步进电机控制原理

5.6 步进电机控制
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。结构和控制简单，容易 调整，适用在速度和精度要求不太高的场合。 特点： 1）受脉冲控制，给就转，不给不转。 2）脉冲频率越高，转速越快。 3）改变通电顺序，可以控制其正反转。
单三拍方式——
通电顺序：
A→B→C→A
C’
旋转方向：
逆时针
• 在磁拉力的作用下，转子的 齿与主磁极对齐（转子转向 到磁路磁阻最小的位置）。
• 由于每次只有一相绕组通电， B
转子容易在平衡位置附近振 荡，稳定性不佳，实际很少 使用。
A
1
B’
4
2
3 C
A’
5.6 步进电机控制
A 连续旋转一周
C’
1
B’
LOOP1：MOV A，＠R1 JZ ROUTN MOV P1，A ACALL DELAY INC R1 AJMP LOOP3
LOOP2：MOV A，#POINT ADD A，#07H MOV R1，A AJMP LOOP1
LOOP3：DJNZ R0，LOOP1 RET
;转动步数 ；判别正反转 ；建立正转通电状态 字地址指针
5.3 步进电机控制
可通过软件或硬件 完成脉冲分配
步进电机的三种工作方式：以三相步进电机为例，有三相 单三拍，三相双三拍，三相单双六拍。
相数：步进电机内部的线圈组数 单：每次只给一相绕组通电 双：每次给两相绕组通电 拍：从一种通电状态变为另一种通电状态，称为一拍。
5.6 步进电机控制
5.6 步进电机控制工作原理
• 当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁 场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定 子的磁场方向一致。
• 当定子的矢量磁场旋转一个角度，转子也随着该磁场转一 个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一 步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲 频率成正比。
/*系统初始化函数*/ 设定中断，初值
void Delay5Ms(void);
unsigned char ZKB; //ZKB为占空比调节变量
#void main (void)
{ init_sys();
ZKB1=40;
/*占空比初始值设定*/
while(1)
{ if (!P1_1) //如果按了+键，增加占空比
→A 旋转方向： 顺时针
B
A
1
B’
4
2
3 C
A’
5.6 步进电机控制
步进电机的步距角
步进电机可工作于单相通电方式，也可工作于双相通电方式以及 单相、双相交叉通电方式，选用不同的工作方式，可使步进电机具有 不同的工作性能，诸如减小步距，提高定位精度和工作稳定性等。
步距角θ：
N为电动机相数；K=1，2，4。
数；m是运行拍数,通常等于相数或相数的整数倍，即
m KN
5.6 步进电机控制
控制的关键问题
主要解决三个问题： 1) 软件的方法实现脉冲序列 2）步进电机的方向控制 3）步进电机功率放大
步进电机的位移控制
步进电机的运转速度控制
5.6 步进电机控制 驱动方式
5.6 步进电机控制 光电隔离
5.6 步进电机控制
1. 步进电机驱动方式
单片 机
AB
步进 电
DB 机接 口
电路
CB
步 进 电机类 型及 工作 方式 选择
步进 A
光电
电机 B 步 进
隔离
驱动 器
C
电机
微型计算机控制步进电机系统框图
5.6 步进电机控制
2．步进电机控制
控制
8051
信号
单片机
P1.2 P1.1 P1.0
if (click<=ZKB1) /*当小于占空比值时输出低电平，高于时 是高电平，从而实现占空比的调整*/
P1_3=0; else
P1_3=1;
}
{ Delay5Ms();
if (!P1_1)
{ ZKB1++; }
}
if (!P1_2) //如果按了-键，减少占空比
{ Delay5Ms();
if (!P1_2)
{ ZKB1--; }
}
/*对占空比值限定范围*/
if (ZKB1>99) ZKB1=1;
if (ZKB1<1) ZKB1=99;
}
void timer0(void) interrupt 1 using 2 { static uchar click= 0 ; /*中断次数计数器变量*/ TH0=V_TH0; /*恢复定时器初始值*/ TL0=V_TL0; ++click; if (click>=100) click=“0”; //click控制一个PWM周期的时长
{ while(--i);}
main()
{ unsigned char i;
while(1) { for(i=0;i<4;i++) //4相
{ P1=F_Rotation[i]; // 正转查表 Delay(500); // 改变这个参数可以调整电机转速
}
}
}
直流电机调速
5.6 PWM控制-SCR硬件实现方法
DB 01H, 05H, 04H, 06H, 02H,03H, 00H;反转
#include <reg52.h> unsigned char code F_Rotation[4]={0x02,0x04,0x08,0x10};//正转 unsigned char code B_Rotation[4]={0x10,0x08,0x04,0x02};//反转 void Delay(unsigned int i)//延时
#include <REGX51.H>
#define uchar unsigned char #define V_TH0 0XFF //定义定时器单次定时时间长度
#define V_TL0 0XF6 #define V_TMOD 0X01 //单片机定时器0，工作在方式1，
void init_sys(void);
5.6 直流电机控制
*关于频率和占空比的确定，对于 12M晶振，假定PWM输出频率为 1KHZ,这样定时中断次数 * *设定为C=100，即0.01MS中断一次， 则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时 间为0.01ms，这样可以设定占空比 可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms
A
步进电 机驱动 B
器
步进 电机
C
步序 1 2 3 4 5 6
P1口输出状态 00000001 00000011 00000010 00000110 00000100 00000101
绕组 A AB B BC C CA
通电状态字 01H 03H 02H 06H 04H 05H
5.6 步进电机控制
入口
；读通电状态字 ；结束字符？是，转到ROUTN ；输出通电状态字 ；延时 ；修改通电状态字地址指针
；建立反转通电状态字地址指针 ；找到反转状态字查表首地址
；步数减1为0？
5.6 步进电机控制
正、反转通电状态字表 POINT：DB 01H, 03H, 02H, 06H, 04H,05H,00H; 正转
是正转吗
N
F0=0？
Y
设正转数据指针
建立反转数据指针
三
R1←#POINT
R0←#POINT
相
六
取控制字
拍
控
Y 是最后一个 控制字？
制
N
程
输出控制字
序
Y
流
调延时子程序
程
修改控制字地
图
址
步数到？
N
R0-1=0？
Y
返回
5.6 步进电机控制
MOV R0, #100 ROUTN：JB F0，LOOP2
MOV R1，#POINT
顺时针
B
B’
C A’
5.6 步进电机控制
三相六拍方式——
通电顺序：
A→AB→B→BC→C →CAC’
→A
旋转方向：
逆时针
比三相三拍步距角小一半，
精度更高，且转换过程始 B
终有一个绕组通电，工作 稳定。这种方式大量应用。
A
1
B’
4
2
3 C
A’
5.6 步进电机控制
三相六拍方式—— 通电顺序：
A→AC→C→CB→B→BA C’
4
2
3
B
C
A’
5.6 步进电机控制
单三拍方式——
A
通电顺序：
A→C→B→A C’
1
B’
旋转方向：
顺时针
4
2
3
B
C
A’
5.6 步进电机控制
A
双三拍方式——
C’
B’
通电顺序：
AB→BC→CA→AB
旋转方向：
逆时针
B
C
A’
5.6 步进电机控制
A
C’
双三拍方式——
通电顺序：
AC→CB→BA→AC
旋转方向：