微型步进电机的驱动系统
一种微型步进电机的驱动设计
一种微型步进电机的驱动设计李志新张晓健本文介绍了一种微型步进电机的工作、驱动原理和硬件、程序设计，可用于各种小型机电设备如微型云台、玩具等的应用。
步进电机是一种控制用的特种电机，具有精度高、可开环控制的特点，可广泛应用于各种低速、高精度定位的智能建筑监控、工业自动化控制系统中。
笔者在设计网络摄像机微型云台时用到了一种微型步进电机，现将该步进电机的工作原理、驱动方法说明如下。
1．步进电机的应用原理步进电机可以将电脉冲转换成特定的旋转运动，当它收到一个脉冲信号后，就会按照设定的方向转动一个固定的角度（即步距角），通过控制脉冲个数就可以控制电机转动的角度，通过控制脉冲频率则可以控制电机的速度和加速度，达到调速的目的。
在不超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，而与负载变化无关，是一种线性关系，因而可用于精确位置控制。
步进电机具有如下特点：●转动位移与输入脉冲数严格对应，步距误差不会累积，可以组成结构简单且有一定精度的开环控制系统；●可以使用数字信号直接进行开环控制，简单、廉价；●易于起动、停止、正反转及变速，响应性好；●停转时有自锁能力；●可很方便地实现在超低速下高精度稳定运行，通常可以不经过减速器直接驱动负载；●电机速度可在相当宽范围内平滑调节，可以使用一台驱动控制器同时控制几台步进电机完全同步运行。
本设计中使用的是一种型号为HYH-25BYJ-5V的微型步进电机，该电机使用DC5V供电，可以使用单片机进行控制，十分适合于各种小型机电自动控制系统。
该步进电机内部有4相绕组，外引5根控制线，如图1所示，其中导线5接DC5V的“＋”极，导线1、2、3、4按照控制时序接DC5V的“－”极。
①电机的驱动采用四相八拍的方式，如表1所示。
表中“＋”表示接电源正极，“－”表示接电源负极。
如果按照A相导电、A相B相同时导电、B相导电，然后依次是BC、C、CD、D、AD的顺序分别导电，电机就实现了正转（从电机输出轴方向看逆时针旋转），这就是驱动电机的8拍（8种脉冲）。
mircrostep driver 原理
Microstep Driver，即微步驱动器，是用于控制步进电机的一种驱动器。
步进电机是一种特殊的电机，其旋转角度是由一系列离散的步进组成的，每个步进的角度是固定的。
Microstep Driver通过细分步进电机的步进来实现更精细的控制。
Microstep Driver的原理可以简单概括为以下几点：
1.电流控制：Microstep Driver通过控制步进电机各相电流的幅值和相位，来改
变电机产生的转矩和旋转方向。
电流的控制通常是通过功率电子开关（如MOSFET或IGBT）来实现的。
2.微步细分：传统的步进电机通常以固定的步距角旋转，例如1.8度（对于50
步进的电机）或0.9度（对于100步进的电机）。
然而，Microstep Driver通过细
分电流控制，使得步进电机能够以更小的步距角旋转，从而实现更精细的位置控制。
例
如，一个50步进的电机可以被细分为200或400微步，每步的角度就变为0.45度或0.225度。
3.运动平滑：由于Microstep Driver可以实现微步细分，因此步进电机的运动
更加平滑，减少了振动和噪音。
此外，微步控制还可以提高电机的定位精度和重复定位精度。
4.速度和加速度控制：Microstep Driver通常还具备速度和加速度控制能力，可
以实现对步进电机的平滑加速和减速，进一步提高运动性能和定位精度。
总之，Microstep Driver通过细分步进电机的步进来实现更精细的控制，提高了步进电机的运动性能和定位精度。
这种驱动器在需要高精度位置控制的应用中非常有用，如机器人、自动化设备、3D打印机等。
步进电机工作原理_步进电机及其驱动控制系统步进伺服
步进电机工作原理_步进电机及其驱动把握系统 - 步进伺服步进电机是一种脉冲把握的执行元件，可将输入脉冲转换为机械角位移。
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——电机转速脉冲挨次——方向优点：结构简洁，价格廉价，工作牢靠。
缺点：简洁失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度，在低速时简洁产生振动（但恒流斩波驱动、细分驱动等新技术的综合应用，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，如经济型数控机床的进给驱动。
步进电机工作原理按电磁吸引原理工作（以反应式步进电机为例）。
反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。
两个相对的磁极组成一相。
步进电机的工作方式（通电挨次）可分为三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。
1）三相单三拍工作方式三相绕组联接方式：Y型三相绕组中的通电挨次为也可以为三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过30°。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的挨次。
（3）每次定子绕组只有一相通电，在切换瞬间失去自锁转矩，简洁产生失步，只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡。
2）三相六拍工作方式通电挨次为A→AB→B→BC→C→CA→A…（逆时针）A→AC→C→BC→B→BA→A…（顺时针）每步转过15°，步距角是三相三拍工作方式的一半。
三相六拍的特点：电机运转中始终有一相定子绕组通电，运转比较平稳。
3）双三拍工作方式定子绕组通电挨次为AB→BC→CA→AB…（转子逆时针旋转）AC→CB→BA→…（转子顺时针旋转）有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍旋转30°。
双三拍的特点：始终有一相定子绕组通电，工作比较平稳；避开了单三拍通电方式的缺点。
实际上步进电机转子齿数很多，齿数与步距角关系？例如：转子40个齿，定子仍是 3对磁极，三相六拍。
步进电动机驱动系统的基本知识
有关步进电动机驱动系统的基本知识1、系统常识：步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。
步进电动机驱动系统的性能，不但取决于步进电动机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣。
对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。
2、系统概述：步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。
当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电动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。
3、系统控制：步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。
控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的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。
4、用途：步进电动机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的发展（步进电动机驱动器性能提高），步进电动机的需求量与日俱增。
步进电动机在运行中精度没有积累误差的特点，使其广泛应用于各种自动化控制系统，特别是开环控制系统。
5、步进电机按结构分类：步进电动机也叫脉冲电机，包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）等。
（1）反应式步进电动机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电动机。
其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。
一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出（消耗功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到10‟）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行（指脉冲频率很低时）震荡时间较长；启动和运行频率较高。
（2）永磁式步进电动机：通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。
步进电机驱动方式(细分)概述
步进电机驱动方式（细分）概述众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。
三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。
本文主要描述这三种驱动的概述。
如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。
整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下：BB’→A’A→B’B→A A’→B B’下图是这种驱动方式的电流矢量分割图：可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。
下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图：可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。
使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。
但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱动器制造成本容易得到控制。
半步驱动对于半步驱动方式，电机是走一个半步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，半步驱动是每走一步，是走1.8°(3.6°/2)。
基于STM32的微型步进电机驱动控制器设计
3.2 控制器控制策略
STM32软件负责该模块的主控制器，首先让启动模式处于非启动状态（DISABLE），外部中断也处于关闭状态。一旦启动模式被打开，即点亮LED；其次，进行速度设置、细分系数设置以及旋转角度设置。睡眠模式下LED缓慢闪烁。具体该驱动控制器软件设计流程图。
4 结论
通过系统对软硬件进行调试，该控制器实现了对步进电机速度、细分系数、任意角度的设置，并达到了预期设定的目标。此控制器可以应用在相对比较精细的项目控制中，加快项目研发周期。该模块的主要缺陷就是输出驱动电流不够大，无法应用在扭力比较大的场合中，因此，通过上述对A4988模块的分析，可以再对A4988芯片进行改进，更换导通电阻小、驱动电流大的MOS管，实现电机驱动器的设计。
1.2 A4988的工作原理
为了更加清晰地分析A4988的工作原理，首先深入分析A4988的内部结构。为A4988的内部结构图和典型的外部电路连接图。
由图1所示，A4988有一个编译器（Translator），主要负责微控制器和驱动电路的信息交互。通过该编译器可产生DA信号，配合比较器辅助PWM锁存器修复衰减信号，并且该编译器能够产生逻辑电平控制逻辑控制器，逻辑控制器再配合电流调节器和N型MOS管驱动电压共同驱动两路全桥电路。电路中所标电容必须严格与技术文档中所给的相同，Rosc主要更改并修复衰减模式，接VDD自动修复衰减，接GND电流衰减设置为增减电流同时修复。SENSE1和SENSE2检测驱动输出电压，实则是实时检测输出电流，供电流调节器调节输出电流信号，形成闭环控制。因此SENSE1和SENSE2管脚连接的电阻非常关键，一般这个电阻的阻值在零点几欧姆左右。
（1）串口通信模块[6]：主要负责上位机和下位机通信。上位机通过串口通信模块发送相应的功能指令给下位机，下位机执行上位机的指令并控制A4988驱动器模块驱动步进电机。。
28hd微型步进电机使用方法
28hd微型步进电机使用方法一、概述在现代电子设备和机械设备中，步进电机广泛应用于各类控制系统中。
28hd微型步进电机是一种小型、高效、精确度较高的步进电机，本文将详细介绍28hd微型步进电机的使用方法，包括其结构、工作原理、电路连接以及使用注意事项等方面。
二、结构与工作原理28hd微型步进电机采用了分步电机技术，其主要由电机本体、转子、定子和驱动电路组成。
它的工作原理基于每次电流改变一小步，从而使得转子转动一定角度的原理。
通过电流变化引起转子磁场变化，从而控制转子的位置。
三、电路连接为了正确驱动28hd微型步进电机，我们需要正确地连接电路。
具体连接方式如下所示：1.将步进电机的四个线圈（通常标记为A+、A-、B+、B-）分别与驱动电路的相应输出端口相连。
2.在连接电路之前，确保驱动电路符合28h d微型步进电机的电气参数要求，以避免过流或过热等问题。
四、使用方法使用28hd微型步进电机的方法如下：1.首先，确定步进电机的转动方向。
根据所需的转动方向连接电路，一般正转和反转可以通过调换两个线圈的连接顺序来实现。
2.然后，根据具体需要，选择合适的驱动电压和电流。
这个取决于实际应用中步进电机所需的功率和速度。
3.接下来，编写控制程序或使用控制器来控制步进电机的运动。
根据实际需求，可以通过改变电流频率和顺序来控制步进电机的精度和速度。
4.最后，根据实际情况进行优化调试，以确保步进电机的运动效果符合预期。
五、使用注意事项在使用28h d微型步进电机时，需要注意以下事项：1.驱动电压和电流不要超过步进电机的额定参数，以避免过载损坏电机。
2.在连接电路时，确保正常接地和正确连接，防止短路或电路故障。
3.在操作步进电机时，避免频繁启动和停止，以减少机械应力和电机损坏的风险。
4.定期检查电机的运行状态，及时清洁电机表面的灰尘和杂物，以维护电机的正常工作。
5.如果需要更高的精度和速度，可以考虑使用专业驱动器或控制器，并根据厂家提供的说明进行正确操作。
步进电机控制系统原理
2、步进电机控制系统原理
三相单三拍
PC.7
PC.6
PC.5
PC.4
PC.3
PC.2C相
PC.1B相
PC.0A相
1
0
0
0
0
0
0
0
1
A
01H
2
0
0
0
0
0
0
1
0
B
02H
3
0
0
0
0
0
1
0
0
C
04H
2、步进电机控制系统原理
用 P1口 的 P1.2 、P1.1、P1.0 对应 C、B、A 相 进行控制 。
（3）程序 根据图4-46可写出如下步进电机控制程序
3、步进电机与微型机的接口及程序设计
AJMP DONE ；A＝0，转DONE LOOP2： MOV P1，03H ；反向，输出第一拍 ACALL DELAY ；延时DEC A；A＝0，转DON JZ DONE MOV P1，05H ；输出第二拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A JZ DONE ； MOV P1，06H ；输出第三拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A≠0，转LOOP2 JNZ LOOP2 DONE： RET DELAY：
3、步进电机与微型机的接口及程序设计
ORG 0100H ROUNT1：MOV A，#N ；步进电机步数→A JNB 00H，LOOP2 ；反向，转 LOOP2 LOOP1： MOV P1，#03H ；正向，输出第一拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A＝0，转DONE JZ DONE MOV P1，06H ；输出第二拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A＝0，转DONE JZ DONE MOV P1，05H ；输出第三拍 ACALL DELAY ；延时 DEC A ；A≠0，转LOOP1 JNZ LOOP1
步进电机的驱动原理
步进电机的驱动原理步进电机的驱动原理主要包括两种类型，开环控制和闭环控制。
开环控制是指通过控制电流的大小和方向来驱动步进电机，而闭环控制则是在开环控制的基础上增加了位置反馈系统，以实现更精确的位置控制。
首先，我们来看一下开环控制的驱动原理。
在开环控制中，步进电机的驱动器通过控制电流的大小和方向来控制电机的转动。
通常情况下，步进电机的驱动器会根据预先设定的步进角度和速度来控制电流的大小和方向，从而驱动电机按照预定的路径和速度进行转动。
开环控制的优点是结构简单、成本低廉，适用于一些对位置精度要求不高的应用场景。
而闭环控制则是在开环控制的基础上增加了位置反馈系统。
通过在步进电机上安装位置传感器，可以实时监测电机的位置，并将反馈信息传输给驱动器，从而实现更精确的位置控制。
闭环控制的优点是能够克服步进电机本身存在的一些缺点，如失步、共振等问题，提高了系统的稳定性和精度。
除了控制方式的不同，步进电机的驱动原理还与电机的类型密切相关。
常见的步进电机包括单相、双相和三相步进电机，它们的驱动原理略有不同。
单相步进电机通常采用双极性驱动方式，即通过改变电流的方向来控制电机的转向；双相步进电机则采用四相驱动方式，通过控制两对线圈的电流来实现电机的转动；而三相步进电机则采用六相驱动方式，通过控制三对线圈的电流来驱动电机。
不同类型的步进电机有不同的驱动原理，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的电机类型和驱动方式。
总的来说，步进电机的驱动原理涉及到开环控制和闭环控制两种方式，以及不同类型电机的具体驱动方式。
在实际应用中，需要根据具体的需求和场景选择合适的驱动方式和电机类型，以实现更精准、稳定的位置控制。
希望本文能够帮助读者更好地理解步进电机的驱动原理，为实际应用提供一定的参考价值。
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。
步进电机的驱动原理
步进电机的驱动原理步进电机是一种特殊的电机，它的驱动原理与传统的直流电机和交流电机有所不同。
步进电机的驱动原理是通过控制电机的电流来实现电机的旋转，而不是通过改变电机的电压来控制电机的转速。
这种驱动方式使得步进电机具有精准的位置控制能力和高效的能量利用率，因此在许多应用领域得到了广泛的应用。
步进电机的驱动原理可以分为两种类型：单相驱动和双相驱动。
单相驱动是指电机只有一组线圈被激活，而双相驱动则是指电机的两组线圈被分别激活。
在单相驱动中，电机的转动是通过交替激活线圈来实现的。
当一组线圈被激活时，电机会向一个方向旋转，当另一组线圈被激活时，电机会向相反的方向旋转。
这种驱动方式适用于一些低精度的应用，例如打印机、扫描仪等。
双相驱动是步进电机的主要驱动方式，它可以实现更高的精度和更大的扭矩输出。
在双相驱动中，电机的两组线圈被分别激活，每组线圈都可以控制电机的旋转方向和速度。
当一组线圈被激活时，电机会向一个方向旋转，当另一组线圈被激活时，电机会向相反的方向旋转。
这种驱动方式可以实现非常精确的位置控制，因为每次只需要激活一组线圈，就可以控制电机旋转一个固定的角度。
双相驱动的步进电机可以进一步分为全步进和半步进两种驱动方式。
全步进是指每次激活一组线圈，电机就会旋转一个固定的角度，通常为1.8度或0.9度。
半步进是指每次激活两组线圈，电机就会旋转一个半步，通常为0.45度或0.225度。
半步进可以实现更高的精度和更平滑的运动，但需要更复杂的控制电路。
步进电机的驱动原理是通过控制电机的电流来实现电机的旋转。
在双相驱动中，每组线圈都可以控制电机的旋转方向和速度。
全步进和半步进两种驱动方式可以实现不同的精度和运动平滑度。
步进电机的驱动原理使得它具有精准的位置控制能力和高效的能量利用率，因此在许多应用领域得到了广泛的应用。
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。
步进电机及其驱动控制系统课件
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。
步进电机及其驱动控制系统PPT教案
实际应用的步进电机如图所示 ，转子铁心和定子磁极上均有 齿距相等的小齿，且齿数要有 一定比例的配合。
步距角α=3600/mZk
式中：
m——定子相数
Z——转子齿数
k——整步或半步系数（整步为 1、半步为2）
例如：图a中，m=3,Z=4,假如 k=1，则α=3600/（3*4*1） =300
图b中，m=3,Z=40,假如k=1，则 α=3600（3*40*1）=30
（2）三相双三拍
1）通电顺序UV→VW→WU→UV顺序通电为正转（顺时针），反 之为反转（逆时针）；
2）当UV相绕组通电时，1、4齿U、V对齐，当换成VW相通电时， 因为原来(a)图上的3、4齿距VW相主磁极近，所以3、4齿顺时 针转动一个步距角300后，3、4齿与VW相主磁极对齐。
3）由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持 一相绕组通电，所以工作比较稳定。
1、步进电动机分类
（1）按定子独立绕组数分 两相、三相、四相、五相、六相步进电机。
步进电动机的相数：指定子上的独立绕组数。 （2）按转子性质分
反应式—转子无励磁（无绕组）、也非永磁 铁。
永磁式—转子常为永久磁铁。
2、三相反应式步进电机结构
定子上有六个磁极，每个磁极上绕有 励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相， 分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由 带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸 引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序 轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产 生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电 磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步 转动。每当转子某一对齿的中心线与定子 磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零 。如果控制线路不停地按一定方向切换定 子绕组各相电流，转子便按一定方向不停 地转动。步进电机每次转过的角度称为步 距角。
微型步进电机原理
微型步进电机是一种将电能转换为精确的机械运动的电机。
它通过控制电机的转动角度和转动速度来实现精确的位置控制。
微型步进电机广泛应用于各种精密控制场合，如打印机、扫描仪、机器人、医疗设备等。
微型步进电机的原理主要包括以下几个步骤：
1.定子：微型步进电机的定子通常是由多对磁极组成，这些磁极交替排列，形成磁场。
2.转子：转子由软磁材料制成，上面有多个齿或凸起，这些齿与定子的磁极相对应。
3.绕组：转子内部有绕组，当电流通过这些绕组时，会在转子周围产生磁场。
4.磁场相互作用：定子的磁场与转子的磁场相互作用，根据电磁感应原理，转子会在磁场的作用下旋转。
5.步进控制：通过控制绕组中电流的通断和方向，可以精确控制转子的旋转角度和速度。
6.步进角：步进电机的步进角是指转子每次旋转的角度，通常为1.8度、3.6度、
7.2度等，不同的步进角对应不同的型号。
7.细分驱动：为了提高步进电机的精度，可以采用细分驱动技术，即将一个步进角细分为更小的角度，从而实现更精确的控制。
微型步进电机的优点包括：
1.高精度：可以实现精确的位置控制。
2.低速运行：在低速下也能保持稳定的性能。
3.响应快：能够快速启动和停止。
4.控制简单：通过简单的数字信号控制即可实现精确控制。
微型步进电机的缺点包括：
1.扭矩小：与直流电机相比，步进电机的扭矩较小。
2.易失步：在高速或负载变化时，可能会出现失步现象。
微型步进电机的设计和选择需要根据具体的应用需求来确定，包括所需的步进角、扭矩、速度、尺寸和成本等因素。
步进电机驱动方案
步进电机驱动方案摘要：本文旨在介绍步进电机驱动方案。
首先，我们将对步进电机的工作原理进行简要介绍。
然后，我们将讨论几种常用的步进电机驱动方案，包括电流驱动、脉冲驱动和矢量驱动。
最后，我们将比较这些驱动方案的优缺点，并提供一些建议以帮助您选择适合您应用的步进电机驱动方案。
引言：步进电机是一种常见的电动机类型，其具有精确的运动控制能力，广泛应用于各种自动化系统，如打印机、机床、CNC机器等。
为了充分发挥步进电机的性能，合理选择合适的驱动方案至关重要。
不同的驱动方案具有不同的特点和适用场景，因此在选择驱动方案时需要综合考虑各种因素。
一、步进电机工作原理步进电机是一种将电能转化为机械运动的设备。
它通过控制电流的大小和方向来使电机转动。
步进电机的运动是逐步完成的，每一步的角度由电机驱动信号决定。
步进电机通常由两相或四相驱动，每相由一对线圈组成。
在两相步进电机中，轴绕自己的轴旋转。
当电流通过一个线圈时，会产生一个磁场，而随着电流方向的改变，磁场的方向也会相应地改变。
这种磁场变化会使电机转动一定的角度，这被称为步长。
步进电机的步长通常为1.8度或0.9度，具体取决于电机的类型。
二、步进电机驱动方案1. 电流驱动电流驱动是一种常见的步进电机驱动方案。
它通过施加恒定的电流来驱动电机。
电流大小决定了电机的力矩大小，因此电流驱动方案能够提供较高的力矩输出。
此外，电流驱动能够控制电机的加减速过程，使得电机转动更加平稳。
然而，电流驱动的缺点是功耗较高，产生的热量会导致电机温升。
2. 脉冲驱动脉冲驱动是另一种常用的步进电机驱动方案。
它通过向电机发送脉冲信号来驱动电机，每个脉冲信号使电机转动一个步长。
脉冲驱动方案简单、成本较低，适用于一些简单的应用场景。
然而，脉冲驱动无法有效控制电机的力矩输出，电机可能会出现失步现象，影响精密控制。
3. 矢量驱动矢量驱动是一种高级的步进电机驱动方案。
它通过实时计算电机的力矩需求并控制电流大小和方向来驱动电机。
步进电机驱动系统
摘要步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件,具有易于开环控制、无积累误差等优点,在从多领域获得了广泛的应用。
为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求,出现了步进电机细分驱动技术。
本文对步进电机的工作原理和运动控制做了阐述，对如何防止步进电机失步和过冲做出了系统说明，并深入研究了步进电机在升降速过程中脉冲频率曲线的设计和他们的优缺点；认真研究了步进电机细分控制的原理，然后给出了具体的实现方法。
本设计尽量简化了硬件设计,软件能实现的功能尽可能由软件来完成。
本文的研究侧重点是驱动理论与技术实现，并在此基础上设计出一些有价值的硬件电路。
以单片机TA8435为核心具体实现了步进电机的细分控制。
本方案消除了电机的低频振荡,提高了电机的输出转矩、分辨率和步距的均匀度,解决了步进电机高精度细分的技术难题。
关键词:运动控制；步进电机；单片机；控制算法AbstractStepping motor is a kind of electromechanical component that is driven in step angle or line displacement by electric pulse signal. Because of having the advantage of easy open-loop control and no accumulating error, stepper motor is being applied widely in many fields. In order to meet the requirement of high-precision orientation and movingsmoothness, subdivision driving of stepper motor is adopted.In this paper, the theory of stepping motor and its motion control is introduced. And based on the introduction, the methods of avoiding overshoot and step out are systematically analysed. The author has a deep research on the design of the motor speed-up and speed-down curve, and make a comparison of their performance. After the subdivision driving theory is presented, some technical methods are given. The hardware design is simplified. The functions which can be achieved by software aren't achieved by hardware.The emphasis of this paper is driving theory and technical method and some useful circuits are designed.Based on the single-chip micro-controller TA8435, This project removes the low frequency oscillation completely and improves the output Torque, differentiating precision and the equality of each step of motor. In this way, it gives the solution to the high precision subdivision of motor.Keywords: motion control; stepper motor; single-chip; control algorithm目录目录 (1)1 前言 (1)2 步进电机概述 (3)2.1反应式步进电动机的工作原理 (3)2.2矩角特性 (5)2.3连续脉冲运行 (8)3 步进电机驱动技术研究 (12)3.1电源功放级 (12)3.2驱动电源 (12)3.2.1对驱动电源的基本要求 (12)3.2.2驱动电源的分类 (15)3.2.3步进电机驱动软件发展状况 (19)3.3步进电机的调速方法 (20)4 基于单片机的步进电机驱动系统研究 (23)4.1基于单片机的驱动系统的基本原理 (23)4.1.1定时常数的确定 (23)4.1.2步进脉冲的调频方法 (24)4.2升降频方法及其实现 (26)4.2.1升降频方法 (26)4.2.2软件实现 (28)5.1脉冲信号控制器设计 (32)5.1.1设计原理 (32)5.1.2 VHDL实现 (34)5.2环形驱动器的设计 (36)5.3步进电机步距角的软件细分法 (37)5.3.1步进电机步距角细分的原理 (37)5.3.2细分电路设计 (39)6 基于TA8435芯片的驱动器的设计 (42)6.1TA8435芯片特点 (43)6.2TA8435细分工作原理 (44)6.3TA8435在步进电机控制中的应用 (45)7 结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1 前言随着社会的进步和人民生活水平的不断提高及全球经济一体化势不可挡的浪潮，我国微特电机工业在最近10年得到了快速的发展。
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步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机，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。
随着电子科学技术的发展，步进电机的应用越来越广泛。
微型步进电机在选择减速电机时要看下驱动IC的角度看步进电机，微型步进电机是由微型电机和步进电机的统称。
那么，下面由维科特简单介绍微型步进电机的驱动系统：
微型同步电机检波：微型同步电机压降会造成芯片内部很大功耗，在反向电流泄放路径，都要经过两个肖特基二极管，打开肖特基二极管并联的MOS管，通过在反向放电时，可以使电流走MOS管旁路，以便能够减小芯片功耗。
单双无型极性电机的区分单极性电机，由单极性IC驱动。
其一端接Vcc，输出力矩降至full step的9.8%，另一端由IC控制连接或断开微步驱动，会造成每步输出力矩下降细分为1/16时，1/32时，降至4.91%，到1/128时，降至1.23%。
微型步进电机驱动的最大好处就是共振低，噪声小。
微型电机衰减模式：由于电机为感性负载，会引入反生电动势，在快速通断时时，必须考虑其泄放途径。
有两种基本衰减模式：一种快速衰减：方法是先关闭source、sink极，接着线组对负电机电源放电。
另一种慢速衰减：只source极关闭，绕组短路放电。
为使电机驱动电流更加理想化，一般电机驱动IC，都使用混合衰减模式：先快速衰减，再慢速衰减，而且可以调整快速衰减→慢速衰减的切换时间点，以达到波形更精细的控制。
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。
我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。
我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。
根据客户配套需要，我们还可以提
供其他种类及其他品牌微电机产品的配套服务。
也提供NPM的线性磁轴电机(直线电机)及技术支持和服务。