步进电机的控制方式【文献综述】

文献综述

电气工程及自动化

步进电机的控制方式

摘要：首先对步进电机的概念做了简单的介绍，并且对步进电机的发展前景做了简要的描述。然后对步进电机的传统控制、PLC控制、DSP控制、ARM控制方式以及单片机控制做了系统的说明。重点描述了基于单片机的步进电机控制方式。

关键字：步进电机；单片机；控制

引言

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化非常简单，因此广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。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。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。

一．步进电机的发展前景

步进电动机经过几十年的发展，已成为除直流电动机和交流电动机以外的应用最广泛的第三类电动机。在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代它的产品，特别是在一些功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。

预计未来步进电机的研究还会持续深入下去，研究方向之一是电机和驱动的一体化，使步进电机体积更小巧、性能更优越，性价比更高，在大量的民用设备中批量化使用。

二．步进电机的控制方式

2.1传统方式的步进电机控制系统

在传统的步进电机控制方式中, 由控制器产生控制指令，环形分配器根据指令将输入的单一脉冲串，按工作方式和转向分别依次向连接到步进电机各相绕组的功率放大器分配脉冲，以便形成旋转磁场。

这种方式的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者很大的精力和劳动。接口信号的匹配以及元器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大。

2.2 基于PLC的步进电机控制系统

PLC是广泛应用于工业自动化领域的控制器，它的功能越来越强，性能越来越先进。为了配合步进电机的控制，许多PLC都内置了脉冲输出功能，并设置了相应的控制指令，可以很好地对步进电机进行控制。

步进电机的控制以开环控制居多，如果用旋转编码器做速度或位置反馈，结合PLC的高速脉冲计数功能就可实现闭环控制。

这种控制的优点是大大减少系统设计的工作量，没有各部分接口信号的匹配问题，提高系统的可靠性。PLC具有实时刷新技术，输出信号的频率可以达到数千赫兹或更高，使得脉冲分配能有很高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性

2.3 基于DSP的步进电机控制系统

基于DSP的步进电机控制系统是由正反转控制、转速调节、设定细分倍数等组成。采用专门为两相/四相步进电机设计的L298双全桥驱动芯片作为功率驱动芯片，实现对两相混合式步进电机的细分控制。由查表法生成两相电流，送入DSP的事件管理器的比较器，由此生成宽度不同的PWM脉冲来控制电机驱动芯片内模拟开关的开通和关断，最后达到控制电机两相电流的目的。

使用DSP来控制步进电机，由于DSP内嵌PWM模块，非常方便实现脉冲宽度规范化和运行频率可控，从而实现步进电机的微步进均匀旋转。使用DSP允许控制算法，可以很方便的应用。编码和调试过程都可以迅速执行。基于DSP的驱动，表现出良好的性能，它们可靠，精确，反应迅速。

2.4 基于ARM的步进电机控制系统

基于ARM的步进电机的控制系统由控制面板、ARM单片机、驱动电路、步进电机等组成。控制面板最为人机交互界面，通过与ARM的通信，实现对操作的监控功能；ARM单片机发出脉冲信号，由信号分配，功率放大驱动步进电机带动负载。

该步进电动机控制系统实现了对步进电机转速和转动距离的精确控制和监测，系统具有数据处理速度快，精度高，产品成本低，系统可靠性高等优点。整个系统性价比高，体积小，便携，用户界面友好，操作简单，维护方便。

2.5 基于单片机的步进电机控制系统

基于单片机的步进电机的控制系统主要由单片机、电动机驱动芯片、键盘，串口方式的共阳LED显示电路、电源和时钟电路等几个单元组成。

在控制系统的工作过程中，主要是通过键盘设定步进电机的工作方式（正反转）、加减速控制、恒速控制、正反转切换控制、起停控制。根据具体的工作情况计算出相应的脉冲频率，继而计算出定时器的初值，建立控制常数表。在具体控制中，主程序根据选定的工作方式不断地从控制常数表中取出速度参数送给定时器，即可实现相应的控制功能。

为了提高系统的抗干扰能力，有时候会在单

片机与步进电机之间增加一级光电隔离，使驱动步进电机的强电和单片机控制系统的弱电之间不会互相影响。

三．结论

使用单片机以软件方式驱动步进电机，不但可以通过编程方法，在一定范围内自由设定步进电机的转速、往返转动的角度以及转动次数等，而且还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态，以满足不同用户的要求。因此，常把单片机步进电机控制电路称之为可编程步进电机控制驱动器。步进电机控制(包括控制脉冲的产生和分配)使用软件方法，即用单片机实现，这样既简化了电路，也降低了成本。

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