进电机驱动器通过控制电流的大小和方向来控制步进电机的运动。
电流驱动模块可以根据输入信号调整电流的大小，以满足电机的要求。
同时，控制信号输入模块接收外部控制信号，并根据信号的频率和脉冲数发出相应的驱动信号。
步进电机驱动器可以实现不同的驱动模式，如全步进模式和半步进模式。
全步进模式通过给予电机一个完整的脉冲信号来驱动电机，使其旋转一个步进角度。
而半步进模式则将一个完整的脉冲信号分成两个部分，每个部分对应电机的一个半步进角度。
总之，步进电机驱动器的工作原理是通过控制电流和电压信号，根据输入的控制信号来驱动步进电机进行旋转或移动。
它是步
进电机系统中至关重要的一部分，能够实现精准的位置控制和运动控制。
步进电机最简单的驱动方法
步进电机最简单的驱动方法步进电机是一种常见的电机类型，它可以根据输入的脉冲信号来精确控制旋转角度，适用于许多自动控制领域。
在步进电机的驱动方法中，最简单的方式是使用驱动器和控制器来实现基本的控制。
步进电机最简单的驱动方法通常采用的是开环控制系统。
开环控制是一种简单直接的控制方法，通过向步进电机施加固定的脉冲信号来驱动电机旋转。
在这种方法中，控制系统不会对电机的实际运动进行反馈检测，而是仅依赖于输入的脉冲信号来控制电机的步进运行。
为了实现步进电机的最简单驱动方法，需要准备以下几个关键元素：1.步进电机：作为被驱动的执行器，根据输入的信号进行步进运动。
2.驱动器：将控制器发送的信号转换为电机可以理解的脉冲信号，驱动电机正常工作。
3.控制器：负责生成适时的脉冲信号，控制电机的步进运动。
在步进电机的最简单驱动方法中，控制器生成的脉冲信号会传输给驱动器，驱动器再将信号传送给步进电机，从而让电机按照一定的步距顺序运转。
这种开环控制方法简单高效，适用于一些对运动精度要求不高的场景，比如简单的机械转动、小型设备控制等。
尽管步进电机的最简单驱动方法在某些应用中效果显著，但也存在一些局限性。
由于开环控制无法对电机实际运动状态进行监测和修正，容易出现误差累积导致不精确的情况。
因此，在一些对运动精度要求高的场景中，通常需要采用闭环控制系统，结合位置反馈传感器实现更精准的控制。
在实际应用中，可以根据需要选择合适的步进电机驱动方法。
若对精度要求不高，且对成本和复杂度有限制，最简单的开环控制方法可能是较为合适的选择。
而在一些对精度要求高、需求复杂的场景中，闭环控制系统通常能更好地满足要求。
综上所述，步进电机的最简单驱动方法采用开环控制系统，通过控制器生成的脉冲信号驱动电机旋转。
这种方法简单直接，适用于一些精度要求不高的场景。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的驱动方法，以达到最佳控制效果。
步进电机细分驱动控制
步进电机作为一种电脉冲——角位移的转换元件，由于具有价格低廉、易于控制、无积累误差和计算机接口方面等优点，在机械、仪表、工业控制等领域中获得了广泛的应用。
步进电机细分驱动技术是70年代中期发展起来的一种可以显著改善步进电机综合使用性能的驱动控制技术。1975年美国学者T.R.F redr ik sen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法。在其后的二十多年里，步进电机细分驱动技术得到了很大的发展，并在实践中得到广泛的应用。实践证明，步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角，提高电机运行的平稳性，增加控制的灵活性等。
1、步进电机细分驱动原理
步进电机的驱动是靠给步进电机的各相励磁绕组轮流通以电流，实现步进电机内部磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。设矢量TA ，TB ，TC，TD 为步进电机A，B，C，D四相励磁绕组分别通电时产生的磁场矢量；TAB ，TBC，TCD，TDA为步进电机中AB，BC，CD，DA 两相同时通电产生的合成磁场矢量。当给步进电机的A，B，C，D四相轮流通电时，步进电机的内部磁场从TA→TB→TC→TD，即磁场产生了旋转。一般，当步进电机的内部磁场变化一周(360°)时，电机的转子转过一个齿距，因此，步进电机的步距角Bθ可表示为：rMBNθθ= 。
式中，Nr 为步进电机的转子齿数；Mθ为步进电机运行时两相邻稳定磁场之间的夹角。Mθ与电机的相数(M)和电机的运行拍数有关。当电机以单四拍方式运行时，Mθ=90°;当电机以四相八拍方式运行时，Mθ=45°。和单四拍方式相比，Mθ和Bθ都减小了一倍，实现了步距角的二细分。但是在通常的步进电机驱动线路中，由于通过各相绕组的电流是个开关量，即绕组中的电流只有零和某一额定值两种状态，相应的各相绕组产生的磁场也是一个开关量，只能通过各相的通电组合来减小Mθ和Bθ。因此，这样可达到的细分数很有限。
7.2 步进电机及其驱动控制系统
C N C 主要内容7.2 步进电机及其驱动控制系统主要内容：•步进电机的原理；•主要性能参数；•步进驱动的特点；•驱动控制：环形分配器，功放电路。
要求：在掌握原理基础上，注重围绕应用了解各型电机的特点、性能参数、功放电路。
主要内容定义：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。
每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。
✓脉冲数量----位移量；✓脉冲频率----电机转速；✓脉冲相序----方向。
组成：由步进电机驱动电源和步进电机组成，没有反馈环节，属于开环位置控制系统。
7.2.1 步进电机概述主要内容优点：结构简单，价格便宜，工作可靠；缺点：–容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；–在低速时容易产生振动；–细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。
应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床、和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。
步进电动机的分类按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。
按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、混合式。
按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式。
按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。
按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。
(1) 反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。
转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。
单段式的结构：三相反应式步进电动机。
定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。
特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小；应用最广。
7.2 步进电机及其驱动控制系统C N C(2) 永磁式步进电动机工作原理：转子或定子一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。
(完整word版)步进电机驱动程序(用定时的方式来控制步进电机)
(完整word版)步进电机驱动程序(用定时的方式来控制步进电机) #include <REG52.H>#include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit PUL = P1^0; //脉冲输入端sbit DIR = P1^1; //方向控制端sbit ENBL = P1^2; //使能端uint num;/*xms*1ms毫秒延时函数*/void delay(uint xms){ uint a,b;for(a=xms;a>0;a--)for(b=110;b>0;b--);}void init(){TMOD|= 0x01; //设置定时器0为工作方式1,16为定时器/计数器TL0 = (65535-10)%256; //设置定时初值TH0 = (65535-10)/256; //设置定时初值ET0 = 1; //开启定时器0中断TR0 = 1; //关闭定时器0EA = 1;}void main()(完整word版)步进电机驱动程序(用定时的方式来控制步进电机) {init();DIR = 1;ENBL = 1;while(1){if(num==12800){DIR=~DIR;num=0;TR0=0;delay(1000);TR0=1;}}}/*定时器0中断服务函数*/void T0_timer() interrupt 1{TL0 = (65535-10)%256; //设置定时初值TH0 = (65535-10)/256; //设置定时初值// TL0 = 0xEE; //设置定时初值// TH0 = 0xFF;PUL = ~PUL;(完整word版)步进电机驱动程序(用定时的方式来控制步进电机) num++;}使能端打开，电机处于工作状态输出的脉冲数计数//使能端关闭，电机处于停止工作状态初始化定时器1禁止所有中断预加时间timer256分频启用定时器溢出中断允许所有中断常规中断服务预加载timer异或运算计算方式65536-16000000/256/20HZ=62411。
步进电机的控制驱动原理_步进电机的3种励磁模式详解
步进电机的控制驱动原理_步进电机的3种励磁模式详解
步进电机的基本操作模式称为“励磁模式”，能够使步进电机工作在全步模式、半步模式和微步模式，其中微步模式能够有效的降低步进电机相电流的噪声，能够改善步进电机固有的噪声震动问题。
下面将介绍3种励磁模式。
全步模式
所谓全步模式，就是依据电机固有结构设计固定的步距角工作，一个电脉冲，步进电机前进一个步距角。
这个步距角使电机设计结构所决定的，也可以理解为电机以最大的步距角旋转。
半步模式
半步模式是以电机固有的结构决定的步距角的一半角度进行步进旋转。
如下图所示，步进电机的总极数是4级，对应的步距角是90度，那么半步模式下，步进电机每个脉冲旋转45度。
微步模式
微步模式类似于半步模式，步距角更小，就是1/4步、1/8步、1/16步，可以到很高的细分。
对应的步进角度就是在整步步距角乘以微步系数。
步进电机的步距角越小，需要的加工精度会越高，对应的微步时的步进角度的误差会越大。
电机控制驱动器
步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电机驱动器，它有脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。
如下图所示。
驱动单元与步进电机直接耦合，也可以理解成步进电机微机控制器的功率接口。
下面将使用MCU和分离元器件的系统举例说明。
MCU相当于是控制电机的大脑，它向分立器件。
实验5步进电机控制
实验五PWM配置及步进电机控制一、实验目的1. 了解步进电机驱动原理;2. 了解步进电机的控制原理;3. 熟悉使用PWM控制步进电机的运行。
二、实验主要内容1. DSP的初始化;2. ePWM模块初始化与配置;3. 步进电机的驱动程序。
三、实验基本原理1. 步进电机的驱动：图1 是单极性步进电机驱动的典型电路，图中的方块为驱动开关。
针对SEED-DEC 中直流电机系统的动作要求，步进电机驱动电路设计思路如下：1）电机采用15V直流电源供电;2）4路控制信号由DSP提供，信号为CMOS标准电平，通过排线接入并下拉;3）使用达林顿管TIP31C代替IRL549作为电机驱动开关，基级串接100欧电阻减小MOS管的寄生震荡;4）使用快速二极管IN4007完成保护功能，以免电机换向时烧毁电机;图 1 步进电机驱动电路2. 步进电机的控制一般分为四相四拍与四相八拍两种方式，其中前者称为全步，后者称为半步。
步进电机在这个实验中选择的时M35SP-7N，其步进角为7.5°，是一种单极性步进电机。
它的结构如图2：图 2 步进电机结构四、实验过程和关键程序解读1. 启动CCS，进入CCS的操作环境，并导入stepmotor工程。
2. 加载stepmotor工程，添加xml文件3. 阅读源代码1）初始化系统控制寄存器与要使用的GPIO：2）关中断、初始化PIE、初始化PIE向量表3）关ePWM时钟，配置后打开时钟，并更新中断向量表4）ePWM初始化函数（以EPwm1为例）：EPWM2的其他配置与1相同，不用的在于一些事件产生的动作不同：其产生的pwm波为CMPAABCD线圈按照ACBD的次序导通步进电机接线示意图（2b-A、1b-B、1a-C、2a-D）：则步进电机顺时针旋转4. 按照老师要求修改源代码1）改变步进电机的转速在使用直流电机时，通常是用占空比来调节转速的，但是在步进电机中，是通过改变PWM的频率来调整的，因为在一个PWM周期中，步进电机改变的相位是一样的，所以PWM频率越高，改变相同相位就越快，所以转速也越快，程序中我们只需改变TBPRD的值即可。
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CH250接法
三相双三拍正反转
三相六拍正反转
CH250与驱动电路的连接
2、4齿，转子再转过 15。
三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：AAB B BC C CA，每个循 环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角）， 一个通电循环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。
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。
3. 三相双三拍 按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子内圆周 定子 均匀分布着六个
磁极，磁极上有
Байду номын сангаас
励磁绕组，每两
个相对的绕组组
IB
成一相。采用Y B 连接，转子有四
个齿。
1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，
因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转 矩，使转子转动。
42
C 3B A'
A
B'
C'
C
B
A'
A相通电，转子1、
3齿与A、A' 对齐。
A、B相同时通电，
A、A' 磁极拉住1、3齿， B、B' 磁极拉住2、4齿，
转子转过15，到达左图 所示位置。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
B 相通电，转子2、 4齿与B、B´ 对齐,又转
过15。
B、C相同时通电，
C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住
步进电机的种类：
通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 2）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿， 步距角较大，力矩较大。 3）感应子式(混合式)： 开小齿，混合反应式与永磁 式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
电。每拍有两相绕组同时通电。
步距角 步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距 角。
S
360 ZrN
如：Zr=40 ,
N:一个周期的运行拍数,即通电
状态循环一周需要改变的次数
Zr：转子齿数
N=3
时
S
360 3 403
1 单拍制
拍数：N=km
m:相数
k= 2 双拍制
驱动控制器构成
不同频率时绕组电流波形
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，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。
频率较低时 频率较高时
单电压放大电路
最理想的电流波形就是矩形波。 电路时间常数：τ=L/(Ra+r)
高低电压驱动
恒流斩波驱动原理图与电流波形
Uf是步进电机控制脉冲。
四细分驱动
细分时合成磁势
细分驱动电路
环形分配器——软环形分配器
硬件环形分配器——CH250
CH250引脚定义
• CL和EN端均可作为脉冲的输入端。 • 当脉冲由CL端输入时，EN端必须接1，脉冲上升沿有效。 • 当脉冲由EN端输入时，CL端必须接0，脉冲下降沿有效。
现以A B C A的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流IA电流，观察转子的运动情况。
IC
IB B
C
1.三相单三拍
“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕 组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。
A相绕组通电，B、C相
A
B' 1 C'
42
C 3B A'
不通电。气隙产生以A-A为轴线 的磁场，而磁力线总是力图从 磁阻最小的路径通过，故电动 机转子受到一个反应转矩，在 此转矩的作用下，转子必然转
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
2. 三相六拍
按AAB B BC C CA的顺序给三相 绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制 特性。
A
B' 1 C'