频繁启停下步进电机运动规划及振动抑制
杨玉龙1，龚时华2，虞洋1
【摘要】摘要：讨论了步进电机在频繁启停下的点位进给运动的加减速规划，根据步进电机矩频特性，提出了一套加减速控制算法，旨在通过该种设计方法能够达到在主轴高速运动、进给运动高速启停的工况下，步进电机能够保证进给运动对主轴运动的快速响应和跟随，保证进给运动的快速响应、柔顺、精确定位，降低数控系统的振动。
【期刊名称】电气传动
【年(卷),期】2014(044)010
【总页数】5
【关键词】步进电机；频繁启停；运动规划；S型加减速；振动抑制
在很多应用场合，如冲孔、点胶、刺绣机及电脑花样机等设备中，要求主轴匀速运动，X，Y进给运动。X，Y步进电机要快速响应、跟随主轴，在规定时间内完成进给运动。时序图如图1所示。
图1中t为主轴旋转一定角度的时间，即XY进给运动的周期值；t1为进给运动执行的时间；t2为进给周期中进给间歇时间。其中进给时间占进给周期时间的百分比用a表示，则
随着主轴转速要求的提高，要求步进电机在极短的时间内快速频繁启停，而不能出现堵转和丢步的现象。在进给距离、主轴速度变化的情况下，要求合理的速度、加速度规划，保证进给运动的平稳性、柔顺性和定位精度。
步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的控制电机，其在运动时，各相绕组产生反电动势，脉冲频率增加或降低越快，反电动势越大。这导致其
相电流的减小，输出力矩的下降，其速度转矩曲线如图2所示［1］。
如果不合理地规划步进电机的加减速，易发生启动时振动失步、堵转及停止时过冲的现象，导致运行稳定性和定位精度受到影响，在处于负载较大且频繁启停的工况时，这种现象更加明显。
1 进给运动加减速控制
1.1 匀加减速控制
匀加减速控制是加速度保持恒定值不变，速度以线性规律上升或者下降，如图3、图4所示。匀加减速控制快速性较好，且算法较为简单，容易实现，缺点是加速时间较长，电机通过其谐振点加速可能会有困难。但由于这种方法不完全符合步进电机运行矩频特性，而且运动时会产生冲击，所以应用在简单、速度变化较大的工况下。
1.2 指数型加减速控制
指数规律加减速是指在加减速控制过程中，步进电机的速度呈指数规律上升或下降，见图5。指数加减速规律比较符合步进电机的固有矩频特性曲线，充分保证步进电机的运行稳定性，同时兼顾了升降运行快速性，具有较强的跟踪能力。但是当速度的变化较大时其平稳性较差。加速度依然存在着突变，产生冲击。如果负载变化较大时，也很难实现。若为短距离则中间省去匀速段。
1.3 S型加减速控制
S型曲线加减速的称法是由系统在加减速阶段的速度轨迹成S型而得来的。S 型曲线加减速控制是指在加减速时，使其加减速的导数（Jerk）da/dt为常数，通过对Jerk值的控制来最大限度地减小对机械系统造成的冲击［2-3］。
S型加减速控制一般分为如图6中7段，若为短距离，则省去中间匀速段。加
速段由3个阶段组成：1）加加速（t1）；2）匀加速（t2）；3）减加速（t3）；t4段为匀速运行段。减速段也由3个阶段组成：1）减加速（t5）；2）匀减速（t6）；3）减减速（t7）。
2 进给运动加减速规划实现
突跳频率，是指步进电机在静止状态下施加的脉冲频率。在步进电机的点位控制系统中，速度规划所得目标速度所对应的脉冲频率小于系统启动频率。在这种情况下，其速度可按目标速度匀速来计算。
而在长距离进给或者主轴高速运动的工况下，速度规划后的目标速度超过了其最高的突跳频率值。由图6可得，S曲线升降速的加速度连续，所以此种加速模式对系统无柔性冲击［4］，选择了上述中的S型加减速控制。
2.1 启动频率的计算
系统的启动频率可按以下公式计算［5］：
式中：fs为空载启动频率，Hz；fsl为步进电机的惯性负载启动频率，Hz；Jl 为负载惯量，kg·cm2；Jr为电机转子惯量，kg·cm2；Te为负载转矩，N·m；Tv为步进电机输出转矩，N·m。可根据空载启动频率在运行频率特性中查出估算的数值后带入系统进行验证，得到其启动频率f0。
2.2 S曲线参数的计算
计算主轴速度v（r/min）、进给距离S（mm）时，按照XY步进电机以突跳频率运动的情况，即按图7的匀速过程进行计算。脉冲当量为δ（mm/p），进给运动的时间为Tm（s），走完行程S所需要的跳频速度为vL（p/s）。如下式：进给时间
跳频速度
将式（1）带入两式可求得进给时间与跳频速度。
2.2.1 突跳频率启动运行
当vL＜f0时，无需进行加减速控制，系统可以设置突跳频率为目标速度对应的脉冲频率进行启动运行，运行至终点可以由目标速度对应的脉冲频率跳到零，即停发脉冲运行至结束。其运动过程如图7所示。
2.2.2 S型加减速控制运行
当vL＞f0时，必须经过加减速控制才能保证步进电机不堵转、丢步。全过程如图8所示，由最大启动频率f0开始加速，加速到目标速度ve，以ve恒速运动一段时间再到达减速区域开始减速，或者直接进入减速区域开始减速，至运动到其终点。经S型加减速执行完一次进给运动。
由于进给时间百分比可设定，使运动时间在一定范围内变动。为了节省计算量，达到高速运动时的快速响应性，将图8a，图8b的S型加减速模型简化为图3、图4的两种线性加减速的模型来计算，将以下参数：加减速度值、目标速度值和加减速所用时间的参数设置成运动控制中S曲线的参数，即可完成S曲线运动控制。
2.2.2.1 长距离移送
长距离移送时，S曲线见图8a，为7段S型加减速，即中间有一段匀速段。其参数按照图3所示的加减速曲线进行计算其S曲线设定的参数值。
目标速度：
式中：A1为梯形加减速的设定加速度值。在ve可能存在的2个解中，选择数值较小的一个，其匀速段会长一些，加减速所占的时间就相对短一些，有利于进给运动更加平稳运行。即
2.2.2.2 短距离移送
短距离移送时，S曲线见图8b，为6段S型曲线加减速。按图4所示加减速进行计算，公式如下：
加、减速度
目标速度
将式（2）带入式（5），即可求得所求的加减速度Acc值。将式（2）、式（5）带入到式（6）中，即可求出其目标速度。
2.3 最大加速度设置的验证
在升、降速过程中，如果速率变化太大，电机响应将跟不上频率的变化，会出现失步或过冲现象［6］。所以要将加减速过程中的最大加速力矩进行校核。选择如图9所示，较常见的是用皮带轮传动机构进行校核。
2.3.1 求机械传动部分惯量
式中：JC为联轴器的转动惯量，忽略为零；JB为皮带轮传动机构的转动惯量；JP为带轮的转动惯量；WA为工件部分的质量；WP为带轮质量；DP为带轮直径。
2.3.2 求最大输出转矩
如图6所示，S型加减速的最大值为A时，求其最大输出力矩，对该传动系统进行校核。以下为校核的方法。
移动转矩
加速时转矩
减速时转矩
其中
式中：η为机械结构部分的效率，取0.8；μ为动摩擦系数，取约0.1；g为重力加速度；F为水平附加力，取为0；JM为电机转子转动惯量；αmax为最大角加速度。
将式（7）、式（8）带入式（9），可得加速转矩计算值；将式（7）、式（8）带入式（10），可得减速转矩计算值。
由式（9）和式（10）可得，在该种工况下，加速时转矩要大于减速时转矩。故选择加速时转矩作为最大转矩进行校核。若Ta小于对应速度下的运行转矩，则说明步进电机能够提供这么大的加速力矩，加减速规划合理；否则，要重新进行加减速的规划。
3 振动抑制
主轴运动一般为伺服电机，做匀速运动，运动平稳；而进给轴的步进电机做频繁启停运动。其受力情况分别如图10所示。
X，Y轴运动执行机构受到周期性的外加力矩。正是这种间歇性、周期性的激振力，引发了强迫振动。强迫振动是由外界周期性干扰力的作用所引起的振动［8］。
减小强迫振动的措施一般有：减小激振力；调节振源频率；隔振；提高工艺系统的刚度及增大阻尼。在本文所提到的工况下，最适合的减振方式是减小激振力。
激振力是引起强迫振动的振动源，减小激振力即可有效地减小振幅，使振动减弱或消失。为减小激振力，即要减小加减速过程中的加减速力矩，减小加减速过程中的加减速的大小。
如图11的时序图所示，主轴改为非匀速转动，则降低了进给时的速度，主轴
转一圈中同样的进给角度下增加了进给轴的进给时间，则降低了进给轴的目标速度，降低了加速度，从而降低了加速力矩，降低了激振力，达到了进给轴减小受迫振动的效果。
主轴加速分布图如图12所示。将进给轴的振动分摊到主轴上一部分，由于主轴是伺服控制，可以抑制机械系统共振点；额定转速下为恒转矩输出，具有较好的加减速特性；伺服驱动系统为闭环控制，一般不会出现步进电机的丢步或过冲现象，性能更为可靠。可以降低系统的受迫振动。
4 实验结果验证
电脑花样机是一种典型的图1所示时序的数控设备。将上述理论用在电脑花样机上来验证该加减速方案的可行性。将该速度规划算法用在缝制幅面大小为400 mm×200 mm机器上。
传统的电脑花样机主要由刺布挑线机构和送料机构组成。主轴电机转动1周，机针完成1次上下运动，送料机构要完成1次送料，送料机构由X，Y轴步进电机带动。当机针扎进布料的时候，送布电机都必须停止运动，只有在主轴机针离开缝制平面到再次扎进缝制平面的间隙送料机构才可以运动。送料的角度如图13［5］α角度。
电脑花样机是根据图形数据信息进行缝纫，图形数据信息由上位机示教生成，其限定量决定了针距的变化范围在0.1～20 mm之间，对于不同的针距，可能要采取不同的速度规划方案。
按照该速度规划方案的方法计算，在针距为0.1～9.0 mm时，采取直接突跳频率运行的方式；而在针距为9.0～20 mm时，采取S型加减速的方法。
该花样机系统在采取该速度规划方案以前，采用固定加减速的匀加减速控制，
从高速到低速其振动都比较大。并且花样机在到达高速2 000 r/min时扎针孔观察效果，其针孔有变大、针与布框干涉的现象。
而在采取了该速度规划方案时，花样机速度从低速到高速时，其振动明显降低。而在针距为0.1～3.0 mm范围内时，主轴速度到达2 400 r/min时，XY进给送料运动跟随主轴运动良好，所得到的针孔和所缝纫出的线迹良好。
5 结论
根据进给距离的长短及主轴转速的高低，将其分为突跳频率速度控制、短距离运动速度规划及长距离运动速度规划。选择S型曲线以减轻其因加速度突变而引起的柔性冲击，降低了振动。对由进给轴产生的强迫振动，改进了主轴运动的时序，以减小激振力来降低其振动。对速度规划中，由最大加速引起的最大加速转矩进行验证，给出了验证方法。此方法已经在电脑花样机系统上进行了验证，证明了该方法可以保证进给运动的平稳性、柔顺性和定位精度，在实际应用中具有较高的应用价值。
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修改稿日期：2014-04-08
基金项目：国家自然科学基金资助（51375192）
步进电动机的工作原理及特点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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形
步进电机转速及方向控制系统设计 摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键词：步进电机；转速控制；方向控制；单片机控制 1.步进电机原理及硬件和软件设计 1.1步进电机原理及控制技术 由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续
目录 一、设计目的 (3) 二、设计要求 (3) 三、仪器设备 (3) 四、硬件线路图及主要芯片说明 (3) 1.系统所使用的开发板上的区域 (3) 2.系统硬件电路图 (3) 3.系统所用主要芯片说明 (4) 3.1 STC89C52RC芯片介绍 (4) 3.2 ULN2003A芯片介绍 (4) 3.3LCD1602液晶介绍 (4) 五、系统工作原理 (5) 1.步进电机介绍 (5) 2.控制原理基本框图 (5) 六、程序框图 (6) 七、程序清单 (7) 八、设计体会 (12) 九、参考文献 (12) 一、设计目的 通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程方法，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。 了解步进电机的构造、驱动、工作原理以及步进电机的一些指标术语，掌握步进电机的转动控制方式和调速方法。 加深对单片机开发试验仪各部分功能的了解与使用，方便对以后的设计进行开发、编程与调试。 熟练C语言以及函数、中断的使用。 二、设计要求 1)电机转速可以平稳控制 2)通过键盘可以选择电机的转动方式 3)通过键盘可以设置电机的转速 4)显示器可以显示步进电机的运行状况 1.系统所使用的开发板上的区域
步进电机实验区上面有一个四相步进电机及其驱动芯片，用户可以在上面进行步进电机控制的相关实验。步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移实现电机转动。 键盘实验区的按键控制步进电机的启动/停止，正/反转，加/减速，本设计采用单键控制启停、单键控制正反转以及两个按键分别控制加减速。 用STC89C52RC单片机实现控制整个步进电机系统的启动/停止，正/反转，加/减速以及驱动LCD1602显示步进电机的运行状况。 2.系统硬件电路图 步进电机运动系统的硬件电路图（用Proteus绘制）如下图所示： 3.系统所用主要芯片说明 3.1 STC89C52RC芯片介绍 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 3.2 ULN2003A芯片介绍 本设计采用ULN2003A作为步进电机的驱动芯片，ULN2003A电路具有以下特点： ●电流增益高（大于1000） ●带负载能力强（输出电流大于500mA） ●温度范围宽（-40℃—85℃） ●工作电压高（大于50V） 3.3 LCD1602液晶介绍
焊头机构快速启停最优控制轨迹规划 6.1 引言 IC封装设备运动速度快，定位精度要求高。不仅需要高刚性的机械结构，还需要最优的运动速度规划，才能满足定位精度下提高运动速度。在粘片工艺中耗时最多的工艺是从取晶位到固晶位的运动。目前采用的是工业界常用的S型运动控制，理论上可以达到启动和停止时没有冲击。但是由于焊头本身的惯性，即使在电机停止时，焊头仍然存在振动，所以需要设置停留时间，才能达到定位精度要求。有必要采用对振动的抑制，提高定位精度。基于IC封装设备载荷轻（对机构动态性能的影响可以忽略）的特点，本章采用最优控制方法完成摆杆式焊头机构点位运动规划。 最优控制是在一定的条件下完成某个控制任务，使得选定指标最大或最小的控制。常用的指标有积分型误差指标，时间最短，能量最省等指标。与最优化技术类似，最优控制问题也分为有约束最优控制问题和无约束最优控制问题。无约束最优控制问题可以通过变分法来求解。对于小规模问题，可能求出问题的解析解，例如二次型最优控制设计问题。有约束最优控制问题比较难处理，需要借助于Pontryagin的极大值原理。在最优控制问题求解中，为使得问题解析可解，通需要引入附加的约束或条件，这样往往引入难于解释的间接人为因素，或最优化准则的人为性，例如为使得二次型最优控制问题解析可解，通常需要引入两个其他矩阵Q,R，这样虽然能得出数学上较漂亮的状态反馈规律，但这两个加权矩阵却至今没有被广泛认可的选择方法，使得系统的最优准则带有一定的认为因素，没有足够的客观性[1]。 随着像MA TLAB这样强有力的计算机语言与工具普及起来，很多最优控制问题可以变换成一般的最优化问题，用数值最优化方法就可以简单地求解。这样的求解虽然没有完美的数学形式，但有时还是很实用的。 条件约束下时间最短的控制问题是最优控制的经典问题，有大量的研究报道。文献[2]通过极大值原理推导了时间最短弹道优化问题的必要条件和边值条件，并采用遗传算法和邻近极值法求解了最优控制的两点边值问题。文献[3]采用改进的直接多重打靶法将汽车最速操纵控制问题转化为非线性规划问题，并用序列二次规划方法进行求解。文献[4]综合时间最优控制、变结构控制及系统辨识理论,设计了三步电流控制法,即采用时间最优控制来获得电流最快速响应。根据跟踪误差，采用变结构控制来精确地跟踪理想电流，最后在线辨识得到线圈参数并计算出维持理想电流的最终控制电压，该算法能使系统在最短时间内精确地响应输入电流。文献[5]研究了活套电机加速度受限条件下时间最短时的角度最优控制问题，实现了活套辊与带钢“软接触”定位控制.文献[6]利用最优控制中的极小值原理，解算了用恒值、连接工作、牛顿级小推力变轨的时间最短控制问题。 PID控制器是最早发展起来的控制策略之一，该类控制器所涉及的设计算法和控制结构
步进电机性能研究 摘要：本文从步进电机的基本原理入手，结合实际应用中出现的各种问题的解决方法，分析步进电机的控制原理，总结多元素影响下如何提高步进电机的工作性能。文中重点分析驱动器、驱动电压、加速度曲线、细分数等对电机性能的影响。 关键字：步进电机性能控制驱动器 一、步进电机在自动化领域中的地位 上世纪二十年代英国人最早研发了步进电机，到了五十年代后期，晶体管的发明被逐渐应用到步进电机的控制上，使得该微特电机机种得以发展。1958年我国开始对步进电机进 行研究，经过半个世纪的发展，我国步进电机市场形成了品种少规格繁多的形势。 步进电机以其体积小、成本低、控制简单、精度高、质量稳定等优点广泛应用于自动化控制领域，大到数控机床、印刷机、纺织机械、雕刻机，小到打标机、机器人、POS机、打 印机、仪器仪表、ATM机等，均应用了大大小小各种各样的步进控制。 二、步进电机简介 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，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 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。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。 三、影响步进电机使用性能的若干因素 步进电机型号选择 目前市场上销量最大的步进电机基本上都是两相混合式，步进电机根据安装尺寸的大小分为：20BYG、28BYG、35BYG、39BYG、42BYG、57BYG、60BYG、86BYG、110BYG、130BYG。步进电机除了法兰盘与机身长度有较大差异外，同一款法兰盘的电机也有若干细 分，电机的转矩随其机身的有效体积（机身长度*截面积）的增加而增大。 电机参数表及电机矩频曲线是电机选型的重要依据，下面以上海鸣志的24HS系列步进电机为例作选型分析。 表1：Bi-Polar 24HS1402N 0.73 1.6 2.8 870 123.23 40 5.66 280 1.54 24HS1403N 2.92 6.4 1.4 1060 150.14 40 5.66 280 1.54 24HS3401N 1.1 3.1 2.8 1800 254.96 95 13.46 560 3.08
摘要 随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电动机由于其将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行。因此，随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，并且在打印机、手工业自动控制、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、数控机床等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，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。通俗一点讲：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（即步进角）。您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；同时您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。 本设计基于Proteus 设计环境，运用了AT89C51芯片、数码管显示电路和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、按钮、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行两档调速。 关键词：步进电机，时序控制，正反转，调速
Abstract With the development of digital technology, digital control technology has been applied widely and deeply. Stepping motor because of its micro motor electric pulse signal into corresponding angular displacement or linear displacement, its most prominent advantage is that by changing the pulse frequency in a wide frequency range to achieve speed, quick start and stop, positive control and braking, and the composition of the open-loop system is simple, cheap, and very practical. Therefore, with the development of microelectronics and computer technology, the demand of stepping motor grow with each passing day, and in the printer, the handicraft industry automatic control, combined machine tool, robot, computer peripheral equipment, camera, has an extremely wide range of applications in many fields, projector, digital camera, CNC machine tools and other office automation equipment and various control device. Stepping motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the implementing agencies, its working principle is the use of electronic circuit, the power supply will be a DC component, phase sequence control current, the current in the motor power supply for the step, step motor to work properly, power driver for step motor time-sharing, multi-phase sequential controller. Popular point of view: when stepping drive receives a pulse signal, it drives stepper motor rotate in the direction set by a fixed angle (i.e. step angle). You can number of pulses to control the angular displacement of the control, so as to achieve the purpose of accurate positioning; at the same time, you can control the pulse frequency to control motor rotation speed and acceleration, so as to achieve the purpose of speed. The Proteus design environment based on AT89C51 chip, use, digital tube display circuit and stepper motor and 7 small power drive chip ULN2003A, buttons, lights and other auxiliary hardware circuit, the design of the stepper motor positive inversion and speed regulation system. Draw the flow chart of the software, the software design and program the source program, the joint debugging of hardware and software system. Positive inversion and speed control system of the stepping motor is reversing the stepper motor control function, but also on the stepper motor two stall speed. Key words：Stepper motor, timing control, reverse, speed
PLC控制步进电机应用实例 基于PLC的步进电机运动控制 一、步进电机工作原理 1. 步进电机简介 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。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；也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。 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的非常的简单 2. 步进电机的运转原理及结构 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A‘与齿5相对齐，（A‘就是A，齿5就是齿1）3. 旋转 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 步进电机的静态指标术语 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=度（俗称半步）。 4. 步进电动机的特征
目录 一、设计任务: (2) 二、步进电机概述： (2) 三、题目分析与整体构思: (4) 四、硬件电路设计: (7) 五、硬件验证: (10) 六、程序设计: (10) 七、系统仿真： (15) 八、感应子式步进电机工作原理： (17) 九、心得体会: (24) 参考文献: (25)
一、系统设计要求 步进电机作为一种电脉冲—角位移的转换元件，由于具有价格低廉、易于控、制、无积累误差和计算机接口方面等优点，在机械、仪表、工业控制等领域中获得了广泛的应用。本设计的具体要求是： 1. 设计制作一个步进电机控制电路，可以细分驱动和常规驱动。 2. 常规驱动状态转速四档可调并可实现正反转。 二、步进电机概述 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7.5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 1.5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 1.8度而五相步进角一般为 0.72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。 （一）步进电机的一些基本参数： 1.电机固有步距角： 电机固有步距角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0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°），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。 2.步进电机的相数： 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，它们的步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°
BF Bus Fault 总线故障——总线发生故障亮 SF System Fault 系统故障——模块硬件故障或者软件故障亮 RUN 运行——运行时亮 FRCE 强制——当强制变量时亮 STOP 停止——PLC处于停止状态时亮 1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？ 步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否则，将会损坏步进电机及驱动器。 2.什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？ “细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A 型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例，列表说明： 电机固有步距角运行拍数细分数电机运行时的真正步距角 0.9°/1.8°8 2细分，即半步状态0.9° 0.9°/1.8°20 5细分状态0.36° 0.9°/1.8°40 10细分状态0.18° 0.9°/1.8°80 20细分状态0.09°
步进电机控制系统建模及加减速曲线优化 王邦继;刘庆想;周磊;卜朗;李相强;张健穹 【摘要】为了优化步进电机开环控制系统,对其加减速曲线的控制性能进行了研究.以步进电机运行原理为基础,建立了两相混合式步进电机开环控制系统仿真模型,设计了一种与电机矩频特性更为符合且可以用于实时在线计算的抛物线型加减速曲线算法,并与典型的匀加减速曲线算法、指数型加减速曲线算法进行了仿真比较分析,最后进行了实验验证.仿真和实验结果均表明,在相同的控制周期内,抛物线型加减速曲线的最大无失步转动角度有了显著提高,同时其中间过程的位置跟踪误差和平衡位置处的残余振荡误差也较小.抛物线型加减速曲线具有更快速的动态响应能力,已在某相控阵列天线的单元相位控制中得到了应用.%To optimize open-loop control system of stepper motor , influence of acceleration and decelera-tion curves to stepper motor control performance was studied .Based on running principles of stepper mo-tor, the simulation model of the two-phase hybrid stepper motor open-loop control system was established . A parabolic acceleration and deceleration curve with real-time calculation was designed and compared to ordinary constant and exponential-type acceleration and deceleration curves by simulation .Finally , the experimental study of different running curves was carried out .The simulation and experiment results show that the parabolic curve has faster dynamic response rate and smaller position tracking error , and is suitable for the applications that response speed is highly required .The proposed control strategy has been successfully applied in phase control of the phased array antenna .
步进电机运动控制系统设计 设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序” 跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公 司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813。 本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该 汇编程序。 步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的系统中。在生产过程中要求自动化、省、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。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。随着微和 技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民领域都有应用。 步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。 步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时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。因此非常适合于单片机控制。步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。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7.5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1.5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1.8度而五相步进角一般为0.72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。 1.1步进电机的特点： 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温度高。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
资料范本 本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载 步进电机升降速曲线控制方法 地点：__________________ 时间：__________________ 说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容
步进电机升降速曲线控制方法 技术分类: HYPERLINK "https://www.doczj.com/doc/7619320960.html,/TechChannel/motion/Default.aspx" \t "_blank" 电机与运动控制发表时间：2007-07-09 在一些控制简单或要求低成本的运动控制系统中，经常用步进电机做执行元件。步进电机在这种应用场合下最大的优势是：可以开环方式控制而无需反馈就能对位置和速度进行控制。但也正是因为负载位置对控制电路没有反馈，步进电机就必须正确响应每次励磁变化。如果励磁频率选择不当，电机不能够移到新的位置，那么实际的负载位置相对控制器所期待的位置出现永久误差，即发生失步现象或过冲现象。因此步进电机开环控制系统中，如何防止失步和过冲是开环控制系统能否正常运行的关键。 失步和过冲现象分别出现在步进电机启动和停止的时候。一般情况下，系统的极限启动频率比较低，而要求的运行速度往往比较高。如果系统以要求的运行速度直接启动，因为该速度已超过极限启动频率而不能正常启动，轻则可能发生丢步，重则根本不能启动，产生堵转。系统运行起来以后，如果达到终点时立即停止发送脉冲串，令其立即停止，则由于系统惯性作用，电机转子会转过平衡位置，如果负载的惯性很大，会使步进电机转子转到接近终点平衡位置的下一个平衡位置，并在该位置停下。 &nbs p; 为了克服失步和过冲现象，应在步进电机启停时进行如图1所示的升降速控制。 从图 1 可以看出，L2段为恒速运行，L1 段为升频，L3段为降频，按照“失步”的定义，如果在 L1 及 L3 段上升及下降的控制频率变化大于步进电机的响应频率变化，步进电机就会失步，失步会导致步进电机停转，经常会影响系统的正常工作，因此，在步进电机变速运行中，必须进行正确的升降速控制。 以下按不同的控制单元，介绍几种常用的步进电机升降速控制方法。 1、运动控制卡作上位控制单元——以MPC01系列运动卡为例
目录 1 总体方案的确定 (1) 1.1 对步进电机的分析 (1) 1.2 电机的控制方案 (2) 1.3 控制算法的方案 (3) 1.4 串口通讯的模拟 (3) 2 硬件的设计与实现 (4) 2.1 微处理器的选择 (4) 2.2 控制电路的实现 (4) 2.3 键盘和显示电路 (6) 3 软件的设计与实现 (7) 3.1 控制信号输入程序 (7) 3.2 步进电机控制程序设计 (8) 3.3 程序分析及说明 (10) 4 系统的仿真与调试 (11) 4.1 程序的调试 (11) 4.2 串口通信的调试 (11) 4.3 调试结果及分析 (12) 5 设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
步进电机速度控制系统设计 1 总体方案的确定 系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。 1.1 对步进电机的分析 步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。 步进电机的工作就是步进转动。在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。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（即步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。本设计是用单片机输出可调脉冲作为单片机的控制信号，通过改写脉冲频率调节单片机转速。 常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，但噪声和振动都很大。混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点,它又分为两相和五相,应用最为广泛。单片机管脚输出电压一般不足以驱动步进电机转动，所以需要在单片机和步进电机之间加入驱动电路。
步进电机转矩波动抑制方法
步进电机转矩波动抑制方法 步进电机是一种常见的电动机，其特点是可以按照一定的步进角度进行运动。然而，步进电机在运动过程中常常会出现转矩波动的问题，这会导致电机运动不稳定，影响工作效率和精度。因此，我们需要采取一些方法来抑制步进电机的转矩波动。 首先，我们可以通过优化步进电机的控制算法来减小转矩波动。传统的步进电机控制算法是开环控制，即根据事先设定的脉冲信号来驱动电机运动。这种方法容易出现转矩波动，因为电机的实际运动状况与理论脉冲信号可能存在偏差。因此，我们可以考虑采用闭环控制算法，即通过传感器实时测量电机的位置或速度，并根据测量结果调整脉冲信号，使电机的运动更加稳定。 其次，我们可以通过改进步进电机的结构来减小转矩波动。步进电机通常由定子和转子组成，其中定子是电磁线圈，转子是永磁体。传统的步进电机结构存在转矩波动的问题，因为电磁力的大小与转子位置有关。因此，我们可以采用细分步进电机的结构，即将电磁线圈细分为多个部分，使得电磁力的大小更加均匀，从而减小转矩波动。
另外，我们还可以通过优化步进电机的供电系统来减小转矩波动。步进电机的供电系统通常由直流电源和驱动器组成。传统的供电系统存在转矩波动的问题，因为直流电源输出的电流不稳定。因此，我们可以采用细分驱动器来改善供电系统，即将直流电源的输出电流细分为多个级别，使得电机供电更加稳定，从而减小转矩波动。 最后，我们还可以通过加装减振装置来减小步进电机的转矩波动。减振装置可以有效地吸收步进电机运动过程中产生的震动和振动，从而减小转矩波动。常见的减振装置包括减震垫、减震螺杆等，这些装置能够将步进电机的振动能量转化为其他形式的能量，使电机的运动更加平稳。 综上所述，步进电机的转矩波动是一个常见的问题，但我们可以通过优化控制算法、改进电机结构、优化供电系统和加装减振装置等方法来抑制转矩波动，从而提高步进电机的运动稳定性和工作效率。
步进电机共振点计算及抑制 步进电机的共振点是指当控制器输出的脉冲频率等于步进电机的共振频率时，步进电机会出现共振现象。共振会导致步进电机失去控制，无法正确运动，严重时还有可能损坏驱动器或电机。因此，需要计算共振点并采取措施进行抑制。 步进电机的共振频率与其机械结构和控制器的驱动方式有关。一般来说，共振频率与步进电机的转子质量、转子惯量、转子强度、定子弹性等特性有关。步进电机的共振频率一般在50Hz至1000Hz之间。 计算步进电机的共振频率可以通过以下公式计算得出： f_res = n * m / (p * 60) 其中，f_res为共振频率，n为步进电机的转速，m为步进角度，p为步进电机的极对数。 例如，一个2相4线式的步进电机，每步进角度为1.8度，转速为1500RPM，则其共振频率可以计算为： f_res = (1500 * 1.8) / (4 * 60) = 9kHz 这就是该步进电机的共振频率。 为了抑制步进电机的共振现象，可以采取以下措施： 1.调整脉冲频率：可以通过调整控制器输出的脉冲频率，使其远离步进电机的共振频率。一般来说，将脉冲频率设置在共振频率的两倍以上，可以有效避免共振现象的发生。
2.减小机械共振：可以通过增加步进电机的刚度和降低机械共振频率，来抑制共振现象。例如，在电机安装过程中，可以采用加厚底座、安装绕 射片等方式来减小共振频率。 3.使用阻尼器：阻尼器可以通过吸收共振能量，来减小共振的影响。 通过在步进电机上添加阻尼器，可以有效降低共振现象的发生。 4.优化控制器参数：通过调整控制器的参数，如电流大小、脉冲宽度等，可以减小共振的发生。一般来说，增加电流大小可以增加步进电机的 刚度，从而减小共振的发生。 综上所述，步进电机的共振频率可以通过公式计算得出，并且可以通 过调整控制器输出的脉冲频率、减小机械共振、使用阻尼器和优化控制器 参数等方式进行抑制。这些措施可以有效地避免步进电机的共振现象，保 证其正常运行。