机电传动控制-步进电机
电机拖动控制(机电传动控制)11-步进电机
第十三章步进电机13.1步进电动机的结构与原理1.概念：概念步进电动机或称脉冲电动机，是一种将输入脉冲信号转换成输出轴的角位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机每输入一个脉冲信号，便转动一个确定的角度（称为：步距角）。
输出轴转过的总角度是与输入脉冲的个数成正比，输出轴转速与出轴转过的总角度是与输入脉冲的个数成正比输出轴转速与脉冲的频率和歩距角成正比。
N n fθβ∝∝2.结构定子：硅钢片叠成定子：凸极式相：每两个相对的磁极上绕有一个线圈，构成一相。
控制线圈三相：六个极，三个绕组，构成三相13113.1 三相反应式步进电动机的结构示意图转子：材料：硅钢片或软磁材料4个凸极、无绕组3.类别：按励磁方式分为：反应式转子无励磁绕组磁阻式反应式：转子无励磁绕组，磁阻式永磁式：转子为永久磁铁混合式（永磁感应式）按输出转矩分类为快速步进电动机07N 4N 按输出转矩分类为：快速步进电动机0.7 Nm~ 4 Nm ；功率步进电动机T=5 Nm~ 4 0Nm ；4.特点：fn N θβ∝∝●线性好，无累计误差，可变频调速；●抗干扰能力强；●转动惯量小能快速起动反转与制动在一相绕●转动惯量小，能快速起动、反转与制动。
在相绕组通电的情况下有自锁能力。
5.工作原理（1）工作原理：电磁铁原理：定子绕组通电，在铁心中产生磁场，总是力图沿磁阻最小的路径通过。
这种磁场力产生力矩，使转转动当达到最短路径的位置则自锁使转子转动，当达到最短路径的位置则自锁。
转子自锁位置定子绕组通电顺序（顺时针）转子自锁位A B C转子顺时针转向100A---1A’---3010B---2B---4B2’4 001C3C1C---3’----1 100A---4A’---2图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ａ）Ａ相通电图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ｂ）Ｂ相通电图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ｃ）Ｃ相通电图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ａ）Ａ相通电图13.3 步进电机的通电方式（a）A相通电图13.3 步进电机的通电方式（b）A、B相通电图13.3 步进电机的通电方式（c）B相通电图13.3 步进电机的通电方式（d）B 、C相通电13.3B6. 步进电动机的主要特性（1）矩角特性——电磁转矩随偏转角度变化的关系近似为正弦曲线（2）启动惯频特性——启动频率与负载转动惯量的关系空载时，由静止突然启动且不失步所允许的最高启动空载时由静止突然启动且不失步所允许的最高启动频率，称为启动频率或突调频率（3）运行频率特性不失步运行的最高脉冲频率（4）矩频特性负载转动惯量一定且稳态运行时的最大输出转矩与脉冲频率的关系。
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。
步进电机运动规律及速度控制方法
步进电机运动规律及速度控制方法姓名：吴良辰班级：10机设（2）学号：201010310206学期我们专业开设了机电传动控制这么课，它是机电一体化人才所需要知识结构的躯体，由于电力传动控制装置和机械设备是一个不可分割的整体，所以我么能从中了解到机电传动控制的一般知识，要掌握电机、电器、晶闸管等工作原理、特性、应用和选用的方法。
了解最新控制技术在机械设备中的应用。
在现代工业中，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且还包括控制电动机的一整套控制，以满足生产过程自动化的要求。
也就是说，现代机电传动是和各种控制元件组成的自动控制系统联系在一起。
机电系统一般可分为图一所示的三个部分。
图1 机电传动控制在没上这门课之前，在我自己认为，电机就是那些就是高中学的那些直流电动机，就是通电线圈在磁场转动。
那是直流电动机了，慢慢的我接触了交流电动机，刚开始知道220V市电。
记得大一下学期，我们金工实习了，看到工训下面那么多的车床，铣床，钻床……由于要提供大的功率，所以主电机都是选用380V。
上完这门让我更详细了解他们内部的结构和工作原理。
还说明知识是慢慢积累的过程。
见的多学的多。
我明白了很多以前的疑惑。
看到电视机上那些智能机器人，他们的活动很自如，就像仿生肌肉一样。
尤其是日本的机器人。
它的机械臂很有可能是步进电机控制的，还有一种说法是液压与气压控制的。
我觉的两者都有。
很有幸大一时候进入了第二课堂，在里面学到东西，也接触了步进电机，我是在学51单片机那时候也买了一个，就觉得很神奇。
在加上前几天参加了江西省电子设计大赛，我就感觉到要是要选控制类的题目做，步进电机是不能少的。
所以步进电机是个好东西。
我在网上查了一下资料，上个世纪就出现了步进电机，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。
很遗憾的是它是国外人发明的。
开始写正题了，上完这门课，那个步进电机是让我很痴迷的。
机电传动控制第五版课后答案--最全版
机电传动控制第五版课后答案--最全版机电传动控制是一门涉及机械、电气和控制等多领域知识的重要学科，对于相关专业的学生和从业者来说，掌握这门课程的知识至关重要。
而课后习题的答案则是检验学习成果、加深理解的重要工具。
以下为您提供机电传动控制第五版的课后答案，希望能对您的学习有所帮助。
第一章绪论1、机电传动控制的目的是什么？答：机电传动控制的目的是将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止、调速、反转以及各种生产工艺过程的要求，以满足生产的需要，提高生产效率和产品质量。
2、机电传动系统由哪些部分组成？答：机电传动系统通常由电动机、传动机构、生产机械、控制系统和电源等部分组成。
电动机作为动力源，将电能转化为机械能；传动机构用于传递动力和改变运动形式；生产机械是工作对象；控制系统用于控制电动机的运行状态；电源则为整个系统提供电能。
3、机电传动系统的运动方程式是什么？其含义是什么？答：运动方程式为 T M T L ＝J(dω/dt) 。
其中，T M 是电动机产生的电磁转矩，T L 是负载转矩，J 是转动惯量，ω 是角速度，dω/dt 是角加速度。
该方程式表明了机电传动系统中电动机的电磁转矩与负载转矩之间的平衡关系，当 T M ＞ T L 时，系统加速；当 T M ＜ T L 时，系统减速；当 T M ＝ T L 时，系统以恒定速度运行。
第二章机电传动系统的动力学基础1、为什么机电传动系统中一般需要考虑转动惯量的影响？答：转动惯量反映了物体转动时惯性的大小。
在机电传动系统中，由于电动机的转速变化会引起负载的惯性力和惯性转矩，转动惯量越大，系统的加速和减速过程就越困难，响应速度越慢。
因此，在设计和分析机电传动系统时，需要考虑转动惯量的影响，以确保系统的性能和稳定性。
2、多轴传动系统等效为单轴系统的原则是什么？答：多轴传动系统等效为单轴系统的原则是：系统传递的功率不变，等效前后系统的动能相等。
3、如何计算机电传动系统的动态转矩？答：动态转矩 T d ＝ T M T L ，其中 T M 是电动机的电磁转矩，TL 是负载转矩。
第3章步进电动机传动控制
第3章步进电动机传动控制
反应式步进电动机结构示意图
第3章步进电动机传动控制
反应式步进电动机多段环形线圈结构
第3章步进电动机传动控制
反应式步进电动机多段分布绕组结构
第3章步进电动机传动控制
反应式直线步进电动机
第3章步进电动机传动控制
永磁式步进电动机示意图 第3章步进电动机传动控制
3.2 步进电动机的环形分配器
3.2.1 步进电动机的驱动方式 步进电动机是绕组按一定方式轮流通电工作的。为了
实现这种轮流通电，需要将控制脉冲按规定的方式分配给 步进电动机，实现这种脉冲分配功能的是环形分配器。环 形分配器的输出信号还需进行功率放大才能驱动步进电动 机。步进电动机驱动系统框图如图3.8所示。
第3章步进电动机传动控制
（2）通电方式 单双相轮流通电方式
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
第3章步进电动机传动控制
3.1.2 小步距角步进电动机 实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。 若定子为三相绕组，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1/3齿距，再下一相磁极下定子与转子的齿 错开2/3齿距，依此类推。 当定子各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿 距。
第3章步进电动机传动控制
3.2.2 步进电动机的环形分配器 环形分配器是根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系
加到放大器上，使各相绕组按一定的顺序和时间导 通和断开，并根据指令使电动机正转或反转，实现 确定的运行方式。环形分配器可以由硬件和软件两 种方式实现。
步进电机控制方案
步进电机控制方案1. 引言步进电机是一种常见的电动机，其特点是精准度高、扭矩稳定、可控性强等。
在许多应用中，需要对步进电机进行控制，以实现精准定位、旋转控制等功能。
本文将介绍步进电机的控制方案，并提供示例代码和运行结果。
2. 步进电机工作原理步进电机是一种定角度运动的电机，其工作原理基于磁场变化导致的转动。
步进电机由转子和定子组成，转子上有一系列的磁极，定子上有一组电枢。
通过依次通电给定子上的电枢，使得磁场依次在转子上形成，从而实现转子的连续旋转。
3. 步进电机控制方案步进电机的控制方案主要包括驱动器和控制器两部分。
驱动器用于控制步进电机的转动，控制器用于更精确地控制电机的运转。
3.1 驱动器选择常见的步进电机驱动器有两相、三相和四相驱动器。
根据实际应用需求，选择适合的驱动器可以提高电机的性能和效率。
以下是常见的驱动器选择情况：•两相驱动器：适用于低速应用，价格较低，但扭矩输出相对较低。
•三相驱动器：适用于高速和高扭矩应用，价格相对较高，但性能更好。
•四相驱动器：适用于中等速度和扭矩要求的应用。
3.2 控制器设计在步进电机控制中，控制器的设计是至关重要的。
控制器需要实现以下功能：•步进电机的速度控制：控制脉冲信号的频率和宽度，可以实现步进电机的高速或低速运动。
•步进电机的方向控制：控制脉冲信号的方向，可以实现步进电机的正转或反转。
•步进电机的位置控制：根据应用需求，设定目标位置和运动方式，通过控制脉冲信号的数量和频率，控制步进电机到达目标位置。
通常情况下，可以使用单片机或专用控制器来设计步进电机的控制器。
以下是一个简单的步进电机控制器的伪代码示例：def step_motor_control(target_position):current_position = 0while current_position != target_position:if target_position > current_position:# 正转move_forward()current_position += 1else:# 反转move_backward()current_position -= 1delay(1) # 控制电机运动速度4. 示例代码下面是一个使用Arduino控制步进电机的示例代码，该代码实现了步进电机的转动和控制：#include <Stepper.h>const int stepsPerRevolution = 200; // 步进电机每转的步数Stepper stepper(stepsPerRevolution, 8, 9, 10, 11); // 步进电机驱动器引脚void setup() {stepper.setSpeed(100); // 设置步进电机转速}void loop() {// 顺时针旋转一个圈stepper.step(stepsPerRevolution);delay(1000);// 逆时针旋转半个圈stepper.step(-stepsPerRevolution / 2);delay(1000);}5. 运行结果通过运行上述示例代码，可以实现步进电机的转动和控制。
步进电机(步进电机的工作原理)课件
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步进电机(步进电机的工作 原理)课件
目 录
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的驱动电路 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的发展趋势与未来展望 • 案例分析
01
步进电机简介
步进电机的定义
步进电机是一种将电脉冲信号转换成 角位移或线位移的开环控制电机。
步进电机通过不断接收电脉冲信号来 连续转动，从而实现精确的定位和速 度控制。
脉冲信号
驱动器接收脉冲信号后，根据脉 冲信号的频率和相位控制步进电
机的转动速度和方向。
电流控制
驱动器通过控制电流的大小和方 向，实现步进电机的转动。
驱动电路的优化设计
减小体积
优化电路板布局和元件 选择，减小驱动电路的 体积，方便安装和使用
。
提高效率
优化电源设计和元件选 择，提高驱动电路的效
率，减少能源浪费。
速度测试
通过转速计测量步进电机在动态条件 下的转速表现。
响应时间测试
通过计时器测量步进电机从静止到设 定转速以及从设定转速到静止所需的 时间。
效率测试
通过测量步进电机在额定负载下的输 入功率和输出功率，计算其效率表现 。
05
步进电机的发展趋势 与未来展望
步进电机的发展趋势
小型化与集成化
随着技术的进步，步进电机正朝着更小尺寸和更高集成度 的方向发展。这使得步进电机在许多应用中成为更优选择 ，特别是在空间受限的场景中。
用于工件的精确加工和定位。
机器人
用于机器人的关节驱动和定位 。
自动化生产线
用于自动化设备的驱动和控制 。
医疗器械
用于医疗设备的驱动和控制， 如CT机、核磁共振仪等。
步进电机控制方法
步进电机控制方法步进电机是一种常见的电动执行器，广泛应用于各个领域的控制系统中。
它具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，是现代自动化控制系统中必不可少的重要组成部分。
本文将从基本原理、控制方法、应用案例等方面对步进电机进行详细介绍。
1. 基本原理步进电机是一种通过输入控制信号使电机转动一个固定角度的电机。
其基本原理是借助于电磁原理，通过交替激励电机的不同线圈，使电机以一个固定的步距旋转。
步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子上布置有若干个线圈，而转子则包含若干个极对磁体。
2. 控制方法步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据既定的输入信号频率和相位来驱动电机，控制电机旋转到所需位置。
这种方法简单直接，但存在定位误差和系统响应不稳定的问题。
闭环控制则是在开环控制的基础上，增加了位置反馈系统，通过不断校正电机的实际位置来实现更精确的控制。
闭环控制方法相对复杂，但可以提高系统的定位精度和响应速度。
3. 控制算法控制步进电机的常用算法有两种，一种是全步进算法，另一种是半步进算法。
全步进算法是指将电流逐个向电机的不同线圈通入，使其按照固定的步长旋转。
而半步进算法则是将电流逐渐增加或减小，使电机能够以更小的步长进行旋转。
半步进算法相对全步进算法而言，可以实现更高的旋转精度和更平滑的运动。
4. 应用案例步进电机广泛应用于各个领域的控制系统中。
例如，在机械领域中，步进电机被用于驱动数控机床、3D打印机等设备，实现精确的定位和运动控制。
在医疗设备领域，步进电机被应用于手术机器人、影像设备等，为医疗操作提供准确定位和精确运动。
此外，步进电机还广泛应用于家用电器、汽车控制、航空航天等领域。
总结：步进电机作为一种常见的电动执行器，具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，在自动化控制系统中扮演着重要的角色。
通过本文的介绍，我们了解到步进电机的基本原理、控制方法、算法以及应用案例等方面的知识。
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ppt
A
B'
C'
C
B
A'
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。
2.4、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
❖ 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。
2、系统构成：
脉冲信 号输入
脉冲分配器
脉冲放大器
步进 电机
3、步进电机的结构
步进电机的内部结构
步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成， 其上分别有六个、四个磁极 。
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
2.3、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
30，即 S = 30。
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
三、步进电机的三个重要概念
步进电机的控制方法
步进电机的控制方法步进电机（Stepper Motor）是一种将电信号转化为角位移的输出设备，通常用于需要精确控制角度和位置的应用领域，如3D打印机、CNC数控机床、机器人等。
步进电机的控制方法主要有三种：全步进控制、半步进控制和微步进控制。
下面将详细介绍这三种控制方法的原理和特点。
全步进控制是步进电机最简单和常用的控制方式之一。
它是通过改变电流的方向和大小来控制电机的转动。
步进电机内部有一个旋转磁场，当电流方向与旋转磁场方向一致时，电机会顺时针旋转；当电流方向与旋转磁场方向相反时，电机会逆时针旋转。
因此，通过改变电流的方向可以实现电机的正反转。
而改变电流的大小可以调节电机每一步转动的角度，从而控制精度。
例如，电流较小时电机每一步的转动角度较大，电流较大时电机每一步的转动角度较小，通过不同的电流设置可以实现不同的控制要求。
全步进控制简单可靠，适用于一些对控制精度要求相对较低的场合。
半步进控制是在全步进控制的基础上发展起来的一种控制方式。
它通过在两个相邻的全步进驱动脉冲之间改变电流的大小和方向来控制电机的转动。
在正向或逆向时，先施加一定大小的电流使电机进入半步状态，此时电机只旋转半个步距；然后再施加相反于旋转方向的电流使电机进入全步状态，此时电机旋转一个步距。
通过这种方式，半步进控制可以实现更高的分辨率和较大的控制精度。
但是，半步进控制的缺点是启动和停止过程中存在冲击、振动等不稳定现象，对控制系统的动态响应要求较高。
微步进控制是进一步提高步进电机控制分辨率和精度的一种控制方式。
它通过改变电流的大小和时间来实现对电机的微步控制。
微步进控制可以将电机每一步的移动量分割为更小的部分，从而实现更高的分辨率。
例如，微步进控制可以将电机每一步的移动量分割为10等分或更多等分，从而实现更精确的控制。
微步进控制的原理是通过调节电流大小和时间，使电机在磁力矩的作用下，从一个磁极到相邻磁极之间平滑地过渡，从而实现平稳的转动。
机电传动控制13步进电机
环分功能
步进电机按三相单三拍方式
运行。当方向电平为低时，A
顺序循环产生脉冲。
B
f
A
C
当方向电平为高时，脉冲分配
C
器的输出按A-C-B的顺序循环
B 2020/9/19
产生脉冲。
环分实现方法
步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法 来实现。 • 硬件环形分配器有较好的响应速度，且具有直 观、维护方便等优点。 • 软件环分则往往受到微型计算机运算速度的限 制，有时难以满足高速实时控制的要求。
基本工作原理
2020/9/19
通电方式
对于三相反应式步进电机，其运行方式有： 单三拍（全步，Full Step）、 单双六拍（半步,Half Step） 双三拍等通电方式。 “单”、“双”、“拍”的意思是： “单”是指每次切换前后只有一相绕组通电； “双”就是指每次有两相绕相通电； 而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一“拍”
15°
2020/9/19
三相双三拍工作方式
按AB-BC-CA-AB或AC-CA-BC-AC相序循环通电。 步距角与三相单三拍工作方式相同也30°，运行稳定性
较前者好。
综上所述，可得出：
•通电频率提高，步进电动机的转速升高。 •每一循环中通电拍数越多，步距角减小。步进电动机 的转速降低。
2020/9/19
三相单三拍运行时，步距角 = 360/（3*40）= 3 三相六拍运行时，步距角 = 360/（3*2*40）= 1.5
当定子绕组按一定顺序不断轮流通电时，步进电机就持续不
断地旋转。如果脉冲的频率为f(Hz),步距角用弧度表示，则
步进电机的转速为：
2020/9/19
步进电动机的驱动
步进电机的控制
详细描述
位置控制是步进电机控制中的重要环节，通 过精确控制步进电机接受的脉冲数量，可以 实现对其位置的精确控制。在实际应用中， 通常采用闭环控制系统，通过编码器等位置 检测元件反馈电机的实际位置，然后控制器 根据反馈信息调整输入到电机的脉冲数量，
确保电机能够准确到达目标位置。
步进电机的力矩控制
要点一
THANKS
谢谢
步进电机的主要应用领域
步进电机广泛应用于自动化设备、机器人、打印机、医疗器械等领域。
在自动化设备中，步进电机可以用于控制机械臂的移动和定位；在打印机中，步 进电机可以控制打印头的移动；在医疗器械中，步进电机可用于控制手术刀具的 精确移动。
02
CHAPTER
步进电机控制系统
步进电机控制系统的组成
智能控制技术通过学习电机的运行特性和环 境因素，能够实现自适应调节和控制，进一 步提高步进电机的性能和响应速度。
网络化控制技术
总结词
网络化控制技术利用网络实现对步进电机的远程控制和 监控。
详细描述
网络化控制技术可以实现多电机之间的协同工作和远程 监控，提高生产效率和设备利用率，同时也方便实现设 备的集中管理和维护。
双电压驱动方式
总结词
提高步进精度
详细描述
双电压驱动方式通过两种不同的电源电压来控制电机的转动，可以在一定范围内提高步进精度。这种方式相对于 单电压驱动方式具有更好的控制效果，但电路设计较为复杂。
斩波驱动方式
总结词
减小振动，降低噪音
详细描述
斩波驱动方式通过周期性地调节电机绕组的输入电压来减小电机运转时的振动和噪音。这种方式可以 有效提高电机的平稳性和使用寿命，但电路设计较为复杂，成本较高。
02
步进电机常用控制方式
步进电机常用控制方式
步进电机常用的控制方式主要有以下几种：
1. 单步控制方式：基本的步进电机控制方式，通过控制电机的相序来控制电机的转动。
每次输入一个脉冲信号，电机就会转动一定的角度。
2. 微步控制方式：在单步控制的基础上发展而来，将每个步进电机的转动角度分成更小的步骤，从而实现更精细的控制。
通常情况下，微步控制方式可以将一个步进电机的转动角度分成200或400个微步。
3. 矢量控制方式：一种复杂的步进电机控制方式，通过控制电机的电流和电压来实现电机的转动，从而可以实现非常精细的转动控制。
4. 闭环控制方式：一种反馈控制方式，可以实时监测电机的转动状态，并根据监测结果来控制电机的转动。
这种方式可以大大提高电机的控制精度和稳定性。
5. 脉冲方向控制方式：一种简单的步进电机控制方式，通过控制电机的脉冲和方向信号来控制电机的转动。
这种方式通常用于一些简单的应用场景。
6. 全步进控制：最基本的控制方式，输入一个脉冲信号，步进电机的转子就转动一个基本角度步长，这可以实现高精度定位，但是转速受到限制，一般只能达到每秒几百步。
7. 半步进控制：输入一个脉冲信号，转子转动半个步长，这样每步脉冲实现更小的角度调整，转速可以提高一倍，达到每秒几千步，但精度也降低了一半。
请根据具体的使用环境和需求选择适合的控制方式。
如果需要更多关于步进电机控制的细节或更专业的解释，可以查阅相关文献或咨询专业人士。
《步进电机》课件
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步进电机的分类与特点
分类
根据相数可分为单相、两相、三 相和多相步进电机；根据结构可 分为反应式、永磁式和混合式步 进电机。
特点
步进电机具有较高的控制精度、 响应速度快、运行平稳、低噪音 等优点，广泛应用于各种自动化 设备和控制系统。
步进电机的发展历程与趋势
发展历程
步进电机最初由美国在上世纪初发明，经过近百年的发展，技术不断进步，性 能不断提升。
检查机械部分
检查电机机械部分是否有卡滞、松 动等现象，确保机械部分正常运行 。
步进电机的寿命与可靠性
正确使用
按照电机使用说明书正确 使用，避免超载、过热等 现象。
定期维护
按照维护计划定期对电机 进行维护，延长电机使用 寿命。
环境因素
注意电机运行环境，避免 高温、潮湿、腐蚀等恶劣 环境对电机寿命的影响。
在自动化生产线中，步进电机通常与PLC控制系统配合使用，实现生产线的自动化 控制和监控。
步进电机在机器人领域的应用
步进电机是机器人技术中的重要 组成部分，用于驱动机器人的关
节、手臂、腿部等运动部件。
步进电机能够实现机器人的灵活 运动和精确控制，提高机器人的
运动性能和工作效率。
在机器人领域中，步进电机通常 与伺服控制系统配合使用，实现 机器人的高精度控制和稳定运行
《步进电机》课件
目录
• 步进电机简介 • 步进电机的结构与组成 • 步进电机的驱动控制 • 步进电机的应用场景与案例 • 步进电机的维护与保养
01
步进电机简介
步进电机的定义与工作原理
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，通过控制输入 的脉冲数量和频率，实现电机的步进转动。
《控制步进电机》课件
contents
目录
• 步进电机简介 • 步进电机控制系统 • 步进电机驱动器 • 步进电机的控制策略 • 步进电机的应用案例
01
步进电机简介
步进电机的定义与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的执行元件。
工作原理：步进电机内部通常有多个相位的线圈，当给这些线圈按照一定的顺序 通电时，电机内部的转子会按照通电的顺序和方向进行旋转，从而输出旋转的机 械能。
03
步进电机驱动器
步进电机驱动器的种类与选择
种类
根据步进电机的工作原理和应用需求 ，步进电机驱动器可分为单极性驱动 器和双极性驱动器。
选择
选择合适的步进电机驱动器需要考虑 电机的规格、工作电压、电流以及控 制精度等因素。
步进电机驱动器的原理与工作方式
原理
步进电机驱动器通过控制脉冲信号的 频率和数量，来控制步进电机的转动 速度和角度。
步进电机在医疗器械中的应用
1 2
医疗设备驱动
步进电机在医疗器械中作为驱动部件，如医学影 像设备、手术机器人等。
高精度要求
步进电机的高定位精度和控制精度，满足医疗器 械对精确度的极高要求。
3
安全可靠性
步进电机稳定可靠的特性，确保医疗器械在使用 过程中的安全性和可靠性。
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04
步进电机的控制策略
步进电机的速度控制
速度控制
通过调节输入到步进电机的脉冲频率，可以控制步进电机的转速 。
动态响应
步进电机具有快速动态响应特性，能够实现高精度的速度控制。
调速范围
步进电机可以在较大的调速范围内实现平滑的速度调节。
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3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分 硬件环形分配器：
三相六拍环形分配器
Qn1 J nQn KnQn
3、步进电机的驱动
软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接 口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。 若要实现三相步进电动机的脉冲分配，需要三根 输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作 为脉冲分配的输出。
缺点是：大功率管的数量要 多用一倍，增加了驱动电源。
3、步进电机的功率放大器
i
In
3.斩波电路
o
t
电流波形下凹现象
多次电流检测后的电流波形
3、步进电机的功率放大器
4.细分电路 绕组电流不是一个方波,而是阶梯波,额定电流是台 阶式的投入或切除,电流分成多少个台阶,则转子就 以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细 分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。 因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制 精度较高的场合。
2、步进电动机结构与工作原理
结论： 1、错齿是步进电机旋转的原因 2、步进电机的各相的通电状态每改变一次，步进电机转 过一个步距角。 3、角位移——脉冲数 转速——脉冲频率 转向——脉冲顺序
3、步进电机的驱动
驱动电源的组成 ：脉冲分配器+功率放大电路
3、步进电机的驱动
脉冲分配器 当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C 的顺序循环产生脉冲。当方向电平为高时，脉冲 分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。 功率放大电路
—步距角
360 Zr m
Zr —转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数
2、步进电动机结构与工作原理
步进电机的转速 由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行 拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进 电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步 距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：
步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号 转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲， 步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。 特点: (1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。
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。
3、步进电机的功率放大器
步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲 放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。 由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组， 因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行 性能影响很大。 1.单电压驱动电路 2.高低压切换型驱动电路 3.斩波电路 4.细分电路
3、步进电机的功率放大器
1.单电压驱动电路
L－是电动机绕组 VT－开关晶体管 电阻R两端并联电容C，使电流上升 更快，所以，电容C又称为加速电容。 二极管V在晶体管VT截止时起续流 和保护作用，串联电阻使电流下降更 快，从而使绕组电流波形后沿变陡。
3、步进电机的功率放大器
2.高低压切换型驱动电路 高低压驱动线路的优点是： 功耗小，启动力矩大，突跳频 率和工作频率高。
2、步进电动机结构与工作原理
三相双三拍 按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两 相绕组同时通电。 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也 分为三拍。每拍转子转过30 (步距角)，一个通电循环周期(3 拍)转子转过90(齿距角)。
2、步进电动机结构与工作原理
实用步进电机的步距角多为3和1.5 。为了获得小步 距角，电机的定子、转子都做成多齿的。转子表面有40 个齿。
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)转过90°(一个齿距 角 )。
2、步进电动机结构与工作原理
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。
机电控制系统中的驱动元件 ------步进电机
控制系统对步进电动机的要求：
1.
步进电动机在电脉冲的控制下能迅速启动、 正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调 节； 要求步进电动机步矩小、步矩精度高，不得 丢步或越步； 动作迅速。即不仅启动、停步、反转快，并 能连续高速运转以提高劳动生产率； 输出转矩大，可直接带动负载。
2 f f 60 KmZ n 60 60 f 2 2 KmZ
2、步进电动机结构与工作原理
步进电动机的主要性能指标 1. 步距角。 脉冲当量、精度。 2.启动频率：在一定负载转矩下，电机正常启动不丢步、不 失步所能增加的最高控制频率。 3. 运行频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作时， 输入脉冲信号的最大频率。 4. 失调角：当转子带有负载力矩，在步进电机通电时转自 不能再和定子上的某极对齐，而是扭过一定的角度，是电 磁转矩与负载力矩相平衡，偏角为是失调角。
2、步进电动机结构与工作原理
给A相绕组通电时，转 子位置如图（a），转子齿 偏离定子齿一个角度。由 于励磁磁通力图沿磁阻最 小路径通过，因此对转子 产生电磁吸力，迫使转子 齿转动，当转子转到与定 子齿对齐位置时(图b)，因 转子只受径向力而无切线 力，故转矩为零，转子被 锁定在这个位置上。由此 可见：错齿是助使步进电 机旋转的根本原因。
2、步进电动机结构与工作原理
三相单三拍 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。
2、步进电动机结构与工作原理
三相单三拍 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。
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。
2、步进电动机结构与工作原理
三相六拍 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、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分 优缺点 硬件环形分配：I/O线少，速度高，专用集成电路 芯片； 软件环形分配：线路简化，灵活性大，成本低， I/O线多， 速度慢
3、步进电机的功率放大器
步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲 放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。 由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组， 因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行 性能影响很大。 1.单电压驱动电路 2.高低压切换型驱动电路 3.斩波电路 4.细分电路
2. 3. 4.
1、步进电机及其分类
步进电动机是一种将电脉冲信号具有一定方向、 大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动的机电执行元件。
步进电动机的分类： 力矩产生的原理：反应式、励磁式； 输出力矩大小：快速步进电机、功率式； 励磁
3、步进电机的功率放大器
驱动电路： 单电压：线路简单、功放元件少、成本低。耗能多。 高低压：线路复杂，功放元件多。电源功耗小。 斩波电路：消除电流波形下凹的现象，使电流维持
在额定值附近。
细分电路：步进电机的步距角减小，精度提高。
齿距角是9；定子仍是 6个磁极，但每个磁极表面加 工有五个和转子一样的齿。 应用：
步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘
图仪、机器人等。
2、步进电动机结构与工作原理
2、步进电动机结构与工作原理
步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所 转过的角度称为步距角。 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公 式：
将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电 动机的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出 转矩。
3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分
3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分
硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。 有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优 点。 软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组 成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难 以满足高速实时控制的要求。
2、步进电动机结构与工作原理
三相反应式步进电动机的 原理结构图如右图：
定子内圆周均匀分布着六 个磁极，磁极上有励磁绕 组，每两个相对的绕组组 成一相。转子有四个齿。 三相电机的运行方式： 三相单三拍 三相六拍 三相双三拍
2、步进电动机结构与工作原理
三相单三拍 A相绕组通电，B、C 相 不通电。由于在磁场作用 下，转子总是力图旋转到 磁阻最小的位置，故在这 种情况下，转子必然转到 左图所示位置：1、3齿与 A、A′极对齐。