步进电机及其驱动
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可以通过以下几点来解释：
1. 电磁驱动：步进电机内部通常包含多个线圈，每个线圈都有一对电极。
通过交替通电来激励这些线圈，可以产生磁场。
这个磁场与固定磁铁或其他线圈的磁场相互作用，从而使电机转动。
2. 步进角度：步进电机的转动一般是围绕其轴心以一定的步进角度进行的。
这个步进角度是由电机的结构和驱动信号决定的。
常见的步进角度有1.8度、0.9度、0.72度等。
通过适当的电
流驱动和控制信号，可以实现电机按照这些角度进行准确的转动。
3. 控制信号：步进电机一般需要外部的电流驱动器或控制器来提供适当的电流和控制信号。
这些控制信号通常是脉冲信号，通过改变脉冲的频率、宽度和方向，可以控制电机的转动速度和方向。
4. 开环控制：步进电机的控制通常是开环控制，即没有反馈回路来监测电机的实际位置和速度。
控制信号是基于预先设定的脉冲数目和频率来驱动电机的。
因此，步进电机在运行过程中可能存在累积误差，特别是在高速运动或长时间运行的情况下。
总而言之，步进电机的驱动原理是通过控制电流、改变磁场以及控制信号的脉冲，实现电机按照设定的步进角度进行准确转动的过程。
步进电机与驱动器工作原理
步进电机与驱动器工作原理
步进电机是一种可以将电脉冲信号转换为角位移的电动机。
其工作原理基于电磁感应的原理，包括了转子、定子和电磁线圈。
步进电机的转子通常是圆形，并包含有多个永磁体，被称为极。
定子通常由电磁线圈构成，线圈被排列成一定的几何形状，可以是单相（两个线圈）或多相（多个线圈）。
当从电源中提供适当的电流到定子线圈时，线圈会产生磁场。
步进电机的工作通过改变线圈中的电流来实现。
当电流通过一个定子线圈时，产生的磁场将吸引转子靠近该线圈的磁极。
然后，电流在另一个定子线圈上开启，而前一个线圈则关闭。
这种轮流切换的过程会导致转子在一个方向上旋转一定的角度。
为了更精确地控制步进电机的角位移，通常使用驱动器来提供适当的电流和脉冲信号。
驱动器通过控制电流的大小和方向，以及相应的脉冲信号来实现步进电机的精确运动。
总的来说，步进电机的工作原理是基于电磁感应，通过改变电流和磁场的组合来实现转子的角位移。
驱动器则负责控制电流和提供脉冲信号，以实现步进电机的精确控制。
步进电机和驱动常见故障分析和处置
合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电 流
是：35VDC，10mA≤I≤200mA，电阻性负载。如用该继电器，要把他串 联
到CNC旳某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部24VDC经过 继
T
0
图10 步进电机矩角特征
（三）开启惯频特征
在负载转矩ML=0旳条件下，步进电动机由静止状态忽然开启，不丢步地进入正常 运营状态所允许旳最高开启频率，称为开启频率或突跳频率，超出此值就不能正
常开启。开启频率与机械系统旳转动惯量有关，涉及步进电动机转子旳转动惯量，
加上其他运动部件折算至步进电动机轴上旳转动惯量。下图表达开启频率与负载
（四）. 电机运转不规则，正反转地摇晃
1. 指令脉冲频率与电机发生共振； 2. 外部干扰。
（五）. 电机定位不准
1. 加减速时间太小； 2. 存在干扰噪声； 3. 系统屏蔽不良。
（六） . 电机过热：
1. 工作环境过于恶劣，环境温度过高； 2. 参数选择不当，如电流过大，超出相电流； 3. 电压过高。
其中 Z-转子齿数，N-运营拍数。
步进电机每走一步，转子实际旳角位移与设计旳步距角存在有步距 误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回 至上一转旳稳定位置，所以步进电机步距旳误差不会长久积累。步进 电机步距旳积累误差，是指一转范围内步距积累误差旳最大值，步距 误差和积累误差一般用度、分或者步距角旳百分比表达。影响步距误 差和积累误差旳主要原因有: 齿与磁极旳分度精度；铁心迭压及装配 精度；各相矩角特征之间差别旳大小；气隙旳不均匀程度等。
步进电机及驱动常见故障分析与处理
同给出的两种定义名称。
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四. 步进电机的主要特性：
（一） 步距角和步距误差：
转子每步转过的空间机械角度，即步距角β为 β=360°/Z*N
混合式步进电机结合了反应式步进电机和永磁式步进电机的优点， 采用永久磁铁提高电动机的转矩，采用细密的极齿来减小步距角， 是目前数控机床上应用最多的步进电动机。
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按步进电动机输出转矩的大小可分为：
1. 快速步进电动机 2. 功率步进电动机
快速步进电动机连续工作频率高，而输出转矩小。功率步进电动机的 输出转矩比较大，数控机床一般采用功率步进电动机。
从电流的极性上可分为: 1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机
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从控制绕组数量上可分为:
1.二相步进电机; 2.三相步进电机; 3.四相步进电机; 4.五相步进电机; 5.六相步进电机；
从运动的型式上可分为：
1.旋转步进电机。 2.直线步进电机。 3.平面步进电机。
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三.步进电机的驱动电路、控制方式及接线图 （一）. 驱动电路：
其中 Z-转子齿数，N-运行拍数。
步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距 误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回 至上一转的稳定位置，因此步进电机步距的误差不会长期积累。步进 电机步距的积累误差，是指一转范围内步距积累误差的最大值，步距 误差和积累误差通常用度、分或者步距角的百分比表示。影响步距误 差和积累误差的主要因素有: 齿与磁极的分度精度；铁心迭压及装配 精度；各相矩角特性之间差别的大小；气隙的不均匀程度等。
步进电机及驱动常见故障分析与处理
驱动器噪音
总结词
驱动器噪音表现为电机在运行过 程中发出异常声响，可能是由于 电机内部元件损坏、电机安装不 良等原因引起的。
详细描述
在处理噪音故障时，应先检查电 机内部元件是否正常，再检查电 机安装是否牢固，最后检查电机 运行参数是否正常。
03
步进电机及驱动故障处理 方法
电机失步处理方法
总结词
电机失步是指电机运行过程中出现步数丢失的现象，可能是由于驱动器故障、电机本身问题或控制信 号问题等原因导致。
步进电机及驱动常见 故障分析与处理
目录
• 步进电机常见故障分析 • 步进电机驱动器常见故障分析 • 步进电机及驱动故障处理方法 • 步进电机驱动器故障处理方法 • 预防性维护和保养建议
01
步进电机常见故障分析
电机失步
总结词
电机失步是指步进电机在运行过程中不能按照指令进行精确的定位或产生较大 的累计误差。
要点二
详细描述
当驱动器有噪音时，应首先检查电机是否正常，电机是否 有损坏或故障。然后检查驱动器是否正常，驱动器是否有 损坏或故障。接着检查线路是否正常，线路是否有短路或 断路等问题。最后检查负载是否过大，负载过大也会导致 驱动器噪音过大。
05
预防性维护和保养建议
定期检查和清洁
定期检查步进电机及驱动的外观， 确保没有明显的破损或异常。
清洁电机和驱动器表面，去除灰 尘和杂物，保持清洁的运行环境。
检查电机和驱动器的连接线，确 保没有松动或破损，如有需要应
及时更换。
定期更换磨损部件
定期检查步进电机及 驱动的轴承、齿轮等 关键部件，确保没有 过度磨损。
定期润滑电机和驱动 器的轴承，保证其顺 畅运转。
对于磨损严重的部件 应及时更换，避免影 响电机的正常运行。
步进电机及驱动器知识
2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的
特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 3. 步进电动机的工作原理 以单极性电机为例来解释 工作原理
运转。其步距状态的移动会产生1 步距响应。
1 步距响应图
电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小， 则共振区向上偏移，反之亦然。步进电机低速转动时振动和噪声 大是其固有的缺点，克服两相混合式步进电机在低速运转时的振 动和噪声方法：
a. b. c. d. e. f. g. 通过改变减速比等机械传动避开共振区； 采用带有细分功能的驱动器； 换成步距角更小的步进电机； 选用电感较大的电机 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本高； 采用小电流、低电压来驱动(转矩很难保证)。 在电机轴上加磁性阻尼器；
③ 电机力矩计算 力矩计算公式为：
max
t
(rad / s2)
T ( J TL ) /
式中：TL为系统外力折算到电机上的力矩； 为传动系统的效率。
四、计算例题（直线运动）
1. 运动学计算 2. 动力学计算 3. 选择同步带直径Φ 和步进电机细分数m 4. 计算电机力矩，选择电机型号
步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静 力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯 性负载和摩擦负载二种。直接起动时（一般由低速）时二种负 载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要 考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好， 静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） • 转动惯量计算
步进电机及其驱动电路
第三节步进电动机及其驱动一、步进电机的特点与种类1.步进电机的特点步进电机又称脉冲电机。
它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。
转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。
只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。
步进电动机具有以下特点：✍工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等）的影响;✍步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ;✍由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易;✍控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”；✍不需要传感器进行反馈,可以进行开环控制;✍缺点是能量效率较低。
就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种：（1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance）,也叫反应式步进电动机（2）永磁（PM—Permanent Magnet）型（3）混合(HB—Hybrid）型（1）可变磁阻（VR—Variable Reluctance）结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机.其结构原理如图3.5定子1上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。
图3。
6 可变式阻步进电机可变磁阻步进电机的特点：❖反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力；❖需要将气隙作得尽可能小,例如几个微米；❖结构简单，运行频率高，可产生中等转矩,步距角小（0。
09~9°）❖制造材料费用低；❖有些数控机床及工业机器人上使用。
（3)混合（HB—Hybrid）型结构原理这类电机是PM式和VR式的复合形式。
其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。
《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。
两相混合式步进电机及其驱动技术
▪ 一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式； 单、双八拍工作方式为半步距方式。
▪ 步进电机中定子磁场和转子磁场旳相互作用产生 转矩：
▪ 定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝 数。
▪ 转子磁势是由转子磁钢产生旳，它是一种常数。 ▪ 所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、
ia
AB
BA AB BA
t
ib
t 图6-8
▪ 整步运营时，绕组电流每90°电角度转过一种整步距。
▪ 四细分时电流电角度为 90/4=22.5 °。 以22.5°旳角
度递增从0°到360°共有16个电角度；所相应旳cos和
sin值求出并整量化后作成数据表放在存储器中。
31
32
D/A转换器
T1
T2
D1 D2
A0
u D0
B
A1
u D1
A
A2 A3
u D2
B
u D3
A
A4
A4接地时，可选通00H~0FH之 间旳十六个地址。该 地址空间存
储了循环旳单、双八拍运动方式 旳数据表 A4接5V时，可选通10H~1FH 之间旳十六个地址。该地址空间 存储了循环旳双四拍运营方式2旳3 数据表。
3）功率放大—单电压驱动方式
T1
Us
T2
D1
D2
电流放大
ia A BAB
t
uA
T3
A
A
T4
uA
ib
D3
D4
t
Vi －
Vg
＋
单稳
图6-6
a
b
c
i
d
步进电机的三种驱动方式
步进电机的三种驱动方式步进电机的驱动方式有整步驱动，半步驱动，细分驱动，这三种驱动方式。
这三种驱动方式之间既有着联系，又有着他们的区别。
现在大部分驱动器都支持细分驱动。
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→AA’→BB’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)。
步进电机驱动方案
步进电机驱动方案概述步进电机是一种非常常用的电动机，常用于需要精确位置控制的设备和系统中。
它通过控制电流的方向和大小来实现旋转，在许多应用中具有良好的性能和可靠性。
步进电机驱动方案是指将电机与控制电路相结合，实现对步进电机运动的控制和驱动。
本文将介绍几种常见的步进电机驱动方案，包括单相和双相驱动方案。
我们将重点讨论它们的原理、优缺点以及适用场景，以帮助读者选择最合适的步进电机驱动方案。
单相驱动方案原理单相驱动方案是最简单和常见的步进电机驱动方案之一。
它基于步进电机的特性：每个电极组依次激活和关闭，以便使电机转动。
单相驱动方案使用两个晶体管来控制电机的两个电极，通常称为A相和B 相。
通过控制晶体管的导通和断开，可以实现步进电机的旋转。
优点•简单的电路结构•成本低•容易理解和实现缺点•输出力矩较低•不适用于高速应用•低效率适用场景•低成本应用•速度要求不高的应用•不需要高力矩的应用双相驱动方案原理双相驱动方案是一种改进的驱动方案，通过使用四个晶体管来控制步进电机的两个相。
与单相驱动方案相比，双相驱动方案可以提供更高的力矩和速度。
在双相驱动方案中，每个相都包含两个电极，通常称为A+、A-和B+、B-。
通过改变晶体管的导通和断开，可以实现电机的旋转。
在每个步进脉冲中，晶体管依次导通和断开，使电机转动。
优点•较高的力矩输出•较高的速度•较高的效率缺点•复杂的电路结构•成本较高适用场景•高速应用•高力矩要求的应用•对效率要求较高的应用高级驱动方案除了单相和双相驱动方案，还有一些高级的步进电机驱动方案，用于满足更复杂的应用需求。
这些方案通常包括使用更多的相位和更复杂的电路。
例如，四相驱动方案通过使用八个晶体管和四个相位来控制电机。
这种方案提供了更高的细分能力和更平滑的运动。
另一种高级的驱动方案是微步进驱动，通过改变步进脉冲的频率和幅度来实现更精细的控制。
微步进驱动可以提供更高的精度和平滑的运动。
这些高级驱动方案在某些特定的应用中非常有用，但也更加复杂和昂贵。
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。
《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、引言随着工业自动化及智能化技术的快速发展，步进电机作为一种常见的执行元件，在各种机械设备、自动化生产线、机器人等领域得到了广泛应用。
步进电机驱动控制技术是步进电机正常工作的关键，其性能的优劣直接影响到设备的运行效率和稳定性。
因此，对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究具有重要的理论和实践意义。
二、步进电机概述步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
其工作原理是利用电机的磁场作用力，使电机按照一定的方向转动一个固定的角度，即“步进”。
步进电机具有结构简单、控制方便、精度高等优点，因此在各种自动化设备中得到了广泛应用。
三、步进电机驱动控制技术步进电机驱动控制技术主要包括脉冲分配技术、电机驱动电源设计和控制算法设计等方面。
1. 脉冲分配技术脉冲分配技术是步进电机控制的核心技术之一。
通过精确地控制电机的脉冲数、脉冲频率和脉冲分配顺序，可以实现电机的精确控制。
常见的脉冲分配方式有单相、两相和四相等。
其中，两相混合式步进电机因其结构简单、性能稳定等优点得到了广泛应用。
2. 电机驱动电源设计电机驱动电源是步进电机驱动控制系统的关键部分。
它需要提供稳定的电流和电压，以满足电机的运行需求。
同时，驱动电源的抗干扰能力也需要足够强，以保护电机免受外部电磁干扰的影响。
3. 控制算法设计控制算法是步进电机实现精确运动的关键。
常见的控制算法包括开环控制和闭环控制。
开环控制简单易行，但精度较低；而闭环控制则可以通过反馈机制实时调整电机的运动状态，实现高精度的运动控制。
四、步进电机应用设计研究步进电机应用设计研究主要涉及其在各种设备中的应用及优化设计。
下面以某自动化生产线上的步进电机应用为例进行说明。
在自动化生产线中，步进电机常被用于驱动各种执行机构，如传送带、抓取装置等。
为了实现精确的运动控制，需要对步进电机的驱动控制系统进行优化设计。
首先，根据实际需求选择合适的步进电机型号和脉冲分配方式；其次，设计合理的电机驱动电源，保证其抗干扰能力和稳定性；最后，采用闭环控制算法对电机进行精确控制。
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。
步进电机原理及简易驱动电路的制作
制作天地HANDS ON PROJECTS作者谢彪步进电机原理及简易驱动电路的制作步进电机是机电一体化的关键部件之一，是一种高精度的执行元件，它能将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电机就转过一个角度，因此控制精度高，广泛地应用于各种自动化控制系统和机器人领域中，目前步进电机的控制器主要是通过单片机及专用集成芯片构成的，这样成本高、结构复杂、开发周期长。
广大的电子爱好者，尤其是一些初学者很难具备相应的条件，为此笔者设计并制作了一款成本低廉、性能稳定、控制简单、制作方便的步进电机控制器，供大家参考。
一、步进电机工作原理目前比较常用的步进电机主要有反应式（VR）、永磁式（PM）、混合式（HB）三种类型，这几种电机虽然在组成结构上有所差别，但总体的工作原理还是类似的，下面就以比较典型的反应式步进电机为例简述其工作原理：1.步进电机的结构组成步进电机可以分成转子和定子两部分。
以图太长，有条件的话，电烙铁最好外壳接地，焊音乐片时可先将音乐片的第一个脚进行上锡，注意不要太多，否则无法插入线路板上的小槽，音乐片与线路板焊接线，线路板上应全部上过锡，当插入音乐片后，先将第一只脚与线路板进行焊接，让其定位，然后再将最后一只脚焊上，等焊锡冷后，音乐片便牢牢地装在线路板上了，这时再去焊另外的引脚就会方便许多。
制作完成的接收线路板与电源及喇叭的接线如图6 所示。
图6三、系统调试1.发射器的调试：所有元件安装好后，将电路板装入遥控器盒子内，注意检查微动开关是否可听到清晰的开关声。
2.如有频率计或频谱仪等仪器，可在装入发射器电池后按动遥控器检测是否有高频无线电波发射，如没有这些仪器，也可用收音机或接上电脑音响，当按动遥控器时，可听到“吱、吱”声，这就表明发射部分工作正常，一般只要元件安装正确，元件焊接时线路板上无搭锡或虚焊，都能一次成功。
3.接收器的调试：全部元件安装完成后，将线路板装入塑料外壳内，电源引线连接时一定要注意极性不要装反。
步进电机最简单的驱动方法有哪些
步进电机最简单的驱动方法有哪些步进电机是一种用于控制精度要求较高的电气设备，广泛应用于各种领域，如数控机床、打印设备、纺织机械等。
其驱动方法多种多样，其中最简单的几种驱动方法包括：1. 单相励磁驱动方法在步进电机的励磁中只使用单个电流来源（单个电源）。
这种方法的优点是结构简单，控制成本低，适用于一些对控制精度要求不高的场合，如家用电器中的应用。
然而，由于只有单一的电流来源，导致步进电机的控制精度较低。
2. 双相励磁驱动方法双相励磁是步进电机中应用较广，也是较为简单的一种驱动方法。
这种方法通过分别给两组线圈通以电流的方式来实现步进电机的转动。
双相励磁相比单相励磁，可以提高步进电机的控制精度和输出力矩。
3. 全桥驱动方法全桥驱动方法是一种通过使用四个功率晶体管（或MOS管）来控制步进电机相的通断，从而驱动步进电机旋转的方法。
这种驱动方法在控制精度和转矩输出上都相对较好，适用于一些有较高控制要求的场合，例如医疗设备、自动化生产线等。
4. 微步进驱动方法微步进驱动是指在步进电机正常步进的基础上，通过控制每个步进角度内的微步数来实现步进电机的平滑运动。
这种驱动方法可以进一步提高步进电机的控制精度，但相应地会增加控制复杂度和成本。
5. PWM电流控制驱动方法PWM电流控制驱动方法是通过调节电流脉宽的方式来控制步进电机的励磁电流，并且可以实现电流的增量式变化。
这种驱动方法在节能降耗、控制精度高、响应速度快等方面具有优势，适用于对控制效果有严格要求的场合。
综上所述，步进电机最简单的驱动方法主要包括单相励磁驱动、双相励磁驱动、全桥驱动、微步进驱动和PWM电流控制驱动等几种。
不同的驱动方法适用于不同的场合，在选择时需要根据实际需求综合考虑控制精度、成本和复杂度等因素，以实现最佳的驱动效果。
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步进电机及其驱动1.步进电机的特点与种类（1）步进电机的特点步进电机又称脉冲电动机。
它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲,转子就转过一个相应的步距角。
转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步,只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向、很容易用微机实现数字控制。
步进电机具有如下特点:１）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等）的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前,就不影响其正常工作；2）步进电机的步距角有误差,转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后,其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；３)控制性能好,在启动、停止、反转时不易“丢步”。
因此,步进电机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。
(2)步进电机的种类步进电机的种类很多，有旋转式步进电机,也有直线步进电机;从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电机。
就常用的旋转式步进电机的转子结构来说,可将其分为以下三种：1）可变磁阻(VＲ-VａrｉablｅＲeluctance)型该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称反应式步进电机。
其结构原理如下图所示。
其定子１与转子２由铁心构成,没有永久磁铁，定子上嵌有线圈,转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型。
此类电动机的转子结构简单、转子直径小,有利于高速响应。
由于VＲ型步进电机的铁心无极性,故不需改变电流极性,因此多为单极性励磁。
可变磁阻型(反应式）三相步进电机断面图该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁,故无励磁时没有保持力。
另外,需要将气隙做得尽可能小,例如几个微米。
这种电动机具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声大等缺点。
但是，由于其制造材料费用低、结构简单、步距角小,随着加工技术的进步,可望成为多用途的机种。
2）永磁（PＭ-Permanent Ｍaｇnet)型永磁(PM）型步进电机的转子2采用永久磁铁、定子1采用软磁钢制成,绕组3轮流通电,建立的磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩。
其结构如图所示。
这种电动机由于采用了永久磁铁,即使定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力,可用做定位驱动。
PM型电动机的特点是励磁功率小、效率高、造价低，因此需要量也大。
由于转子磁铁的磁化间距受到限制,难于制造,故步距角较大。
与ＶR型相比转矩大，但转子惯量也较大。
3）混合(HB－Hyｂｒid)型步进电机该型步进电机不仅具有VＲ型步进电机步距角小、响应频率高的优点,而且还具有PM型步进电机励磁功率小、效率高的优点。
它的定子与VR型没有多大差别，只是在相数和绕组接线方面有其特殊的地方,例如,VＲ型一般都做成集中绕组的形式,每极上放有一套绕组,相对的两极为一相,而HB型步进电机的定子绕组大多数为四相,而且每极同时绕两相绕组或采用桥式电路绕一相绕组，按正反脉冲供电。
这种类型的电动机由转子铁心的凸极数和定子的副凸极数决定步距角的大小，可制造出步距角较小(0.９°~３.6°)的电动机。
永久磁铁也可磁化轴向的两极，可使用轴向各向异性磁铁制成高效电动机。
混合型与永磁型多为双极性励磁1。
由于都采用了永久磁铁，所以无励磁时具有保持力。
另外，励磁时的静止转矩都比VＲ型步进电机的大。
ＨB和PM型步进电机能够用做超低速同步电机,如用6０Hz驱动每步1.8°的电动机可作为72r／mｉｎ的同步电机使用。
步进电机与DC和AＣ伺服电机相比其转矩、效率、精度、高速性比较差，但步进电机具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点，所以在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品中得到广泛使用，在工厂自动化方面也可代替低档的DC伺服电机。
2.步进电机的工作原理如下图a所示,如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子Ａ相磁极就产生磁通,并对转子产生磁拉力,使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。
而后再将电脉冲通入B相励磁绕组,B相磁极便产生磁通。
由图b可以看出，这时转子2、4两个齿与B相磁极靠得最近,于是转子便沿着逆时针方向转过30°角,使转子２、4两个齿与定子B相磁极对齐。
如果按照A→B→C→Ａ的顺序通电,转子则沿反时针方向一步步地转动，每步1励磁：就是向发电机或者同步电动机定子提供定子电源的装置。
根据直流电机励磁方式的不同，可分为他励磁，并励磁，串励磁，复励磁等方式，直流电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用。
转过３0°，这个角度就叫步距角。
显然,单位时间内通入的电脉冲数越多,即电脉冲频率越高，电动机转速就越高。
如果按A→Ｂ→Ｃ→A→…的顺序通电,步进电机将沿顺时针方向一步步地转动。
从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角。
像上述的步进电机，三相励磁绕组依次单独通电运行，换接三次完成一个通电循环，称为三相单三拍通电方式。
如果使两相励磁绕组同时通电,即按AB→BＣ→CA→AB→…顺序通电，这种通电方式称为三相双三拍，其步距角仍为３０°。
还有一种是按三相六拍通电方式工作的步进电机，即按照A→AB→B→BＣ→C→ＣA→A→…顺序通电，换接六次完成一个通电循环。
这种通电方式的步距角为ｌ５°，如下图所示。
若将电脉冲首先通入Ａ相励磁绕组,转子齿1、3与A相磁极对齐，如上图中a所示。
然后再将电脉冲同时通入A、B相励磁绕组，这时A相磁极拉着1、３两个齿,B相磁极拉着２、４两个齿,使转子沿着逆时针方向旋转,转过15°角时，Ａ、B两相的磁拉力正好平衡,转子静止于图中b的位置。
如果继续按B→BＣ→C→CA→A…的顺序通电，步进电机就沿着逆时针方向,以15°步距角一步步转动。
步进电机的步距角越小,意味着它所能达到的位置精度越高。
通常的步矩角是１.５°或0.75°，为此需要将转子做成多极式的，并在定子磁极上制成小齿,如下图所示。
如上述断面图所示,定子磁极上的小齿和转子磁极上的小齿大小一样,两种小齿的齿宽和齿距相等。
当一相定子磁极的小齿与转子的齿对齐时,其他两相磁极的小齿都与转子的齿错过一个角度。
按着相序，后一相比前一相错开的角度要大。
例如转子上有４０个齿，则相邻两个齿的齿距角是3６0°／４０=９°。
若定子每个磁极上制成5个小齿,当转子齿和A相磁极小齿对齐时,B相磁极小齿则沿逆时针方向超前转子1/3齿距角,即超前3°，而C相磁极小齿则超前转子2／３齿距，即超前6°。
按照此结构，当励磁绕组按Ａ→Ｂ→C→A…顺序以三相三拍通电时,转子按逆时针方向，以3°步距角转动;如果按照A→ＡB→B→BC→Ｃ→CA→A→…顺序以三相六拍通电时,步距角将减小一半,为1.5°。
如通电顺序相反，则步进电机将沿着顺时针方向转动。
步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算：步距角＝３6０°／(ｚ m）式中：z-转子齿数;ｍ-运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即m=KN（N为电动机的相数，单拍时K＝１，双拍时K＝2）。
反应式步进电机环形脉冲分配方式3.步进电机的运行特性及性能指标（1）分辨力在一个电脉冲作用下(即一拍)，电动机转子转过的角位移，即步距角越小,分辨力越高。
最常用的有0．6°/1.2°、0.7５°/1.5°、0.９°／１.８°、1°/2°、1.5°/3°等。
（2）静态特性（3）动态特性1）启动转矩上图中，A相与B相矩-角特性曲线之交点所对应的转矩称为启动转矩,它表示步进电机单相励磁时所能带动的极限负载转矩。
启动转矩通常与步进电机相数和通电方式有关,如下表所示。
2）最高连续运行频率及矩-频特性3）矩频特性及联系尺寸4）空载启动频率与惯－频特性5）空载启动频率（4）步进电机技术指标实例反应式步进电机技术性能数据表永磁感应式步进电机技术性能数据(一)永磁感应式步进电机技术性能数据(二)4.步进电机的驱动与控制步进电机的运行特性与配套使用的驱动电源（驱动器)有密切关系。
驱动电源由脉冲分配器、功率放大器等组成，如下图所示。
驱动电源是将变频信号源（微机或数控装置等)送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。
变频信号源是可提供从几赫兹到几万赫兹的频率信号连续可调的脉冲信号发生器。
因此,只要控制输入电脉冲的数量及频率就可精确控制步进电机的转角及转速。
（1）环形脉冲分配器步进电机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。
这种使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化的部分称为脉冲分配器(又称为环形脉冲分配器)。
实现环形分配的方法有三种。
下图是一种采用计算机软件,利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分。
下表为三相六拍分配状态，可将表中状态代码0lＨ、03Ｈ、02H、06H、04H、05H列入程序数据表中,通过软件可顺次在数据表中提取数据并通过输出接口输出即可，通过正向顺序读取和反向顺序读取可控制电动机进行正反转。
通过控制读取一次数据的时间间隔可控制电动机的转速。
该方法能充分利用计算机软件资源以降低硬件成本，尤其是对多相的脉冲分配具有更大的优点。
但由于软环分占用计算机的运行时间,故会使插补一次的时间增加,易影响步进电机的运行速度。
另一种采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器(如下图1所示),图中C1、Ｃ2、C3为双稳态触发器。
这种方式灵活性很大，可搭接任意相任意通电顺序的环形分配器,同时在工作时不占用计算机的工作时间。
第三种是采用专用环形分配器器件。
如下图2所示的ＣH２50为一种三相步进电机专用环形分配器。
它可以实现三相步进电机的各种环形分配,使用方便、接口简单。
其中图a为CH2５0的管脚图、图b为三相六拍接线图。
CH250工作状态（2）功率放大器步进电机所使用的功率放大电路有电压型和电流型。
电压型又有单电压型（下图1)、双电压型(高低压型）(如下图2，其中图2a是由采用脉冲变压器TI组成的、图2b是由采用单稳触发器组成的)。
电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。
（3）细分驱动上述提到的步进电机的各种功率放大电路都是采用环形分配器芯片进行环形分配,控制电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动，步距角的大小只有两种，即整步工作或半步工作。