步进电机的原理及控制

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������ =
������������ ×f×60 360°
N: 电动机输出轴的转速[r/min] f: 脉冲频率[HZ] (PPS) Pulse Signal Current MCU Driver
M
步进电机的转速-转矩特性
转距
马达起动条件： 1.起动速度<最大自起动频率f 2. 起动时的马达转矩>起动所需转矩
平时跨2相绕组通过电流
������
2P
与1相激磁方 式比较，输入 变成两倍，衰 减振动小，一 般经常使用
A/B->AB->B/A->/A/B
1-2 相 激 磁 方 式
1相激磁与2相绕组交互进行
������/2
1.5P
步距角变成1 相或2相得1/2， 响应脉冲为1 相或2相得2倍
A->AB->B->B/A->/A->/A/B->/B->A/B
SLA7026
END
定子相数分类
根据定子相数分类： • 单相步进电机（步距角3.6°/1.8°） • 两相步进电机（步距角1.8°/0.9°） • 三相步进电机（步距角1.2°/0.6°） • 四相步进电机（步距角0.9°/0.45°） • 五相步进电机（步距角0.72°/0.36°）
步距角 ������������ = ������∗������∗������ m: 定子相数 Z: 转子齿数 C=1: 单相轮流通电或双相轮流通电： A->B->C->/A->/B->/C->A 或者 AB->BC->C/A->/A/B->/B/C->/C/A C=2: 单双相轮流通电： A->AB->B->BC->C->C/A->/A->/A/B->/B->/B/C->/C->/C/A->A
SLA7078
Digital input to select the excitation mode Excitation mode Full step Half step Quarter step M1 L L L M2 L H L M3 L L H
W1-2 Phase Excitation (1/4 step angle=0.45°)
A
50%
100% 75%
B
25%
/A
/B
������������/4 ������������
4细分微步进的电流波形
步进细分总结
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（1）细分步进越是在低速运行时效果越好。如果输入脉冲频率太快，由于不能得到希 望的电流波形，会使电机跟踪精度变差。 （2）细分数越多，降低振动的效果越明显，但实际到8细分时效果变化不大。 （3）细分的角度虽然能定位，但其精度不高，因此定位控制时，用细分的两相或一相 导通方式来定位。
4细分步进的转子步进
A B A B A B
A
B
A
B
细分步进驱动
细分步进驱动是将全步进驱动时的步距角各相的电流以阶梯状n步逐渐增加，使吸引转子的力慢 慢改变，每次转子在该力的平衡点静止，全步距角作n个细分，可使转子运行效果平滑。因此， 在低速运转时，此法可认为是降低振动的有效手段之一。
100% 75% 50% 25%
������������ =
360° =0. 5∗100∗������
72°（0.36°）
������������ =
360° = 2∗100∗������
1.8°（0. 9°）
步进电机的位置控制与速度控制
• • • • • • （1）步进电机的旋转角度与来自驱动器的脉冲信号数成正比。 ������ = ������������ × ������ ������ :电机输出轴的旋转角度[°] ������������：步距角 A:脉冲数 （2）步进电机的转速与来自驱动器的脉冲频率成正比。
激磁方式
内容 1 相 激 磁 方 式 平时只1相绕组通过电流 步距角 ������ 输入 P 特征 此种方式对输 入功率、输出 转矩大的步距 角时的衰减振 动大，容易失 步。不使用于 脉冲频率变化 范围宽和不希 望产生振动的 情况 输入信号与各相电流的关系（两相单极） A->B->/A->/B
2 相 激 磁 方 式
② ①T H
马达加速条件： 1. 马达转矩>加速时所需转矩
载荷最大时 马达转矩>载荷转矩 *安全系数>2
\
③fs
转速
①保持转矩(TH: Holding Torque) 是指步进电机在通电状态（额定电流）下停止时，本身保有的最大保持转矩（保持力） ②最大同步转矩(Pullout Torque) 各转速所能产生的最大转矩。选用电动机时，必要转矩必须在本曲线内侧。 ③最大自起动频率（fs） 步进电机的摩擦负载、惯性负载为0时，瞬间（无加减速时间）能启动、停止的最大脉冲频率。 当在超过此脉冲频率的情况下起动时，应逐渐进行加减速。随电动机承载的惯性负载增加，此频率亦逐渐降低 fs f 有惯性负载的最大自起动频率: 1 J L Jo JL : 负载转动惯量[kg·m2] 2 Jo : 转子转动惯量[kg·m ]
步进电机的Leabharlann 制转子分类根据转子结构分类： VR(Variable Reluctance ，变磁阻 ) 转子由硅钢片或电工纯铁棒等导磁体构成 只产生吸引转矩 温升很高，散热片很大 PM（Permanent Magnet,永久磁铁） 转子采用铁氧体材料 价格便宜，只有HB型的1/3 HB(Hybrid, VR与PM复合 ) 转子结构为两个导磁圆盘中间夹着一个永磁圆柱体（钕铁硼磁铁）轴向串在一起 转矩比同大小的PM型大3倍以上 PM型 步距角 转矩 价格 7.5°~15° 小 便宜 HB型 1.8°较多 大 高价 VR型 1.8°~15° 中~大 高价
360°
1) 相数越大，角分辨率越高 提高分辨率，可以提高定位控制精度，改善低速失 步，并且可以改善阻尼（改善制动性能，减小停止 时的超调量和制动时间） 2） 相数越多，电机产生的转矩波动幅值越小，频 率越高，产生的振动越小 3） 多相步进电机的优点是高速响应
5-Phase VS 2-Phase
5-Phase 分辨率 振动性 速度-转矩 特性 2-Phase 0.72°/0.36°（500、1000分割/圈）1.8°/0.9°（200、400分割/圈） 无显著共振点，低振动 加速时间较短，动态惯性较低 100-2000PPS为低速共振领域，振动较大