步进电机控制系统设计 Last revision date: 13 December 2020.
电气及自动化课程设计报告题目步进电机控制系统设计
课程电机与拖动
学生姓名：
学生学号：
年级： 2014级
专业：自动化
班级： 2班
指导教师：
机械与电气工程学院制
2017年3月
目录
步进电机控制系统设计
1设计的任务与要求
课程设计的任务
步进电机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它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，快速启停，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，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制设备等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。课程设计的要求
本次实验是基于单片机的控制系统设计，用汇编语言和C语言编写出电机正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出来。本次课程设计介绍步进电机以及单片机工作原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。
2 步进电机控制系统设计方案制定
步进电机工作的原理
步进电机的工作原理就是步进转动，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或者是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率（f）成正比，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，而不受负载变化影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个歩距角。
步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机驱动器。典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成，步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号。每发一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个歩距角，即步进一步。步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频
率的高低。控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或者逆时针旋转。通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。步进电机驱动器一旦接收到来自控制器方向的信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。控制电路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路在出现短路、过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。
如图1所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四项反应式步进电机工作原理图。
图1 四项步进电机步进示意图
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。以此类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子就会沿着A、B、C、D反向转动。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2所示。
a.单四拍
b.双四拍
c.八拍
图2 步进电机工作时序波形图
单片机的原理
（1）单片机原理概述
单片机是把微型计算机主要部分都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。图3中表示单片机的典型结构。由于单片机的高度集成化，缩短了系统内的信号传送距离，优化了系统配置，大大地提高了系统的可靠性及运行速度，
同时它的指令系统又很适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备控制中得到了广泛的应用。
图3 典型单片机结构
（2）AT89C51简介
AT89C51含E2PROM电可编闪速存储器。有两级或三级程序存储器保密系统，防止E2PROM中的程序被非法复制。不可用紫外线擦除，调高了编程效率。程序存储器E2PROM容量可达20K字节。AT89C51的主要参数如表1所示。
表1 AT89C51的主要参数表
型号定时器I/O串行口中断速度其他特点
89C512321624低电压
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，用工业标准的MCS—51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其引脚如图4所示。
图4 单片机的引脚排列
3 仿真软件介绍
Proteus软件介绍
Proteus软件是英国Labcebter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 Proteus是世界上着名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。
Keil-uvision4软件介绍
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。C51工具包的整体结构，其中Vision与Ishell 分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件
(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
4 步进电机控制系统电路仿真设计
驱动部分
如图5所示，此电路是步进电机的驱动部分，选用的是ULN2001芯片来驱动的，ULN2001系列是一款高耐压，大电流达林顿管驱动器，包含7个NPN达林顿管。
图5 驱动部分
时钟部分
时钟电路它控制计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度，本次设计采用的晶振为12MHz。如图6所示。
图6 时钟部分
复位部分
根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电位复位和上电或者开关复位。本次设计使用上电复位。如图7所示。
图7 复位部分
基本电路的最后一个部分是存储器的设置，如果31引脚接电源，则采用
内部存储器，如果31脚接地，则采用外部存储器。将时钟电路、复位电路连接
并设置好存储器，就构成了最小系统。这是做任何单片机设计都必须有的部
分。
状态指示部分
状态指示用P0口控制LCD的显示，STA显示的是转动的速度，RUN显示的
是机器是否运转，用它来表示步进电机所处的状态。如图8所示。
图8 状态指示部分
按键部分
本次设计选用的是单片机的P2口来控制信号的输入，所以把按键开关和P2
口连接起来，当按下开关KEY1时，相当于给口一个低电平，开始转动；当按下
开关KEY2时，相当于给口一个低电平，步进电机反转，相反则正转；当按下开
关KEY3时，相当于给口一个低电平，调节转速。如图9所示。
图9 按键部分
系统程序框图
系统分为电机正转、电机反转、开始与转速的几部分组成，其主程序框图如
图10所示。
图10 系统程序图
系统整图
系统整图如图11所示，本系统采用外部中断方式，P2口为信号的输入部
分，P0口为发光LCD显示部分，P1口作为电机的驱动部分。
图11 系统整图
元器件清单
根据以上原理图，本次设计所需要的一些元器件如下表：
表2 元器件列表
序号标号器件名称数值
1C1、C2电容30PF、30PF
2R1、R2、R3、R4电阻1K、10K、10K、10K
3X1晶振12MHz
4C3电解电容30PF
5LCD1液晶显示屏
6RP1排阻
7按钮
8步进电机
5 步进电机控制系统电路仿真设计方案的仿真实现
（1）速度1正转。运行程序，闭合开始按钮，断开正/反转按钮，速度按钮为速度1。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：Z SPD：1UN RUN：ON 步进电机显示转速为+127。如图12所示。
图12 速度1正转
（2）速度1反转。运行程序，闭合开始按钮，闭合正/反转按钮，速度按钮为速度1。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：F SPD：1UN RUN：ON 步进电机显示转速—149。如图13所示。
图13 速度1反转
（3）速度1正转停止。运行程序，断开开始按钮，断开正/反转按钮，速度按钮为速度1。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：Z SPD：1UN RUN：OFF 步进电机显示转速+138。如图14所示。
图14 速度1正转停止
（4）速度1反转停止。运行程序，断开开始按钮，闭合正/反转按钮，速度按钮为速度1。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：F SPD：1UN RUN：OFF 步进电机显示转速—117。如图15所示。
图15 速度1反转停止
（5）速度2正转。运行程序，闭合开始按钮，断开正/反转按钮，速度按钮为速度2。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：Z SPD：2UN RUN：ON 步进电机显示转速为+205。如图16所示。
图16 速度2正转
（6）速度2反转。运行程序，闭合开始按钮，闭合正/反转按钮，速度按钮为速度2。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：F SPD：2UN RUN：ON 步进电机显示转速为—223。如图17所示。
图17 速度2反转
（7）速度2正转停止。运行程序，断开开始按钮，断开正/反转按钮，速度按钮为速度1。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：Z SPD：2UN RUN：OFF 步进电机显示转速为+221。如图18所示。
图18 速度2正转停止
（8）速度2反转停止。运行程序，断开开始按钮，闭合正/反转按钮，速度按钮为速度2。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：F SPD：2UN RUN：OFF 步进电机显示转速为—241。如图19所示。
图19 速度2反转停止
（9）速度3正转。运行程序，闭合开始按钮，断开正/反转按钮，速度按钮为速度3。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：Z SPD：3UN RUN：ON 步进电机显示转速为+307。如图20所示。
图20 速度3正转
（10）速度3反转。运行程序，闭合开始按钮，闭合正/反转按钮，速度按钮为速度3。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：F SPD：3UN RUN：ON 步进电机显示转速为—332。如图21所示。
图21 速度3反转
（11）速度3正转停止。运行程序，断开开始按钮，断开正/反转按钮，速度按钮为速度3。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：Z SPD：3UN RUN：OFF 步进电机显示转速为+315。如图22所示。
图22 速度3正转停止
（12）速度3反转停止。运行程序，断开开始按钮，闭合正/反转按钮，速度按钮为速度3。LED1液晶显示屏显示数据如下：STA：F SPD：3UN RUN：OFF 步进电机显示转速为—346。如图23所示。
图23 速度3反转停
6.总结
本次步进电机控制系统课程设计采用单片机为控制核心，利用其强大的功能，把按键电路和LCD显示电路，电机驱动电路有机的结合起来，组成一个操作方便，交互性强的简单系统。通过系统的设计实现了预期的设计目标。完成了整个硬件设计和软件编程，能通过按键电路控制步进电机的转速控制，能实现启动、正转、反转、速度控制；通过编程实现了通过单片机能输出四相八拍的脉冲控制序列。驱动电路能提供12V，的驱动信号；整个电机的转速，转动
方向等都能通过LCD管显示出来。
在本设计中作为电机正常工作比较重要的电机驱动模块，本设计中采用驱动芯片ULN2001来实现的，其特点是成本低，可靠性高，出现问题容易维护，实现相对容易等特点。在电机工作模式上本设计实现了四相八拍的脉冲控制方式。
7 参考文献
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[6]吴玉香，李艳，刘华，毛宗源.电机及拖动. 北京：化学工业出版社，2013
年：117-125.
附录：
C程序：
#include""
#include""
#include""
#define busy 0x80
#define uchar unsigned char
#define unit unsigned int
sbit RS=P2^3;
sbit RW=P2^4;
sbit E=P2^5;
sbit KEY1=P2^0;
sbit KEY2=P2^1;
sbit KEY3=P2^2;
uchar code tab[8]={0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09,0x01,0x03}; uchar temp;
void delay(uchar k)
{
unit i,j;
for(i=0;i { for(j=0;j<60;j++) {;} } } void test_1602busy() { P0=0xFF; E=1; RS=0; RW=1; _nop_(); _nop_(); while(P0&busy) { E=0; _nop_(); E=1; _nop_(); } E=0; } void write_1602Command(uchar co) { test_1602busy(); RS=0; RW=0; E=0; _nop_(); P0=co; _nop_(); E=1; _nop_(); E=0; } void write_1602Data(uchar Data) { test_1602busy(); P0=Data; RS=1; RW=0; E=1; _nop_(); E=0; } void init_1602(void) { write_1602Command(0x38); delay(5); write_1602Command(0x01); delay(5); write_1602Command(0x06); delay(5); write_1602Command(0x0F); delay(5); write_1602Command(0x0C); } void DisplayOneChar(uchar X, uchar Y, uchar DData) { Y&=1; X&=15; if(Y)X|=0x40; X|=0x80; write_1602Command(X); write_1602Data(DData); } void display_1602(uchar *DData,X,Y) { uchar ListLength=0; Y&=0x01; X&=0x0F; while(X<16) { DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]) ; ListLength++; X++; } } void main() { uchar i=0; uchar delay_v=100; uchar flag=0; P1=0xFF; P2=0xFF; init_1602(); display_1602("STA: SPD: ",0,0); display_1602("RUN: ",0,1); while(1) { if(KEY2==1)DisplayOneChar(4,0,'Z'); else DisplayOneChar(4,0,'F'); if(KEY3==0) { i++; i=i%3; while(KEY3==0) {;} } switch(i) { case 0:delay_v=100;DisplayOneChar(13,0,'1');break; case 1:delay_v=75;DisplayOneChar(13,0,'2');break; case 2:delay_v=100;DisplayOneChar(13,0,'3');break; } if(KEY1==0) { display_1602(" RUN:ON ",0,1); if(flag==0) { if(KEY2==1) { temp=0; P1=tab[temp]; flag=1; delay(delay_v); } if(KEY2==0) { temp=6; P1=tab[temp]; flag=1; delay(delay_v); } } if(KEY2==1) { temp++; if(temp==8) {temp=0;} P1=tab[temp]; delay(delay_v); } if(KEY2==0) { temp--; if(temp==0xFF) {temp=7;} P1=tab[temp]; delay(delay_v); } } else display_1602(" RUN:off ",0,1); } } 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° 综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日 两相步进电机课程设计报告 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。 关键字: 步进电机单片机 安徽技术师范学院学报,2002,16(4):61～63Journal of Anhui T echnical Teachers College 单片机控制步进电机系统设计 刘国永1 陈杰平2 (1.蚌埠高等专科学校机械电子系,安徽蚌埠 233030;2.安徽技术师范学院工程技术系,安徽凤阳 233100) 摘 要:本文提出了采用单片机控制步进电机方案,可以从键盘输入步进电机相关数据,步进电机根据这些数据来进行工作,并且可根据需要,实时对步进电机工作方式进行设置,具有实时性和交互性的特点。 关键词:单片机;步进电机;系统;设计 中图分类号:TM 301.2 文献标识码:A 文章编号:1007-3302(2002)04-0061-03 目前,步进电机在工业生产及一些仪器上应 用十分广泛,但步进电机的驱动信号往往还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产生,缺乏灵活性、可靠性。在一些智能化要求较高的场合,用模拟芯片控制器及信号发生器来控制步进电机有一定的局限,可以采用单片机控制步进电机以改进其性能。1 实现原理 1.1 分析 以反应式步进电机为例,其典型结构图如图1所示。这是一个四相步进电机,当相控制绕组接通脉冲电流时,在磁拉力作用下使相的定、转子对齐,相邻的B 相和D 相的定、转子小齿错开。若换成B 相通电,则磁拉力使B 相定、转子小齿对齐(转过),而与B 相相邻的C 相和A 相的定、转子小齿又错开,即步进电机转过一个步距角。若按A ※B ※C ※D ※A …规律循环顺序通电,则步进电机按一定方向转动。若改变通电顺序为A ※D ※C ※B ※A ,则电机反向转动。这种控制方式称为四相单四拍。若按AB ※BC ※CD ※DA ※AB 或A ※AB ※B ※BC ※C ※CD ※D ※DA ※A 顺序通电则称为四相双拍或四相单、双八拍。无论采用哪种控制方式,在一个通电循环内,步进电机的转角恒为一个齿距角。所以,可以通过改变步进 收稿日期:2002-10-14 电机通电循环次序来改变转动方向,可以通过改 变通电频率来改变其角频率。运用单片机的输出功能,通过编程实现输出四个信号分别给步进电机的四相A 、B 、C 、D ,并通过输出时信号的循环次序,来设定步进电机的转动方向及输出信号的频率以便设定步进电机的转动频率。 图1 反应式步进电机结构图 1.2 实现原理 采用单片机产生A 、B 、C 、D 的四相信号,当采用单片机进行控制时,需要在单片机和步进电机中间设隔离电路以使强弱电分离。由于步进电机的驱动电流相对较大,可增设放大电路来提供步进电机的工作电流。系统电路由五部分组成,即单片机、隔离、放大、电源及步进电机。2 硬件部分设计2.1 单片机电路 为减少成本,本系统采用8031单片机,为了便于升级,采用27256EPROM ;另外,扩展RAM 伺服电机工作原理及和步进电机の区别 2010-03-30 17:14 伺服电机内部の转子是永磁铁，驱动器控制のU/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场の作用下转动，同时电机自带の编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动の角度。伺服电机の精度决定于编码器の精度（线数）。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到の电信号转换成电动机轴上の角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩の增加而匀速下降.。 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术の发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出の发展，各国著名电气厂商相继推出各自の交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统の主要发展方向，使原来の直流伺服面临被淘汰の危机。90年代以后，世界各国已经商品化了の交流伺服系统是采用全数字控制の正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域の发展日新月异。 永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统の快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小の体积和重量。 伺服和步进电机 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应の角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲の功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量の脉冲，这样，和伺服电机接受の脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确の控制电机の转动，从而实现精确の定位，可以达到0.001mm。 步进电机是一种离散运动の装置，它和现代数字控制技术有着本质の联系。在目前国内の数字控制系统中，步进电机の应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统の出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制の发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）弹性联轴器，但在使用性能和应用场合上存在着较大の差异。现就二者の使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为 单片机控制步进电机驱动器工作原理 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。 本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍 图2.步进电机工作时序波形图 2.AT89C2051 步进电机驱动器系统电路原理如图3： 文理学院芙蓉学院课程设计报告 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化1001班学号：40 学生：志航 指导教师：建英 完成时间： 2013年 6月13 日 报告成绩： 芙蓉学院教学工作部制 摘要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理，提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术，该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成，单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词：单片机；正弦脉宽调制；混合式步进电机；细分驱动 Abstract In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The system's whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller，SPWM，Hybrid stepper motor，Micro-stepping driver 第13章步进电动机传动控制系统 教学内容 13.1 步进电动机 13.2 步进电动机的环形分配器 13.3 步进电动机的驱动电路 13.4 步进电动机的运行特性及选用中应注意的问题 教学安排 本章安排2个学时，采用多媒体授课。 知识点及其基本要求 1．掌握步进电动机步矩角和步进电动机转速的数学表达式及其物理意义； 2．掌握步进电动机的结构、运行特性及影响因素。 重点和难点 重点 掌握步进电动机的通电方式和主要性能指标。 难点 步进电动机的矩角特性和矩频特性。 教学设计 1.了解步进电动机的结构和工作原理，掌握步进电动机的通电方式和求解步距角与转速的公式。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移 或线位移的机电执行元件。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， 即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步 距角。 (1)步进电动机的结构 右图所示为一台三相反应式步进电动机的 结构示意图，定子有6个磁极，每两个相对 的磁极上绕有一相控制绕组。转子上装有四个 凸齿。 图13-1 步进电动机结构图 （2）步进电动机的基本工作原理 步进电机的工作原理同电磁铁的工作原理，磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点。 图13-2 三相反应式步进电动机的工作原理图 通电顺序A-B-C-A，转子便按顺时针方向一步步转动。每换接一次，转子前进一个步距角。通电顺序改为A-C-B-A便可反向旋转。 （3）步进电机的通电方式 三相单三拍 通电顺序：A-B-C-A或A-C-B-A，步距角30度（齿距90度） 特点：每次只有一相控制绕组通电吸引转子，易引起在平衡位置振荡，稳定性差，绕组通电换极时易失步。 双三拍 通电顺序：AB-BC-CA-AB或反过来，步距角30度（齿距90度） 特点：始终有两相通电，感应力矩大，静态误差小，定位精度高，工作稳定，不易失步。 三相六拍 通电顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A步，距角15度（齿距90度）或A-AB-B-BC-C-CA-A 特点：单、双相轮流通电，通电状态增加一倍、步距角减少一半，但具有双三拍的特点。 （4）小步距角步进电动机 步距角步进电机的一般要求:转子齿数Z必须满足当一相磁极下定子与转子齿数相对时,下一磁极下定子与转子齿的位置错开齿距的1/m,m为相数。 步进电机和伺服电机的系统控制 只要有软件的支持，这里将不再有猜测性的工作。 运动的控制者---软件：只要有了软件，它可以帮助我们配置改装、诊断故障、 调试程序等。数控电动机的设计者会是一个微软窗口——基于构件的软件开发工具，可以为6000系列产品设置代码，同时可以控制设计者与执行者的运动节目，并创造一个定制运营商的测试小组。运动建筑师的心脏是一个空壳，它可以为进入以下模 块提供一个综合环境。 1. 系统配置——这个模块提示您填写所有相关初成立信息启动议案。配置向具体6000 系列产品的选择，然后这些信息将用于产生实际的 6000 - 语言代码，这 是你的开始计划。 2. 程序编辑器——允许你编辑代码。它也有可行的“帮助”命令菜单。A用户指 南提供了相关的磁盘指南。 3. 终端模拟器——本模块，可让您直接与 6000 系列产品互动。他所提供的“帮 助”是再次参考所有命令和定义。 4. 测试小组——你可以使用本模块，模拟程序，调试程序，并跟踪检测程序。 因为它的对话窗口，你能很容易的知道怎么使用它。 运动建筑师已经将所有的 6000 系列产品都运用在了步进电机和伺服电机的技术 上。因为丰富的对话窗口和6000系列语言，使得你能够从简单到复杂的解决问题。运动建筑师的6000系列产品的标准配置工具，能够使得这些控制器更加简单， 相当大的缩短项目开发时间。它的另外一个增值特点是使用 6000 伺服控制器的调 谐助手。基于调谐价值观，这个额外的模块可以以图形化的方式为你展示各种参数。看看这些参数是如何让变化的。用运动的建筑师，你可以一次性打开多个窗口。举 例来说，无论是程序编辑器和终端模拟器窗口，你都可以打开运行程序，得到信 息，然后改变这一程序。运动建筑师可以利用在线帮助，在整个互动接触内容中为 数控电机6000系列软件做参考指南。 从简单到复杂的解决应用 伺服控制是你用伺服调谐器软件控制。数控电机与6000系列伺服控制器相结合 并应用伺服调谐器软件。伺服调谐器是一个新增功能模块，它扩展和提高运动建筑 师的能力。议案建筑师与伺服调谐器结合起来，以提供图形化的反馈方式，反馈实 时运动信息并提供简便环境设置微调收益及相关制参数以及提供文件操作，以保存 并记得微调会议。 请你用运动工具箱软件解决自己的运动控制。运动工具箱实际上是一个为数控 电机和6000系列运动控制器而设计的广泛应用的虚拟图标式编程仪器。 当使用运动工具箱与虚拟编程仪时，编程6000 系列控制器实质上是完成连接图 形图标，或加上形成框图使之可见。运动工具箱中包含了1500多条命令，状态栏，实例等。所有的命令、状态栏、实例都包括可视的来源图表，使您可以修改他们， 如果有必要，可以满足您的特殊的需要。运动工具箱同时还具有一个可视窗口，基 于安装程序和一个全面的用户手册，可以帮助您运行得更好更快。 软件电脑辅助运动应用软件 compucam compucam是基于微软的编程包，它能从 CAD 程序、示波器文档、数控程序和产生6000系列数控电机密码相兼容的运动控制器中输入几何图形。购买数控电机是可行的，因为 compucam 是一个附加模块，是运动建筑师的菜单栏，它是作为公用部分 而被引用的。程序从compucam开始运行CAD 软件包。一旦程序被起草创作，它就 会被保存为DXF文件，或惠普-吉尔段文档，或G代码数控程序。这些几何图形然 北京工业大学电子课程设计报告 （数电部分） 题目：步进电机 目录 一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 二、设计任务和设计要求 1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3 三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------4 1.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------4 2.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------5 3.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------6 4.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------10 5.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11 四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------12 1.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------12 2.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13 五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14 六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------15 1.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------15 2.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------15 3.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16 基于单片机的步进电机驱动控制系统的设计 发表时间：2017-06-13T14:46:19.210Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：李广军[导读] 摘要：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。 （天津松正电动汽车技术股份有限公司, 天津 300308） 摘要：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。因此，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。本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，利用单片机自身的定时中断，来达到对步进电机的连续调速进行分析，并采用优化合理的步进电机驱动电路，以实现将外围器件有机结合。 关键词：单片机,步进电机,控制系统 1 引言 步进电机作为一种优秀的动力给予设备可以说在当今社会的各个领域中无处不在。随着工业生产水平的不断发展,以步进电机作为控制核心的传动设备在工业控制等领域得到了广泛的应用,包含机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、计算机外部应用设备等领域,步进电机的影子无处不在。中国作为一个制造业大国,生产车间中的流水线是企业完成产品组装和产品加工的重要场所,而步进电机在流水线设备中起到的动力作用至今仍然无法替代。 本课题的研究思路即为:采用单片机作为控制核心,实现对步进电机的精确控制。并将这种控制系统应用在生产车间的流水线传动设备中,增加了该控制系统的实效性和操作性。同时,由于单片机的高速性和精确性使得系统的设计在大为简化的同时又能实现精确控制,且应用成本低廉,因此可广泛应用在各行各业领域中。 2 步进电机驱动控制系统框图 步进电机控制系统有着精确控制、运行稳定的特性,这一其他电机不能比拟的优势使得步进电机得到了广泛的应用。而一般对步进电机控制系统的驱动必须要包含脉冲信号发生部分,功放部分和驱动控制部分等几个模块电路,我们根据这些通过的模块电路,可将步进电机控制系统的通用框图绘制如下: 在图2-1的步进电机驱动控制系统方框图中,控制步进电机运行状态的脉冲信号一般由集成芯片产生,可以是单片机、PLC等智能芯片,也可以是一般的数字电路集成芯片。信号分配环节则要根据步进电机的型号来选择,如四相步进电机有四相四拍和四相八拍2种信号分配的方式;两相步进电机有两相四拍和八拍等脉冲加载形式。功放部分在驱动环节上显得尤为重要。动态平均电流是步进电机转矩大小的决定因素,前提条件是电机的速度。电机力矩与平均电流成正比,驱动系统对电机的反电势消弱越多,则平均电流就越大。 我们一般可以用恒压和恒压串电阻的方法来驱动,或者在条件允许的情况下我们可以用高低压驱动、恒流和细分数等方法来驱动.实际的应用过程种,多采用数字集成驱动芯片作为步进电机的驱动手段。 由于步进电机是典型的脉冲控制运转设备,而8051系列单片机以其I/O口多,体积小,成本低廉,外围电路连接方便,可编程控制等综合优势越来越多的被引入到步进电机控制系统中使用,逐渐成为国内外控制步进电机的主流方式。本文所设计的步进电机驱动控制系统也是以8051单片机为核心的嵌入式开发控制系统。 3 步进电机驱动控制系统功能 基于单片机的步进电机驱动控制系统是一个实际应用与工业生产的系统。本设计在综合考虑系统设计等各方面因素后,明确该系统应具备如下功能: 硬件部分(1)单片机和步进电机运行所需的平稳电压;(2)液晶显示模块;(3)控制步进电机运行状态的键盘;(5)时钟电路与复位电路;(6)步进电机运行的驱动和功率放大电路设计;(7)用PROTEUS对整个系统进行硬件设计、仿真和对系统输出进行测试。 软件部分(1)系统复位初始化;(2)键盘扫描与处理;(3)液晶显示器初始化扫描程序;(4)定时器中断服务程序;(5)步进电机正转控制程序;(6)步进电机反转控制程序;(7)步进电机加速控制程序;(8)步进电机减速控制程序;(9)步进电机停转控制程序;(10)步进电机运行节拍控制程序。 4 步进电机驱动控制系统原理 本系统以AT89C51单片机作为核心,通过外部扩展其他硬件完成对步进电机运行状态的显示。AT89C51单片机有40个引脚,我们用P1 口的P1.0-P1.4引脚扩展步进电机运行状态控制键盘,设计完成后,包括停止、正转、反转、加速、减速一共五个按键。P0.0,P0. 1, P0.2,P0. 3四个引脚分别和与非门芯片7404的输入端相连用于扩展步进电机运行的驱动控制芯片-ULN2003A。P2口所有引脚和P3口的部分引脚用于外接AMPIRE128*64液晶显示模块。P2口连接AMPIRE128*64液晶显示模块的DB0-DB7,用于单片机和液晶显示模块的数据传输,P3. 2,P3. 4, P3. 5分别与AMPIRE128*64液晶显示模块的RS,R/W, E相连完成数据的显示,具体来说:。R/W为读写信号线,RS为数据指令选择端,E端为使能端子。在实际工作时,当R/W为低电平,E为信号下降沿时锁存DB0-DB7的数据;R/W为高电平,E为信号上升沿时,DDRAM的数据读到DB0-DB7中。P3.0,P3. 1分别与液晶显示模块的CS1 (左半屏片选端)和CS2 (右半屏片选端)相连用于对液晶模块的显示进行编程设置。 步进电机驱动控制部分采用专用芯片ULN2003A进行控制,其输出管脚1C一4C连接四相六线步进电机的相序控制端。COM端连接+12V 电源用于对其工作进行供电。当然IJLN2003A在接入单片机控制脉冲时必须连接限流电阻,。由于单片机和步进电机的供电电压分别是+5V 和+12V,因此本系统电源部分采用的是双电源供电电路,即釆用一套供电电路,分别输出+5V和+12V电压给系统供电。具体设计上采用从220V 市电引入交流电,通过变压器降压得到约15V的交流信号,再通过二极管进行桥式整流得到直流信号,通过滤波电路先与LM7812芯片相连得到+12V电压,再经过滤波处理与LM7805芯片相连得到+5V电压。在实际制作电源PCB电路板的时候,由于电源部分釆用双电源供电且含有较强的交流信号,干扰较大,考虑到步进电机控制系统的稳定性,因此对电源部分单独成板。 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。其结构如图3.7所示。 混合式步进电机特点: HB兼有PM和VR式步进电机的特点： 步距角可以做得较小(0.9~3.6°)； 无励磁时具有保持力； 可以产生较大转矩，应用较广。 目录 第1章 DSP步进电机控制系统简介 (1) 1.1 TMS320LF2407 DSP简介 (1) 1.2两相步进电机结构 (2) 1.3两相步进电机的原理 (3) 1.4两相步进电机的供电方式 (3) 第2章 DSP硬件系统设计 (4) 2.1 系统总框图 (4) 2.2 各硬件介绍 (4) 2.2.1 TMS320LF2407芯片说明 (4) 2.2.2电源电路 (5) 2.2.3复位电路 (6) 2.2.5 LED电路 (7) 2.2.6 RAM (7) 2.2.7 步进电机驱动电路 (8) 2.2.8 74LS08电路 (9) 第3章软件设计 (10) 3.1 程序设计思路 (10) 3.2 程序流程图 (10) 3.3 程序设计 (11) 3.3.1 初始化程序 (11) 3.3.2 键盘扫描程序 (12) 3.3.3 中断服务程序 (13) 3.3.4 主程序 (14) 第4章编程与调试 (18) 4.1 调试步骤 (18) 4.2 调试结果 (19) 第5章致谢与总结 (20) 附录 (21) 总电路原理图 (21) 参考文献 (22) 第1章 DSP步进电机控制系统简介 1.1 TMS320LF2407 DSP简介 TMS320LF240x系列DSP是专为数字电机控制和其它控制系统而设计的。它内部不但有高性能的C2xx CPU内核，配置有高速数字信号处理的结构，且有单片电机控制的外设。TMS LF2407将数字信号处理的高速运算功能与面向电机的强大控制功能结合在一起，成为传统的多微处理器单元和多片系统的理想替代品，可用于控制功率开关转换器，可提供多电机的控制等。TMS LF2407采用诸如自适应控制、卡尔曼滤波和控制等先进的控制算法，支持多项式的高速实时算法，因而可减少力矩纹波、降低攻耗、减少振动，从而延长被控设备的寿命，TMS320LF2407采用4级流水线结构与改进的哈佛结构。片内外设及存储器资源如下: （1）双8路或单16路的10位A/D转换器，转换时间为375ns（该指标视型号而不同）。 （2）片内存储器：32K字闪存、2.5K字RAM，其中包含544字的双端口RAM(DARAM)，2K字的单端口RAM(SARAM)。 （3）41个可独立编程的多路复用I/O引脚。 （4）两个事件管理器EV A、EVB，适用于控制各种类型的电机，为工业自动化方面的应用奠定了基础。两个事件管理器EV A、EVB包含有如下资源：2个16位通用定时器；8个16位PWM通道；对外部事件进行定时捕捉的3个捕捉单元，其中2个具有直接与光电编码器输出脉冲相连接的能力；防止击穿故障的可编程PWM死区控制。 （5）串行通信接口SCI模块。 （6）串行外设接口SPI模块。 （7）带锁相环PLL的时钟模块。 （8）5个外部中断（复位、两个驱动保护中断与两个可屏蔽中断）。 伺服电机工作原理及和步进电机的区别 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降.。 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制滚珠丝杆，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。 永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性波纹管联轴器。⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 伺服和步进电机 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。 步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）弹性联轴器，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。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机床的步进电机，其步距角为0.09°；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1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，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。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 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膜片联轴器，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 1 引言 课程设计任务和要求 课程设计任务: 设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。 要求完成的主要任务: （1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。 （2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。 （3）写出设计说明书。 课程任务要求: （1）查阅资料，确定设计方案 （2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图 （3）画出流程图，编写控制程序 （4）撰写课程设计说明书 2 步进电机的概述 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）。 步进电机的工作原理 步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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。 步进电机的技术参数 1)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，然后一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 2)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°/°（表示半步工作时为°、整步工作时为°），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。 3)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°/°、三相的为°/°、五相的为°/°。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。步进电机控制系统
两相步进电机控制系统设计
刘国永基于单片机的步进电机控制系统设计
伺服电机工作原理及和步进电机的区别
_单片机控制步进电机驱动原理___驱动图
步进电机控制系统设计
第13章 步进电动机传动控制系统
步进电机伺服系统控制
步进电机控制电路
基于单片机的步进电机驱动控制系统的设计
步进电机及其驱动电路
步进电机控制系统设计
伺服电机工作原理及和步进电机的区别
三相六拍步进电机控制系统设计
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