步进电机PLC控制方式

这个真的没什么好讲的。

步进电机是脉冲控制的。

你用PLC控制步进电机，其实就是用PLC内的脉冲指令输出脉冲而已。只不过要计算和设定好脉冲的个数及频率。脉冲个数对应步进电机的转数也就是距离，脉冲的频率是步进电机的速度。

这些设置好就OK了。

1 步进电机

步进电动机是纯粹的数字控制电动机,它将电脉冲信号转变为角位移,即给一个脉冲,步进电机就转一个角度,因此非常合适单片机控制,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,电机则转过一个步距角,同时步进电机只有周期性的无累积误差,精度高。

步进电动机有如下特点：

1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此,当它转一圈后,没有累计误差,具有良好的跟随性。

2）由步进电动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）步进电动机的动态响应快,易于启停、正反转及变速。

4）速度可在相当宽的范围内平稳调整,低速下仍能获得较大转距,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。

5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,不能直接使用交流电源和直流电源。

6）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措施。

步进电机具有和机械结构简单的优点,图1是四相六线制步进电机原理图,这类步进电机既可作为四相电机使用,也可以做为两相电机使用,使用灵活,因此应用广泛。

步进电机有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步进角18度四相混合式步进电机为例,在整步方式下,步进电机每接收一个脉冲,旋转18度,旋转一周,则需要200个脉冲,在半步方式下,步进电机每接收一个脉冲,旋转09度,旋转一周,则需要400个脉冲。控制步进电机旋转必须按一定时序对步进电机引线输入脉冲,以上述四相六线制步进电机为例,其半步工作方式和整步工作方式的控制时序如表1和表2所列。

步进电机在低频工作时,会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式,就能很好的解决这个问题,步进电机的细分控制,从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制,使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场,从而实现步进电机步距角的细分,一般情况下,合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小,相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小,步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。

实现细分方式有多种方法,最常用的是脉宽调制式斩波驱动方式,大多数专用的步进电机驱动芯片都采用这种驱动方式,TA8435就是其中一种芯片。

2 基于TA8435H芯片的步进电机细分方式

21 TA8435芯片特点

TA8435是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片,该芯片具有以下特点：

1）工作电压范围宽（10－40V）;

2）输出电流可达15A（平均）和25A（峰值）;

3）具有整步、半步、1/4细分、1/8细分运行方式可供选择;

4）采用脉宽调试式斩波驱动方式;

5）具有正/反转控制功能;

6）带有复位和使能引脚;

7）可选择使用单时钟输入或双时钟输入。

从图2中可以看出,TA8435主要由1个解码器,2个桥式驱动电路、2个输出电流控制电路、2个最大电流限制电路、1个斩波器等功能模块组成。

22 TA8435细分工作原理

在图3中,第一个CK时钟周期时,解码器打开桥式驱动电路,电流从VMA流经电机的线圈后经RNFA后与地构成回路,由于线圈电感的作用,电流是逐渐增大的,所以RNFB上的电压也随之上升。当RNFB上的电压大于比较器正端的电压时,比较器使桥式驱动电路关闭,电机线圈上的电流开始衰减,RNFB上的电压也相应减小;当电压值小于比较器正向电压时,桥式驱动电路又重新导通,如此循环,电流不断的上升和下降形成锯齿波,其波形如图3中IA波形的第1段,另外由于斩波器频率很高,一般在几十KHz,其频率大小与所选用电容有关,在OSC作用下,电流锯齿波纹是非常小的,可以近似认为输出电流是直流。在第2个时钟周期开始时,输出电流控制电路输出电压Ua达到第2阶段,比较器正向电压也相应为第2阶段的电压,因此,流经步进电机线圈的电流从第1阶段也升至第二阶段2,电流波形如图IA第2部分,第3时钟周期,第4时钟周期TA8435的工作原理与第1、2是一样的,只有又升高比较器正向电压而已,输出电流波形如图IA中第3、4部分。如此最终形成阶梯电流,加在线圈B上的电流,如图3中IB。在CK一个时钟周期内,流经线圈A和线圈B的电流共同作用下,步进电机运转一个细分步。

23 步进电机的应用

图4是单片机与TA8435相连控制步进电机的原理图,引脚M1和M2决定电机的转动方式：M1＝0、M2＝0,电机按整步方式运转;M1＝1、M2＝0,电机按半步方式运转;M1＝0、M2＝1,电机按1/4细分方式运转;M1＝1、M2＝1,电机按1/8步细分方式运转,CW/CWW控制电机转动方向,CK1、CK2时钟输入的最大频率不能超过5KHz,控制时钟的频率,即可控制电机转动速率。REFIN为高电平时,NFA和NFB的输出电压为08V,REFIN为低电平时,NFA和NFB输出电压为05V,这2个引脚控制步进电机输入电流,电流大小与NF端外接电阻关系式为：IO＝Vref/Rnf。图4中,设REFIN＝1,选用步进电机额定电流为04A,R1,R2选用16欧姆、2W的大功率电阻,O、C两线不接。步进电机按二相双极性使用,四相按二相使用时可以提高步进电机的输出转矩,D1－D4快恢复二极管用来泄放绕组电流。

以下是利用TA8435控制步进电机的程序,实现采用1/8细分方式控制步进电机的顺时钟方向转动的功能,利用定时器1向TA8435输出脉冲,用来控制步进电机转速。

3 结论

本文介绍了步进电机的特点和TA8435芯片工作原理,使用细分方式可以提高步进电机的控制精度,降低步进电机的振动和噪声,因此,在低频工作时,可以选用1/4细分或1/8细分模式,以降低系统的振动和噪声,当系统需要在高速工作时,细分模式就有可能达不到要求的速度,这时可以选用整步或半步方式,在速度较高时,在整步或半步工作模式下,步进电机运行稳定,振动小、噪声也小。TA8435在细分、半步、整步几种工作模式之间的切换是相当容易的,使用TA8435控制步进电机具有价格低、控制简单、工作可靠的特点,所以具有很高的推广价值和广阔的应用前景。

问题一：步进电机怎么选择驱动器 一、根据步进电机的额定电流选择适合的驱动器

任何一款步进电机都有自己的额定电流，选择与之配套的驱动器的最大电流不能低于电机的额定电流。山社电机生产的步进电机驱动器都有电流细分的功能，也就是可以根据不同的电机的额定电流进行设定驱动器的电流，同一款驱动器可以配不同电流的电机，只要电机的额定电流小于驱动器调到最大时的电流，就可以用，否则会有电机被烧的可能。

二、根据需要的步距角的大小来选择驱动器

市面上的步进电机普遍是18°、12°以及072°的步距角，但是由于客户对电机的精度要求越来越高，步距角也有了不同的要求，为了满足客户的需求，电机厂家距通过驱动器的细分来达到电机的细分。山社电机驱动器有半步和整步，2进制和5进制以及全细分，可以根据自己产品的需求选择不同细分的驱动器。

三、根据电源的提供的交直流电压

电压有交流电压和直流电压之分，步进电机驱动器有个额定电压，选择驱动器时，要选择额定电压是电源可提供的电压范围内的电机驱动器。如果选择的驱动器的额定电压过低，电源提供给驱动器的电压高于驱动器的额定电压，就容易将驱动器烧坏。

四、根据步进电机运行时要达到一定速度时需要的电压来选驱动器

以上四点即为选择驱动器的最重要的四个方面，

问题二：单片机为什么不能直接驱动步进电机 电机一般工作电流几十到几百ma，而单片机的管脚最多20ma的驱动能力，根本不够维持电机运转，就像你用24v电点不亮220v的灯泡一样的道理

问题三：如何用软件实现步进电机细分驱动 一、引言

由于步进电机成本低，控制线路简单，调试方便，所以在许多开环控制系统中得到了广泛的应用。但是当步进电机转子运动频率达到其机械谐振点时，就会产生谐振和噪声。

为了克服机械噪声可以改变驱动方式，步进电机的驱动方式一般分为单相激励、两相激励和半步激励等。单相激励时虽然具有输入功率小，温度不会升的太高的优点，但是由于振荡厉害，控制不稳，所以很少采用。两相激励、半步激励都可以提高平稳度，减小机械振荡。据此，采用细分驱动控制减小噪声是一种比较完善和理想的解决手段。

二、步进电机细分驱动原理

所谓细分驱动就是把机械步距角细分成若干个电的步距角，当转子从一个位置转到下一个位置的时候，会出现一些“暂态停留点”。这样使得电机启动时的过调量或者停止时的过调量就会减小，电机轴的振动也会减小，使电机转子旋转过程变得更加平滑，更加细腻，从而减小了噪声。

图1 电机驱动示意图

首先介绍步进电机整步驱动，我们以两相混合式步进电机57BYB406为例，它的步距角为18°。该电机有A，B两相绕组，其中我们用C表示A通反向电流时的磁场-A，用D表示B通反向电流时的磁场-B。

当分别给各相绕组通电时，各相绕组产生的旋转磁场如下：仅有A相导通时，旋转磁场指向A;仅有B相导通时，旋转磁场指向B;仅有C相导通时，旋转磁场指向C;仅有D相导通时，旋转磁场指向D。依次为各相绕组通电，每切换一次，旋转磁场矢量转过90°，电机转过一个步距角18°。当旋转磁场矢量转过360°时，电机转过一个齿距，这种工作方式称为整步工作。

如果改变上述加电过程，采用四相八拍工作，即通电顺序依次为：

此工作方式称半步工作，旋转磁场的矢量变化如图2所示。每改变一次通电状态，旋转磁场的矢量转过45°。

图2 四细分驱动磁场矢量图

同理，旋转磁场转过360°，电机转过一个齿距。

由半步原理给予启发，如果让旋转磁场矢量每次转过225°，这样就实现了四细分驱动。其旋转磁场矢量变化如图3所示。

图3 步进电机四细分驱动磁场矢量图

为了使电机输出转距大小一致，也就是使电机匀速转动，我们控制流入A，B，C，D各相电流的大小，具体按公式sin2α+cos2α=1来计算。图4给出了四细分驱动时各相电机输入电流值的变换曲线。

图4 四细分驱动转距均匀输出原理图

三、细分驱动在喷膜机的应用

1、喷膜机总体设计

喷膜机中X方向细分驱动控制如图5所示。这里我们采用8052微处理机，它是增强的MCS-51系列单片机，具有8K字节的ROM，256字节的RAM。8位DA转换器AD7524通过锁存器与单片机的数据线相连，构成步进电机的脉冲信号发生器。如果该脉冲信号驱动能力不够大，可以在DA转换器之后加一级放大器。产生的脉冲信号加在驱动器NJM3770的VR引脚，用来驱动步进电机。

图5 喷膜机X方向控制图

2、脉冲分配器的设计

在喷膜机的设计中，我们采用软件的方法实现脉冲分配器。将电机四细分驱动脉冲数据存储在内存中，如表1所示。当电机逆时针方向运转时，自上而下走表索取控制量;当电机顺时针方向运转时，自下而上走表索取控制量，这样就可以控制电机上的电流的大小。其中控制量的最高位是方向控制信号，低7位存储电机脉冲信号的大小。

如何实现7位数据的数模转换呢这里介绍两种方法实现DA转换。第一种方法的思想是：脉冲信号的大小用8位表示，但要求存储的任何数据的最高位都为零，这样就可以将DA转换器的最高位直接接地，用最高位存储方向控制信号。为>>

问题四：步进电机与驱动器控制器的电路如何连接 驱动器上的A-,A+，B-,B+和步进电机的线一一对上就行了。步进电用万用表量，通的为一组，四线步进电机可以量出2组，6线就有3组了，以四线为列，一组接A，另一组接B就行了。不分正负。

问题五：步进电机用驱动器怎样调节运行 是不是35的步进电机，要是35的步进电机 电流设置05或者08A，静止设置50%半流，细分数看你喜好了，要是速度慢，就设置16细分吧。衰减设置也设置50%

问题六：51单片机怎么驱动步进电机 #include unsigned char code F_Rotation[4]={0x02,0x04,0x08,0x10}; 正转表格，换算成二进制 0000 0010，0000 0100，0000 1000，0001 0000unsigned char code B_Rotation[4]={0x10,0x08,0x04,0x02}; 反转表格，换算成二进制 0001 0000，0000 1000，0000 0100，0000 0010/ 延时函数 /void Delay(unsigned int i)延时{ while(--i);}/ 主函数 /main(){ unsigned char i; while(1) { for(i=0;i 问题七：如何选择步进电机驱动器？ 根据多年雷赛步进的经营经验，有以下几点供参考：一，产品定位。如果整个设备性能要求很高，客户对品牌要求很高那就选日本的东方和山社，国产的雷赛都不逊色。如果客户完全追求价格，那也尽量用雷赛驱动，电机随便选选就行。第二，确定负载。根据不同的传动方式与负载情况算出大概的扭矩要求，考虑转速、惯量、安装尺寸、精度等因素影响选择合适电机。第三，跟据电机电流要求以及供电要求选择合适驱动器。细节问题可咨询思安吉。

问题八：步进电机驱动器如何接线 一个脉冲 + ― 。一个方向 + -

问题九：步进电机怎么样才能转起来？ 步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。 步进电动机按其输出转矩的大小来分，可以分为快速步进电动机和功率步进电动机。快速步进电动机连续工作频率高而输出转矩较小，一般在N・cm级，可以作为控制小型精密机床的工作台(例线切割机床)也可以和液压转矩放大器组成电液脉冲马达去驱动数控机床的工作台，而功率步进电动机的输出转矩就比较大是N・m级的，可以直接去驱动机床的移动部件。 步进电动机按其励磁相数，可以分为三相、四相、五相、六相甚至八相。一般来说随着相数的增加，在相同频率的情况下，每相导通电流的时间增加，各相平均电流会高些，从而使电动机的转速―转矩特性会好些，步距角亦小。但是随着相数的增加，电动机的尺寸就增加，结构亦复杂，目前多用3～6相的步进电动机。 由于步进电动机的转速随着输入脉冲频率变化而变化，调速范围很广，灵敏度高，输出转角能够控制，而且输出精度较高，又能实现同步控制，所以广泛地使用在开环系统中，也还可用在一般通用机床上，提高进给机构的自动化水平。 步进电动机按其工作原理来分，主要有磁电式和反应式两大类

1 前言

可编程控制器（PC）包括可编程逻辑控制器（PLC）和可编程计算机控制器（PCC）。无论是PLC还是它的升级产品PCC，其基本组成和工作原理部是相同的。但是，PCC具有一般PLC所不具备的特点：① PCC已经采用了多任务 *** 作系统；② PCC不但支持梯形图和C语言等各种高低编程语言，还具有专为工业控制开发的高级语言，它比通用的高级语言，如C 语言更适用于工业控制，更易于编程；③ PCC可以支持多个主CPU同时工作，而且还具有智能处理器，如专门的时间处理单元守（TPU）。综上所述可看出，PCC在很多方面突破传统，在PLC中引入了新的思想和编程思想，更易于实现日趋复杂的控制要求[1]。步进电机在工业领域应用非常广泛，实现PCC控制的步进电机具有很大的实用价值。

2 步进电机的控制

步进电机的性能对控制系统的设计具有重要的意义，在设计时需要综合考虑步进电机的步距角、细分数、保持力矩等，使调速系统具有高的可靠性。

在步进式PCC调速器中，根据步进电机的控制脉冲生成方式，它的控制方式分为直接控制和间接控制两种方式。前者，由PCC完成脉冲生成和脉冲分配，并输出与步进电机相适应的脉冲，再经过功率放人驱动步进电机；后者，由PCC完成脉冲生成并输出步进脉冲和方向控制信号，再由硬件或其他装置（如步进电机驱动器）实现脉冲分配和功率放大。采用直接控制方式时，步进电机运动频率由高速任务组的扫描周期决定，步进电机的运动频率愈高，则要求高速任务组的扫描周期愈短，这样，占用CPU的时间就愈长；采用间接控制方式时，其功能由TPU完成，不占用CPU 资源；脉冲分配由步进电机驱动器完成，且具有更完善和灵活的控制功能（如升降速等）。因此在步进式PCC调速器中主要采用间接控制力式。

图1 示出以两相混合式步进电机为例，采用间接控制方式的控制结构。在PCC间接控制方式下，方向控制信号根据控制量增量值的正负确定，输出脉冲信号经过步进电机驱动器完成脉冲的分配，使步进电机按照所要求的力向和位移量或角度转动。

图1 两相步进电机PCC控制电路

步进电机选用美国Palker 公司的OEM83 一135 , 驱动器选用Palker 公司的OEM750 , PCC模块选用奥地利B&R公司的POWER PANELPP41 ，数字量输出模块选用可与TPU 通道相连接的高速输出模块DOl35 。PCC通过数字量输出模块输出步进脉冲信号和方向控制信号，送入OEM750 步进电机驱动器的相应端口， 由OEM750 步进电机驱动器产生与步进电机相适应的驱动脉冲驱动步进电机。在PCC 内部控制步进电机的脉冲信号通过调用TPU功能块LTXPestXO 产生，该模块专门为步进电机设计，具有与步进电机驱动器相适应的两个输出信号，即步进脉冲信号和方向电平信号。PCC 输出的步进脉冲信号用于控制步进电机的位置和速度。也就是说，驱动器每接受一个脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角，改变脉冲频率，则同时使步进电机的转速改变，控制脉冲的个数，则可使步进电机精确定位，以实现步进电机调速和定位的目的。PCC输出方向的控制信号用于控制步进电机的旋转方向，此端为高电平时，电机顺时针旋转，反之，电机逆时针旋转。

2 1 步进电机驱动器

OEM75驱动器具有分辨率、静态锁定电流、最大驱动电流等参数设置以及升降速控制等功能，并具有使用方便、安个可靠等许多优点。

分辨率（步进电机运行一圈的步数）的设置可多达16 级，范围从每圈200 步至每圈508 （ ） 0 步不等，可满足用户的不同要求。设置时，可通过对该驱动器上的开关2 的2 到5 位进行。在PCC调速器中选取每圈步数为1000步，这样步进电机的步距角为036度 ，完全满足了调速系统的要求，同时由于驱动器采用了细分技术，因此对步进电机的低频震颤也起到了很好的阻尼作用，增强了系统的稳定性和可靠性。

步进电机在静止状态时的静态锁定电流有4 种不同的电流等级可供选择。由于PCC 调速器中的锁定力矩较小，故选取静态锁定电流为最大驱动电流的25 % ，以降低步进电机温升并延长其寿命。

为使电机能有最大力矩又不引起电机的振荡和噪音，在PCC调速器中将最大驱动电流设置为75A , 供电电压为24v 。电流环增益按下式计算：

Ki= 364 000 LM／U

式中 LM——-电机电感（H） U——-电源电压

需注意，当电机需要改变运动方向时，必须使改变方向的控制电平信号至少保持200us。

2 2 TPU功能块LTXPestXO模块

TPU 是PP41 模块微处理器所具有的一个时间处理单元，主要用于外部处理事件计数、门电平时间测量、频率测量、脉宽调制等与时间有关的任务（timing tasks ） ，缩短CPU 模块为处理这些任务调用中断服务程序所占用的时间。TPU功能模块包含TPU *** 作系统、TPU 配置、完成特定功能的TPU 程序模块等，应用程序通过它与TPU通讯传递参数和数据，该功能模块由B&R公司专门研制的TPU 编码连接器产生，并在CPU 热启动（warm start）时，将自己传入TPU 的RAM 中，由此接管TPU 让它完成用户特定的功能。

在步进电机控制中，主要利用功能模块LTXPestXO，它与D0135 模块配合使用，占用2 个TPU 输出通道，第一通道为控制步进电机转速的脉冲信号，第二通道为控制步进电机力向的信号。它能根据绝对位置或相对位置两种模式调节步进电机。该模块在循环任务中调用。需注意，该模块只能在程序的一个地方调用，否则不同程序部分调用同一硬件可能引起冲突。

功能模块LTXPestXO可对包括步进电机起／停时的最小速度和最大速度、步进电机升速时的加速度和减速时的加速度、绝对目标位置和相

对目标位置等众多参数进行设置，使得PCC与步进电机配合使用非常灵活且功能强大，从而实现对步进电机及驱动器的良好控制。

3 应用

目前已有多台步进式PCC调速器已在四川越西铁马二级电站、四川飞罗电站等水电站投入运行。经对四川越西铁马二级电站2 号机组调节系统进行全面的静动态特性试验，其结果表明，性能指标已满足或优于国标GB/T96521一1997的要求，其中主要特性试验结果：① 调速器转速死区小于004 %；② 甩25%额定负荷，接力器不动时间为016s；③ 甩100%额定负荷时，转速最大上升为额定转速的118% ，调节时间为19s；④ 空载时扰动量取8% ，选若干组参数进行试验比较，当Kp＝17 , Kz＝032, KD= 17 时比较理想，扰动后调节时间较短，接力器摆动一次，且机频超调小。

4 结束语

将PCC控制步进电机用于水轮机调节系统，数十座电站的运行结果表明，其设计合理，运行状况良好，将步进电机用于水轮机调速器中，有效地解决了以往调速器存在可靠性低的问题，简化了调速器结构并降低了造价，完全能满足水轮机调速器动静态的要求，具有很高的可靠性。

参考文献

[1] 齐蓉新一代可编程计算机控制器技术[M] 西安：西北大学出版社，2000

[2] OEM75O Driver User Guide[Z]Parker Hannifin Corporation,1997

作者简介：何跃贵（1965）男，云南人，高级工程师，研究方向为电力电子技术。

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，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。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 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。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

编辑本段分类

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

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75度 或15度；

反应式步进电机

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15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

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18度而五相步进角一般为 072度。这种步进电机的应用最为广泛。

步进电机是根据一定节拍运行的！

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

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75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15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18度而五相步进角一般为 072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09°/18°（表示半步工作时为09°、整步工作时为18°），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09°/18°、三相的为075°/15°、五相的为036°/072° 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

保持转矩（HOLDING TORQUE）：

是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2Nm的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2Nm的步进电机。

DETENT TORQUE：

是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

步进电机的一些特点：

1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2．步进电机外表允许的最高温度。

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。

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电机，又称为脉冲电机。 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时，它就可以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”。

步进电机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。步进电机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。 

步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统 ，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但不适用于精度要求较高的场合。

步进电机的优点和缺点都非常的突出， 优点集中于控制简单、精度高 ，缺点是噪声、震动和效率，它没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低。步进电机带动负载惯量的能力大， 适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方 ，缺点是效率较低、发热大，有时会“失步”。优缺点如下所示。

优点：

1 电机 *** 作易于通过脉冲信号输入到电机进行控制；

2 不需要反馈电路以返回旋转轴的位置和速度信息（开环控制）；

3 由于没有接触电刷而实现了更大的可靠性。

缺点：

1 需要脉冲信号输出电路；

2 当控制不适当的时候，可能会出现同步丢失；

3 由于在旋转轴停止后仍然存在电流而产生热量。

在相同电流且相同转矩输出的条件下，单极型步进电机比双极型步进电机多一倍的线圈，成本更高，控制电路的结构也不一样， 目前市场上流行的大多是双极型步进电机。

步进电机在构造上通常 主要按照转子特点和定子绕组进行分类， 下面将详细介绍这两种类型的分类。

按照转子分类，有三种主要类型： 反应式（VR型）、永磁式（PM型）、混合式（HB型）。

反应式

定子上有绕组，绕组由软磁材料组成。其结构简单、成本低、步距角小，可达12度，但动态性能差，效率低、发热大，可靠性难以保证。

永磁式

永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机度差，步距角大（一般为75度或15度）。

混合式

混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有很多相绕组，转子上采用永磁材料，转子和定子均有多个小齿以提高步距精度。其 特点是输出力矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

步进电机按照定子上绕组来分类，共有二相、三相和五相等系列。 目前最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。

该种电机的基本步距角为18度/步，配上半步驱动器后，步距角减少为09度，配上细分驱动器后。其步距角可细分达256倍（0007度/微步）。由于摩檫力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度的效果。

步进电机是通过脉冲信号来进行控制，每输入一个脉冲信号，步进电机前进一步。 步进电机旋转的步距角，是在电机结构的基础上等比例控制产生的，如果控制电路的细分控制不变，那么步进旋转的步距角在理论上是一个固定的角度。在实际工作中，电机旋转的步距角会有微小的差别，主要是由于电机结构上的固定有误差产生的，而且这种误差不会积累。

步进电机的总极数越大，加工精度的要求就会越高。 通常工业用混合型步进电机的步距角是18度，就是200极。

步进电机的相电流及磁场，遵循安培右手螺旋定律，由电能产生磁场能量，控制电机相电流，就能使电机定子的磁极方向发生反转，二相磁场的变化相配合，进而产生电机的旋转。

如果电流方向发生变化，磁极的方向也会发生变化， 步进电机的电流流过定子产生磁场的过程叫做励磁。

通常所说的二相步进电机，电机转子的旋转，包含不同磁极的磁场相斥和相吸实现的。如下图所示，A相产生N极磁场吸引转子的S极，B相产生S极磁场吸引转子的N极，使定子产生旋转的动力。如果改变A、B相定子线圈的电流方向，电机会产生另一步的旋转。连续改变A、B相定子线圈的电流方向，电机会产生连续的旋转。

电机的运动是通过改变电流在电机中的流动来实现的，电子转子排斥B相磁极的定子，吸引A相磁极的定子，这就产生了另一个步进 *** 作，如下图所示：

执行另一个步进 *** 作，电机定子磁极反转，转子排斥B相磁极的定子，吸引A相磁极的定子，如下图所示：

定子线圈中的电流方向无论何时发生变化，磁极将会反转，转子重复步进 *** 作。 东芝步进电机驱动控制电路对电机的磁场励磁的控制，是通过脉宽调制方式实现的，能够实现电机高效、稳定的运行。如下图所示：

步进电机的基本 *** 作模式称为“励磁模式”，能够使步进电机工作在全步模式、半步模式和微步模式 ，其中微步模式能够有效的降低步进电机相电流的噪声，能够改善步进电机固有的噪声震动问题。下面将介绍3种励磁模式。

全步模式

所谓全步模式，就是依据电机固有结构设计固定的步距角工作，一个电脉冲，步进电机前进一个步距角。这个步距角使电机设计结构所决定的，也可以理解为电机以最大的步距角旋转。

半步模式

半步模式是以电机固有的结构决定的步距角的一半角度进行步进旋转。如下图所示，步进电机的总极数是4级，对应的步距角是90度，那么半步模式下，步进电机每个脉冲旋转45度。

微步模式

微步模式类似于半步模式，步距角更小，就是1/4步、1/8步、1/16步，可以到很高的细分。对应的步进角度就是在整步步距角乘以微步系数。

步进电机的步距角越小，需要的加工精度会越高，对应的微步时的步进角度的误差会越大。

步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的 步进电机驱动器，它有脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。 如下图所示：

驱动单元与步进电机直接耦合，也可以理解成步进电机微机控制器的功率接口。下面将使用MCU和分离元器件的系统举例说明。MCU相当于是控制电机的大脑，它向分立器件发送电机的步距角时间、转动方向和重复次数等，而分立器件根据MCU发出的信号，将放大电压和电流并将其发送至电机，从而驱动电机转动。

如下图所示，该系统使用了MCU和电机控制驱动器IC。从输入控制信号来区分，步进电机控制器IC可以分为相入力型和时钟入力型。相入力型是指电机的每个励磁相的电流方向由输入信号控制，而时钟入力型是指电机的驱动由脉冲信号来控制。

相入力型

相入力型电机驱动器需要A和B两相的控制信号，只需要时钟信号，需要控制信号的MCU做更多的运输工作。

时钟入力型

时钟入力型电机驱动器的控制接口，需要时钟信号（单脉冲信号）输入，其控制信号相对简单，MCU的资源占用较少。

上电复位功能（POR）

上电复位功能将监控电机驱动器，以及电机驱动控制器的电源。为防止电机 *** 作故障，它将强制关闭输出信号直至供电电压保持稳定。如下图所示：

过电流检测功能（ISD）

过电流关断功能将监控输出单元的电流，如果电流超过规定值，将强制关闭输出，该功能的用途在于当发生短路时暂时停止IC输出。如下图所示：

热关断功能（TSD）

热关断功能在于，当电机控制驱动器芯片温度超过规定值时关闭输出，并保持该状态直至温度下降。

伺服电机与步进电机的区别：

一、控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为36°、18°，五相混合式步进电机步距角一般为072 °、036°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。

如四通公司生产的一种用于慢走丝线切割机床的步进电机，其步距角为009°；德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为18°、09°、072°、036°、018°、009°、0072°、0036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。

二、低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能(FFT)，可检测出机械的共振点，便于系统调整。

三、矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

五、运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制。

驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

扩展资料：

1，伺服电机优点：

（1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。

（2）定子绕组散热比较方便。

（3）惯量小，易于提高系统的快速性。

（4）适应于高速大力矩工作状态。

（5）同功率下有较小的体积和重量。

2，步进电机的优点：

（1）电机旋转的角度正比于脉冲数。

（2）电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）。

（3）由于每步的精度在 3%-5%，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运

动的重复性。

（4）优秀的起停和反转响应。

（5）由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命。

参考资料来源：百度百科-伺服电机

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