步进电动机的控制
步进电动机的控制
1.工作原理 2.接线 3.控制方式 4.其他
一、步进电动机的简介
步进电动机（stepping motor)是将电脉冲激励 信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制 电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一 步，所以又称脉冲电动机。 urage the signal for the electric pulses to the displacement or the displacement of discrete values control motors, motor when entering a electric pulses will move a step, also called a pulse the motor.
由上述分析可知,要使磁阻式步进电机具有工作能力,最起码的条件是定子极分度 角不能被齿距角整除,且应满足下列方程: 极分度角/齿距角= R + k· 1/m 进一步化简得齿数z: z = q (mR + k) (2-3) 式中:m──相数; q──每相的极数; k──≤ (m - 1)的正整数; R──正整数,为0、1、2、3……。 按选定的相数和不同的极数,由上式就可推算出转子齿数。 因为三相双三拍步进电机不易失步,控制精度比较高,所以本文对三相双三拍步 进电机进行控制,定子有三对磁极,运行时两相同时通电,循环带动转子转动。 4、转速控制 控制步进电机的运行速度,实际上是控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周 期,即在升速过程中,使脉冲的输出频率逐渐增加;在减速过程中,使脉冲的输出频 率逐渐减少。脉冲信号的频率可以用软件延时和硬件中断两种方法来确定。 采用软件延时,一般是根据所需的时间常数来设计一个子程序,该程序包含一定 的指令,设计者要对这些指令的执行时间进行严密的计算或者精确的测试,以便确 定延时时间是否符合要求。每当延时子程序结束后,可以执行下面的操作,也可用 输出指令输出一个信号作为定时输出。采用软件定时, CPU一直被占用,因此CPU 利用率低。 可编程的硬件定时器直接对系统时钟脉冲或某一固定频率的时钟脉冲进行计 数,计数值则由编程决定。当计数到预定的脉冲数时,产生中断信号,得到所需的延 时时间或定时间隔。由于计数的初始值由编程决定,因而在不改动硬件的情况下, 只通过程序变化即可满足不同的定时和计数要求,因此使用很方便。
步进电机的控制原理
步进电机的基本原理步进电机的一般介绍：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
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。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
步进电机的一些基本参数：电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。
步进电机的控制原理
步进电机的控制原理步进电机是一种高精度的电动执行器，具有定位准确、不需反馈器和转矩、速度和位置控制的特点，广泛用于数码设备、计算机和机器人控制等领域。
步进电机的控制原理包括三部分：输入信号、驱动电路和电机转动。
一、输入信号步进电机的输入信号有两种：脉冲信号和方向信号。
脉冲信号是由控制器发送给驱动电路的，用来控制电机的转动步数和速度。
步进电机的每一步运动需要一定的脉冲信号，具体步数由控制器编程决定。
方向信号则表示电机转动的正、反方向，一般由控制器通过电平高低来控制。
输入信号是步进电机运动的基础，只有正确的输入信号才能实现精准控制。
二、驱动电路步进电机的控制需要依赖驱动电路，一般为双H桥驱动电路。
它能够根据输入信号的变化，控制步进电机的相序和电流大小，从而实现电机的精准控制。
驱动电路是整个控制系统的核心部分，不同类型的步进电机需要不同的驱动方式，因此制定相应的驱动电路是十分重要的。
三、电机转动步进电机的转动是由驱动电路提供的电流产生的磁场、轴承和转子间的相互作用实现的。
不同类型的步进电机其转动的方式也不同，如单相、两相、五相、六相等。
不同类型的步进电机也需要不同的驱动方式，否则会导致控制不准确或失步。
综上所述，步进电机的控制原理需要在三个方面进行开展：输入信号、驱动电路和电机转动。
只有以正确的方式输入信号，配合正确的驱动电路和电机类型，才能实现精准的电机控制。
在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择不同类型的步进电机和相应的控制方式，以实现最优控制效果。
步进电机的开环控制和闭环控制
步进电机的开环控制和闭环控制一、步进电机的开环掌握1、步进电机开环伺服系统的一般构成图1 步进电机开环伺服系统步进电动机的电枢通断电次数和各相通电挨次打算了输出角位移和运动方向，掌握脉冲安排频率可实现步进电动机的速度掌握。
因此，步进电机掌握系统一般采纳开环掌握方式。
图为开环步进电动机掌握系统框图，系统主要由掌握器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的掌握器1、步进电机的硬件掌握步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要掌握肯定的脉冲数，即可精确掌握步进电动机转过的相应的角度。
但步进电动机的各绕组必需按肯定的挨次通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电挨次按输入脉冲的掌握而循环变化的过程称为环形脉冲安排。
实现环形安排的方法有两种。
一种是计算机软件安排，采纳查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满意速度和方向要求的环形安排脉冲信号。
这种方法能充分利用计算机软件资源，以削减硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲安排更显示出它的优点。
但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。
另一种是硬件环形安排，采纳数字电路搭建或专用的环形安排器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。
采纳数字电路搭建的环形安排器通常由分立元件（如触发器、规律门等）构成，特点是体积大、成本高、牢靠性差。
2、步进电机的微机掌握：目前，伺服系统的数字掌握大都是采纳硬件与软件相结合的掌握方式，其中软件掌握方式一般是利用微机实现的。
这是由于基于微机实现的数字伺服掌握器与模拟伺服掌握器相比，具有下列优点：（1）能明显地降低掌握器硬件成本。
速度更快、功能更新的新一代微处理机不断涌现，硬件费用会变得很廉价。
体积小、重量轻、耗能少是它们的共同优点。
（2）可显著改善掌握的牢靠性。
集成电路和大规模集成电路的平均无故障时（MTBF）大大长于分立元件电子电路。
（3）数字电路温度漂移小，也不存在参数的影响，稳定性好。
第3章 步进电动机的控制
步进电动机特点
电动机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲频率成正比； 转向与通电相序有关。当它转一周后，没有累积误差，具有良好的跟 随性。 由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价， 又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控 系统。 步进电动机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。 步进电动机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相 应的措施。 步进电动机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。
小步距角步进电动机
若步进电动机通电的脉冲频率为ƒ(脉冲数/秒)，步距角用弧度表示，则 步进电动机的转速
2π f 60 θb 60 f Kmz = n= f 60 = 2π 2π Kmz
(r/min)
由上式可知，步进电动机在一定脉冲频率下，电动机的相数和转子齿数 越多，转速就越低。而且相数越多，驱动电源也越复杂，成本也就越高。
• 转子本身没有励磁绕组的称为“反应式”步进电动机 • 用永久磁铁做转子的称为“永磁式”步进电动机。
目前以反应式步进电动机用得较多。
单段式三相反应式步进电动机的结构
磁极按照定子径向排列，径向分相式； 磁极按照定子径向排列，径向分相式； 电机的定子上有六个均布的磁极， 电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角 是60º。 60 。 定子磁极数为相数的两倍，即2p=2m； 定子磁极数为相数的两倍， 2p=2m； 每个磁极上都装有控制绕组，并接成m 每个磁极上都装有控制绕组，并接成m相； 转子上均布40个小齿。 转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距 40个小齿 为360º/40=9 360 /40=9º /40=9 定子每个磁极的极弧上也有5个小齿， 定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定 子和转子的齿距和齿宽均相同
第3章步进电动机的控制
升速 恒速 减速 低速
起点
终点
（时间） t
图3-24
点、位控制中的加减速控制
15
变速控制的方法有：
改变控制方式的变速控制：最简单的变速控制可利用改变步进电 机的控制方式实现。例如：对于三相步进电机系统，启动或停止时 用三相六拍，大约0.1s以后，改用三相三拍，快到达终点时再采用 三相六拍，以达到减速控制的目的。 均匀地改变脉冲时间间隔的变速控制：步进电机的加速（或减速） 控制，可以用均匀地改变脉冲时间间隔来实现。 采用定时器的变速控制：单片机控制系统中，用单片机内部的定 时器来提供延时时间。方法是将定时器初始化后，每隔一定的时间， 由定时器向CPU申请一次中断，CPU响应中断后，便发出一次控制脉 冲。此时只要均匀地改变定时器时间常数，即可达到均匀加速（或 减速）的目的。这种方法可以提高控制系统的效率。
脉冲 方向控制
步进控制器
功率放大器
步进电机
负载
图3-19 步进电机控制系统的组成
2
随着电子技术的发展，除功率驱动电路之外，其它硬件电路均可由软 件实现。采用计算机控制系统，由软件代替步进控制器，不仅简化了 线路，降低了成本而且可靠性也大为提高，同时，根据系统的需要可 灵活改变步进电机的控制方案，使用起来很方便。典型的微型机控制 步进电机系统原理图如图3-20所示。 使用微型机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。 步 进 电 机
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二、步进电动机的闭环控制
在开环步进电动机系统中，电动机的输出转矩在很大程度上取决于驱 动电源和控制方式。对于不同的步进电动机或同一种步进电动机而不 同负载，励磁电流和失调角发生改变，输出转矩都会随之发生改变， 很难找到通用的控速规律，因此，也很难提高步进电机的技术指标。 闭环系统是直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适 当处理自动给出驱动脉冲串。因此采用闭环控制可以获得更精确的位 置控制和更高、更平稳的转速，从而提高步进电动机的性能指标。 步进电动机的输出转矩是励磁电流和失调角的函数。为了获得较高的 输出转矩，必须考虑到电流的变化和失调角的大小，这对于开环控制 来说是很难实现的。
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。
PLC控制步进电机的应用案例
P L C控制步进电机的应用案例1（利用P L S Y指令）任务：利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。
控制要求：利用PLC 控制步进电机顺时针2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。
1、系统接线PLC控制旋转步进驱动器，系统选择/转，设置成N细分后，则1000脉冲/转。
Y1输出，Y3[S1.]用来指定脉冲频率（2~20000Hz），[S2.]指定脉冲的个数（16位指令的范围为1~32767，32位指令则为1~2147483647）。
如果指定脉冲数为0，则产生无穷多个脉冲。
指定脉冲输出完成后，完成标志M8029置1。
如上图所示，当X10由ON变为OFF时，M8029复位，停止输出脉冲。
若X10再次变为ON则脉冲从头开始输出。
注意：PLSY指令在程序中只能使用一次，适用于晶体管输出类型的PLC。
6、控制流程图7、梯形图程序（参考）8、制作触摸屏画面PLC控制步进电机的应用案例2（利用定时器T246产生脉冲）任务：利用步进电机驱动器可以通过PLC端的On和Off就能决定电机的正传或者反转；步进驱动器的其中一个。
Y2；PLC的COM1——GND；B绕组X0X4—频率增加，X5—频率4、制作触摸屏画面PLC控制步进电机的应用案例3（利用FX2N-1PG产生脉冲）任务：应用定位脉冲输出模块FX2N-1PG，通过步进驱动系统对机器人左右、旋转、上下运动进行定位控制。
控制要求：正向运行速度为1000Hz，连续输出正向脉冲，加减速时间为100ms，1、系统接线系统选择外部连接方式。
PLC通过FX2N-1PG控制左右、旋转、上下步进驱动器的其中一个。
VIN端、CP+端、U/D+端——+24VDC； CP-——FP；U/D-——Y4；PLC的COM1端、FX2N-1PG的COM0端——GNDA、A-——电机A绕组；B、B-2、I/O分配。
步进电机控制方法
步进电机控制方法
步进电机是一种常用的电动机，它通过控制电流脉冲的频率和方向来实现旋转运动。
下面将介绍几种常见的步进电机控制方法。
1. 单脉冲控制：这种方法简单直接，通过给步进电机施加一个脉冲信号来控制其步进角度，每个脉冲代表一个步进角度。
但是由于只控制脉冲的频率和方向，无法准确控制电机的位置。
2. 双脉冲控制：这种方法在单脉冲控制的基础上，加入了一个脉冲信号来标记零点位置。
通过控制脉冲信号的频率和方向，可以实现步进电机的精准定位。
但是双脉冲控制需要额外的硬件电路支持，复杂性较高。
3. 微步进控制：微步进控制是一种更加精细的步进电机控制方法。
它通过改变脉冲信号的宽度和相位来控制电机的旋转角度，可以实现更高的分辨率和平滑的运动。
但是微步进控制需要更复杂的电路和算法支持。
除了以上几种常见的步进电机控制方法外，还有其他的一些高级控制方法，如闭环控制、矢量控制等，用于实现更精确的控制效果。
具体选择哪种控制方法，可以根据实际应用需求和成本考虑。
步进电机矢量控制原理
步进电机矢量控制原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：步进电机是一种特殊的直流电机，其运动是以一步（一个固定的角度）为单位进行的。
步进电机矢量控制原理是通过控制步进电机的两相电流大小和方向来实现电机的精确定位和运动控制。
步进电机矢量控制原理的技术要求较高，但在许多需要高精度定位控制的应用中非常重要。
一、步进电机的基本原理步进电机有多种类型，包括单相、双相、三相等。
双相步进电机是应用最广泛的一种类型。
双相步进电机有4根导线，即两个相的导线各2根，通过对这4根导线的电流进行控制可以实现步进电机的运动。
1. 步进电机的矢量控制方法：步进电机的运动是通过对其两相电流的控制来实现的。
传统的步进电机控制方法是单相控制和两相控制，即对两个相中的一个或两个电流进行控制，来实现电机的旋转。
而矢量控制方法则是通过对两相电流的大小和方向进行精确的控制，来实现电机的精确定位和运动控制。
通过矢量控制方法，可以实现电机的高速、高精度运动，并且可以提高电机的效率和性能。
步进电机的矢量控制原理是基于电磁场的变化来实现电机的精确控制。
电机的定子上有一组定子绕组，即电流通入的绕组，电机的转子上有一组转子绕组，即电流感应的绕组。
通过控制定子绕组和转子绕组中的电流大小和方向，可以控制电机的磁场分布和磁力大小，从而实现电机的定位和运动控制。
步进电机的矢量控制原理是基于对电机磁场的控制来实现的，具体可以通过以下几个步骤来实现：（1）确定电机的运动轨迹和速度要求；（2）根据运动要求计算电机的磁场需求，即控制电流的大小和方向；（3）通过电机驱动器对电机的两相电流进行控制，控制电机的磁场大小和方向；（4）通过编码器等反馈设备实时监测电机的位置信息，对电机的磁场进行实时调整，实现电机的精确定位和运动控制。
三、步进电机矢量控制的应用领域步进电机的矢量控制原理在许多领域具有重要的应用价值，尤其是在需要高精度定位和运动控制的领域。
1. 工业自动化领域：在工业自动化领域，步进电机矢量控制可以应用于各种运动控制系统，如数控机床、印刷设备、包装机械等。
步进电动机正反转控制方法
步进电动机正反转控制方法
步进电动机是一种可编程的电机驱动器，可以通过控制其步进序列来实现精确的控制。
步进电动机的正反转是一个重要的功能，以下是实现步进电动机正反转的一些方法:
1. 使用两个不同的控制信号来控制步进电动机的正反转。
这种方法需要使用两个不同的控制信号，一个用于正转，另一个用于反转。
在控制电路中，需要将两个信号进行切换，以实现步进电动机的正反转。
2. 使用一个控制信号，通过控制步进电动机的步进序列来实现反转。
这种方法需要使用一个控制信号，将其与步进电动机的步进序列进行关联，以实现反转。
例如，当控制信号为高电平时，步进电动机会正向旋转;当控制信号为低电平时，步进电动机会反向旋转。
3. 使用反转开关来控制步进电动机的正反转。
这种方法需要使用一个反转开关，将其设置为“开”或“关”,以控制步进电动机的正反转。
在控制电路中，需要将反转开关的信号与步进电动机的控制信号进行关联，以实现反转。
以上是三种常见的实现步进电动机正反转的方法。
每种方法都有其优缺点，具体选择哪种方法取决于具体的应用场景和需求。
例如，使用两个不同的控制信号来控制步进电动机的正反转方法可以提供更精确的控制，但需要更多的电路和元件;使用反转开关来控制步进电动机的正反转方法则更为简单，但无法控制步进电动机的精确旋转方向。
PLC控制步进电动机运行案例
PLC控制步进电动机运行案例PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制系统的工业电子设备，通过程序控制各种工业设备的运行和逻辑控制。
步进电动机是一种精密控制的电动机，可以根据脉冲信号的输入旋转指定的角度。
本文将介绍如何使用PLC控制步进电动机的运行，并给出一个实际的案例。
1.系统设计：要实现PLC控制步进电动机运行，首先需要设计一个系统，包括PLC 控制器、步进电动机、电源和传感器等。
PLC将通过编程控制步进电动机的旋转方向、速度和位置，从而实现精确的运动控制。
2.PLC编程：在PLC编程软件中，我们首先需要设置输入和输出点，用于连接步进电动机和传感器。
然后编写程序，通过控制输出点发送脉冲信号控制步进电动机的旋转。
例如，我们可以设计一个简单的程序，使步进电动机按照固定的角度旋转，然后停止。
步骤如下：1）设置输入点：连接PLC与步进电动机的控制信号线，用于接收启动和停止信号。
2）设置输出点：连接PLC与步进电动机的脉冲信号线，用于控制步进电动机的旋转方向和速度。
3）编写程序：在PLC编程软件中编写程序，设置脉冲信号的频率和方向，控制步进电动机按照指定的角度旋转。
4）调试程序：在调试模式下测试程序，验证步进电动机是否按照设计的参数正确运行。
3.实际案例：假设我们要控制一个步进电动机旋转180度，然后停止。
以下是一个简单的PLC程序示例：1）设置输入点I0为启动信号，输入点I1为停止信号；2）设置输出点Y0为脉冲信号控制步进电动机的旋转；3）编写程序如下：```LDI0OUTY0DELAY1000OUTY0NOP```4）启动程序后，PLC将检测I0信号，如果为高电平（启动信号），则输出Y0脉冲信号控制步进电动机旋转180度；然后延迟1秒后，停止输出脉冲信号，步进电动机停止旋转。
通过以上案例，我们可以看到如何使用PLC控制步进电动机的运行。
PLC具有灵活的编程功能和稳定的性能，可以实现精确的运动控制和自动化生产。
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。
步进电机的精确控制方法研究
步进电机的精确控制方法研究步进电机是一种将脉冲输入转化为旋转运动的电动机。
它具有精确位置控制的优势，广泛应用于数控机床、印刷设备、纺织设备等领域。
本文将研究步进电机的精确控制方法。
首先，步进电机的精确控制方法可以从两个方面入手：开环控制和闭环控制。
开环控制是指通过给定脉冲数控制步进电机的旋转角度，但无法实时检测和修正位置偏差。
闭环控制则通过添加位置传感器和反馈控制系统，实现对步进电机的精确位置控制。
在开环控制方法中，可以使用以下几种策略来提高步进电机的精确度：1.采用高分辨率的脉冲信号：通过提高脉冲信号的分辨率，可以使步进电机的旋转角度更加精确。
2.采用微步驱动技术：微步驱动技术可以将一个脉冲细分为多个微步，从而实现对步进电机更加精细的控制。
常见的微步驱动技术有1/2步、1/4步和1/8步等。
3.降低负载惯性：负载惯性对步进电机的转动精度有很大影响。
通过减小负载惯性，可以提高步进电机的转动精度。
而闭环控制方法则通过反馈控制系统对步进电机的位置进行实时监测和修正，从而实现更加精确的位置控制。
闭环控制方法可以采用以下几种方式：1.采用位置传感器：可以使用编码器或霍尔传感器等位置传感器来实时监测步进电机的转动角度，从而获得实际位置与期望位置之间的误差。
2.使用PID控制算法：PID控制算法是一种常用的闭环控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数，可以快速、稳定地修正步进电机的位置偏差。
3.采用模型预测控制（MPC）：模型预测控制是一种优化控制算法，通过建立步进电机的数学模型，预测未来的位置偏差，并采取相应的控制策略来修正偏差。
总之，步进电机的精确控制方法可以通过开环控制和闭环控制两种方式实现。
开环控制方法适用于对精度要求不高的应用场景，而闭环控制方法则适用于对位置精度要求较高的场景。
根据具体应用需求，可以选择合适的控制方法来实现步进电机的精确控制。
步进电机的转速控制方法
步进电机的转速控制方法
步进电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于数码打印机、机床、自动化设备等领域。
对于步进电机的转速控制，有以下几种常见的方法：
1. 定时脉冲控制方法：这是最基本的控制方法。
通过控制脉冲信号的频率和占空比来控制步进电机的转速。
提高脉冲频率可加快转速，而改变占空比则可调节转速。
2. 微步驱动控制方法：与定时脉冲控制方法相比，微步驱动控制方法能够实现更细腻的转速控制。
通过在控制信号中加入多个微步信号，可以使步进电机每转动一个脉冲角度时细分为更小的角度，从而实现更加精确的转速控制。
3. 闭环控制方法：闭环控制方法通过在步进电机系统中添加编码器或位置传感器等反馈装置，实时监测步进电机的位置，并与期望位置进行比较，通过调整驱动信号来控制步进电机的转速。
闭环控制方法可以更加精确地控制转速，并在负载变化时实现自适应调整。
4. 软件控制方法：通过控制步进电机驱动器上的软件或编程方式，实现转速的控制。
例如，使用PLC（可编程逻辑控制器）或单片机编程，通过改变输出信号来控制步进电机的转速。
需要注意的是，步进电机的最大转速与驱动器的工作电压、负载情况、驱动电流等因素有关，因此在实际应用中需要综合考虑这些因素，并选择合适的转速控制方法来满足实际需求。
第三章步进电动机的控制
2、静特性：
静特性是指在稳定状态（通电状态不变，转子保持不动的定 位状态）时的特征，包括静转距、距角特性及静态稳定区。
A）静转距：电动机处于稳定状态下的电磁转距。它是绕组 内电流与失调角的函数。
在稳定状态下，若无负载，转子齿与定子齿对齐，处于初始 平衡状态，电磁转矩为0。若在转子加一负载转距，转子齿 要偏离初始位置，转过一个角度θ，这时定转子之间产生的 电磁转矩，此转矩克服负载转矩达到平衡，转子停在一个新 的平衡点，这时电动机的电磁转距即为静态转矩。
初始状态
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
A
B' 4 C'
31
C 2B
A'
3.1.2 步进电动机分类
反应式(磁阻式) 永磁式 分类方法很多，按工作原理可分为： 电磁式 混合式(永磁感应式) ★反应式步进电机的转子用硅钢片叠成，其上没有励磁线 圈，结构和原理简单。 ★电磁式步进电机的转子上有励磁线圈。 ★混合式步进电动机转子为永磁材料，在同样的励磁电流 下，可以产生更大的转矩，效率高，电流小，发热低。
组轮流励磁，利用电磁铁原理，每来一个电脉冲，电 机转动一个角度，将脉冲信号转换成角位移。
IA
A B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电， A 方向的磁通经转子形成 闭合回路。磁力线力图走磁阻最小的 路径，若转子和磁场轴线方向原有一 定角度，则在磁场的作用下，转子被 磁化吸引，使转、定子的齿对齐，使 得通电相磁路的磁阻最小。
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转子齿2、4和定子磁极B、B’对齐，在电磁力矩的作用下使转子沿逆时针方向转 过30°，图(b)；C相通电，A、B相断电，又使转子齿1、3和定子磁极C、C'对 齐，在电磁力矩的作用下使转子再沿着逆时针方向转过30°，图(C)。若使定子 绕组按A-B-C-A……的顺序通电，则步进电机转子便不停地沿逆时针方向转动。 如果定子绕组的通电顺序为A-C-B-A……则步进电机转子沿顺时针方向转动。
（一）反应式步进电机的结构
1.单段（径向式）三相反应式步进电机的结构原理图
主要由定子和转子两部分组成。
• 定子铁芯由硅钢片叠压而成，定子上有六 个均匀分布的极，每两个为一对。定子绕 组是绕置在定子上的六个均匀分布铁芯齿 上的线圈，它把沿直径方向上相对的两个 齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕 组。图中所示的步进电机为A、B、C三相 控制绕组，故称为三相步进电机。当任一 相绕组通电时，便形成一对定子磁极，即 形成N、S极。 在定子的每个磁极上，即定子铁芯的每 个齿上又开了五个小齿，齿槽等宽，齿间 夹角为9°，在空间位置上依次错开1/3齿 距其展开图如图所示。
磁力线：外边是从N极指向S极。
三相单三拍工作方式从一相绕组的通电或断电切换到另一相，因此，切换期间容易使电机产生失步。
此外，由单一绕组通电吸引转子，也容易使转子在平衡位置附近产 生振荡，运行的稳定性较差，所以很少采用。
• 三相双三拍工作方式：为了克服以上不足，通常将其改为三相双三拍通电 方式，即按AB-BC-CA-AB……方式通电，可使电机正转；反之按ABAC-BC-AB……方式通电，可使电机反转。这种工作方式每个通电状态均 为两相绕组同时通电，且相邻的两个工作节拍中总有一相保持通电的状态 不变，因此，可避免三相单三拍工作方式的失步和低频振荡等现象。三相 双三拍工作方式下，每改变一次通电状态可使步进电机旋转30°。
一、步进电动机的种类
1.按运动方式来分：分为旋转运动、直线运动、平面运动（印刷绕组式）和 滚切运动式步进电机。 2.按工作原理来分：分为反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁感应式 （混合式）步进电机。 3.按其工作方式来分：分为功率式和伺服式。前者输出转矩较大，能直接带 动较大的负载；后者输出转矩较小，只能带动较小的负载，对于大负载需通 过液压放大元件来传动。 4.按结构来分：分为单段式（径向式）、多段式（轴向式）、印刷绕组式。 5.按相数来分：分为三相、四相、五相、六相等。 6.按使用频率来分：分为高频步进电机和低频步进电机。
图3-1 单段式反应式步进电动机 结构原理图
• 转子是一个带齿的铁芯，转子上没有绕组，转子上均匀分布了40 个小齿，齿槽等宽，齿间夹角也是9°，与定子磁极上的小齿一致。 当定子A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，定子B相磁极上 的小齿刚好超前(或滞后)转子小齿1/3齿距角，定子C相磁极上的 小齿超前(或滞后)转子小齿2/3齿距角。
不同类型步进电机其工作原理、驱动装置也不完全一样，但其工作过程基 本是相同的。
二、步进电动机的工作原理
➢ 步进电动机的工作原理是基于电磁感 应原理。
➢ 步进电动机和一般旋转电动机一样， 分为定子和转子两大部分。
定子由硅钢片叠成，配以一定相数 的控制绕组，输入电脉冲对多相定子绕 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 的称为“反应式”步进电动机；用永久 磁铁做转子的称为“永磁式”步进电动 机；兼有永磁式和反应式两种步进电机 的特点，称为混合式步进电机。目前以 反应式步进电动机用得较多。
步进电机A相通电状态
10
2.单段三相反应式步进电机的工作原理（近似于电磁铁的工作原理）
要点：磁力线力图走磁阻最小的路径，从而产生反应力矩； 各相定子齿之间彼此错开1/m齿距，m为相数，这里m=3。
三相单三拍工作方式：如图转子上有四个均匀分布的齿1、2、3、4。当A相通 电，B、C都不通电，因磁通总是要沿着磁阻最少的路径闭合，将使转子齿1、3
内容提要
第1节 步进电动机的工作原理及驱动方法 第2节 步进电动机的开、闭环控制 第3节 步进电动机的最佳点-位控制 第4节 步进电动机控制的程序设计
引言
➢ 步进电动机主要用于开环控制系统，也可以用于闭环控制系统。
➢ 由于它可以直接接收计算机输出的数字信号，而不需要进行数/模转换， 所以广泛应用于数字控制系统。
➢ 步进电机角位移与控制脉冲间精确同步，若将角位移的改变转变为线性 位移、位置、体积、流量等物理量的变化，便可实现对它们的控制。 （例如，在机械结构中，可以用丝杠把角度变成直线位移，也可以用它 带动螺旋定位器，调节电压和电流，实现对执行机构的控制。）
➢ 步进电动机具有快速启停、精确步进的特点，使其在定位场合中得到了 广泛的应用。(如绘图机、打印机及光学仪器中，采用步进电动机来定 位绘图笔、印字头或光学镜头。在工业过程控制的位置控制系统中应用 也越来越广泛。)
第1节 步进电动机的工作原理及驱动方法
• 步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直 线位移的机电执行元件。相当于一个数字/角度转换器，也 是一个串行的数/模转换器。输入一个电脉冲，电动机就转 动一个固定的角度，称为“一步”，这个固定的角度称为 步距角。
• 控制信号是脉冲电压、电流，所以有时也称为脉冲电动机 或电脉冲马达。
步进电动机有如下特点：
1. 电机输出轴的角位移与输入脉冲数成正比；转速与脉冲 频率成正比；转向与通电相序有关。没有累积误差，具有良 好的跟随性。
2. 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、 廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高 性能的闭环数控系统。
3. 步进电机的动态响应快，易于起停、正反转、变速。 4. 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械 负载采取相应的措施。 5. 步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较 差。