五相步进驱动器

一种新的五相步进电机驱动电路开发 T.S. 维拉孔和 T. 萨马拉纳亚克斯里兰卡,佩勒代尼耶大学工程学院,电子与电气工程学院付自刚译摘要本文详细地介绍了一种新的五相步进电机驱动电路。

这种新的驱动电路是由商业上现成的,廉价的,标准的步进电机驱动 IC 搭建,它能实现由内部电流回路驱动的闭环速度和位置控制。

经证明, 这种驱动电路能推广到任何更多相数的奇数相的步进电机。

这种驱动电路具有速度控制和方向控制,包括全步、半步、顺时针、逆时针控制模式。

一、概述在大多数机器人和自动化工程设计中, 各种各样步进电机都被广泛应用来得到需要的运动姿态。

步进电机倍受人们青睐是因为它不需要频繁的维护并能在苛刻的环境中运行。

步进电机及其驱动器的选择要根据具体应用中需要的效果来决定。

市场上最常见的是两相和四相步进电机。

可是,实际应用中要求高精度,低噪声和低震动,因此五相步进电机得以应用。

因为步距角较小, 五相步进电机有较高的分辨率, 较低的震动和良好的加速与减速特性。

因此, 确保设计的驱动电路能使步进电机充分发挥这些优点非常重要。

因为在机器人应用中是很少见得类型,而且结构很复杂,很难找到它们的驱动IC ,只能专门定做。

结果导致五相步进电机的驱动电路产品异常昂贵。

用普通步进电机如二相与四相步进电机的驱动控制 IC 来制作其它步进电机的驱动电路是一种经济有效的方法。

L297继承了控制单极性和双极性步进电机所需要的所有控制电路系统。

L298N 双 H 桥驱动器形成了一个完善的步进电机微处理器接口。

在这里,我们通过给 L297和 L298N 加上微处理器和逻辑控制系统研究开发出了一种新的五相步进电机驱动电路。

第二部分解释了元器件特性。

第三部分介绍了控制逻辑电路设计。

第四部分是接口设计,结果在第五部分。

最后,第六部分加以总结。

二、主要元器件特性分析如图一所示,集成块 L297可以与 H 桥集成电路一起使用作为步进电机驱动器。

在该设计中, H 桥的功能用 L298N 或者 L293E 实现。

毕业设计（论文）学院专业姓名XX大学毕业设计（论文）任务书前言随着现代工业自动化的日益发展，电动机作为重要的电器元件，被广泛的应用在各种自动化控制系统中。

步进电动机由于其具有易于电脑操作、步数误差小、精度高、使用系统时间长和成本低等优点，被广泛应用于工业控制中。

其中五相混合式步进电机总体性能优于其它种类的步进电动机，是工业上应用最为广泛的步进电动机品种，被广泛的应用在各个领域中。

所以对五相步进电动机实现自动化是工业自动化的必然趋势。

打印机作为计算机的输出设备之一，运用步进电动机作为打印机的字车动力源和走纸机构，通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动，可以实现打印纸的纵向移动，因其要求精度比较高，所以，打印机的走纸结构能够使用五相步进电动机来控制。

对五相步进电动机的使用，工业中应用比较广泛，但大都应用于高精度的机床控制系统中，整个系统比较庞大，所以，本文以步进电动机在的打印机中的精密控制为背景介绍使用PLC控制五相步进电动机按照给定频率自动运行和自由调速的模拟控制方法。

摘要主要阐述了以五相步进电动机在针式打印机走纸结构中的应用为背景，介绍了一种用三菱FX-2N系列PLC实现对规格型号90BYG550A-0301的五相步进电动机控制的方法，利用PLC产生脉冲信号对五相步进电动机进行模拟控制，实现对五相步进电动机五个绕组的通电状态，达到五相步进电动机按照固定速度的循环自动运行的目的，并实现步进电动机正反转和调速控制。

用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退，实现打印机的打印工作。

基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，定位精度搞，参数设置灵活等有点，在工业过程控制中使用可靠性高，监控方便。

本设计还包括步进电动机的工作原理和特点，PLC的主要功能和应用，各硬件软件元件的介绍选择以及控制程序的编程方法。

关键字：五相步进电动机，PLC控制目录一、设计课题分析................................................................................................... - 1 -1.1 设计课题要求.............................................................................................................. - 1 -1.2 设计课题的目的和应用.............................................................................................. - 1 -1.3 设计课题背景和工作环境.......................................................................................... - 2 -二、流程图和工作过程........................................................................................... - 3 -2.1 五相步进电动机运行流程图...................................................................................... - 3 -2.2 工作过程...................................................................................................................... - 3 -三、方案选择........................................................................................................... - 5 -3.1 控制方案...................................................................................................................... - 5 -3.2 选择方案...................................................................................................................... - 5 -四、硬件选择........................................................................................................... - 7 -4.1 步进电动机介绍.......................................................................................................... - 7 -4.2 五相步进电动机的选择............................................................................................ - 13 -4.3 PLC的选择 ................................................................................................................ - 16 -4.4 变频器的选择............................................................................................................ - 22 -4.5 其它硬件设备的选择................................................................................................ - 26 -五、软件选择......................................................................................................... - 27 -5.1 外部接线图................................................................................................................ - 27 -5.2 I/O分配表................................................................................................................. - 27 -5.3 程序梯形图................................................................................................................ - 28 -六、系统调试......................................................................................................... - 29 -6.1 调试步骤.................................................................................................................... - 29 -6.2 调试过程的故障诊断................................................................................................ - 29 - 总结................................................................................................................. - 31 -致谢................................................................................................................. - 32 -参考文献................................................................................................................. - 33 -附录................................................................................................................. - 34 -一、设计课题分析1.1 设计课题要求1、要求对五相步进电动机五个绕组依次自动实现如下方式的循环通电控制：第一步：A-B-C-D-E第二步：A-AB-BC-CD-DE-EA第三步：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA第四步：EA-ABC-BCD-CDE-DEA五相步进电动机的模拟控制的实验面板图：图所示五相步进电动机的模拟控制面板上图中，下框中的A、B、C、D、E分别接主机的输出点；SD接主机的输入点。

步进电机的选型与计算步进电机是一种常见的电机类型，拥有精度高、可控性强、反应灵敏等优点，广泛应用于各种精密控制系统中。

在选择和计算步进电机时需要考虑以下几个方面。

一、步进电机的类型首先需要了解有哪些类型的步进电机。

目前市面上常见的步进电机有单相/两相/三相/五相等不同类型，不同的类型适用于不同的应用场景。

对于低速高力的应用场合，单相步进电机的效果较佳；需要高精度的位置控制时，可以选择三/五相步进电机。

在选择实际使用的步进电机时，最好能够根据实际需求进行精细化选择。

二、步进电机驱动器的选择选择步进电机驱动器时，需要根据步进电机的类型、电源电压和工作电流等参数进行选择。

一般来说，驱动器的峰值输出电流应大于步进电机的额定电流，以确保电机正常运行。

同时，还需要考虑驱动器的微步数，微步数越高，驱动器的精度控制就越好。

但是，高微步数对马达的耗电量会增加，如果长时间负载运行可能会导致驱动电机的温度升高，从而造成高温失控现象，因此在实际应用过程中需要注意平衡微步数和耗电量的关系。

三、步进电机的计算1. 计算步进电机的步数：计算步进电机的步数主要涉及到推导出步进电机的角度转换公式，与电机的角度转换速率有关。

步数越多，角度转换越精细，步数与转速的关系，可以用以下公式计算：n=Δθ/α，其中n为步数，Δθ为转角（是原始角度），α为每步转角。

2. 计算步进电机的速度：步进电机的速度计算与电机驱动器细分数、定位精度有关，主要通过计算每步角度转移量再计算出转速。

电机驱动器分辨率越高则每步角度转移量越小，转速就越慢，反之亦然。

计算步进电机的速度时，可以使用以下公式：v=r*n*f/60，其中v为速度，r为驱动器细分数的比率，n为步数，f为电机的转速。

总之，在进行步进电机的选型与计算时，需要根据实际应用需求选择合适的电机类型与驱动器，并结合实际情况合理计算步进电机的步数和速度。

这样才能确保电机在实际应用场景中能够正常运转，保证控制系统的精度和可靠性。

步进驱动器工作原理步进驱动器是一种用于控制步进电机运动的电子设备。

步进电机是一种将电脉冲转换为机械运动的电机，它可以精确地控制电机转动的角度和速度。

步进驱动器是将电脉冲转换为步进电机的驱动信号的设备，它的工作原理是将输入的电脉冲转换为电机的运动，从而控制电机的转动。

步进驱动器的工作原理可以分为两个部分：控制电路和功率电路。

控制电路用于接收和解码外部控制信号，将其转换为电机的驱动信号。

功率电路用于将控制电路产生的驱动信号转换为电机的驱动能量，从而实现电机的运动。

控制电路的主要功能是接收来自外部的控制信号，并将其转换为电机的驱动信号。

控制电路由逻辑门、计数器、时钟发生器和解码器等组成。

逻辑门用于控制输入信号的流向和转换，计数器用于计数输入信号的个数，时钟发生器用于产生时序信号，解码器用于将计数器产生的数字信号转换为电机的驱动信号。

功率电路的主要功能是将控制电路产生的驱动信号转换为电机的驱动能量，从而实现电机的运动。

功率电路由功率放大器和电机驱动器等组成。

功率放大器用于放大控制信号的电压和电流，从而产生足够的驱动能量，电机驱动器用于将功率放大器产生的电信号转换为电机的驱动信号。

步进驱动器的控制方式可以分为开环控制和闭环控制两种。

开环控制是指控制电路只接收外部的控制信号，并将其转换为电机的驱动信号，而不对电机的运动进行反馈控制。

闭环控制是指控制电路不仅接收外部的控制信号，还通过传感器对电机的运动进行反馈控制，从而实现更加精确的控制。

在步进驱动器的运动过程中，由于电机的惯性和负载的影响，电机的运动会产生误差。

为了减小误差，步进驱动器通常采用微步控制技术。

微步控制技术是指将一个步进电机的步长分解为多个微步，从而实现更加精确的控制。

微步控制技术可以通过改变控制信号的频率和相位来实现，从而使电机的转动更加平稳和精确。

总之，步进驱动器是一种用于控制步进电机运动的电子设备，它的工作原理是将输入的电脉冲转换为电机的运动。

步进电机 5线相位运行原理
步进电机是一种控制精度高、无需反馈装置的电动机，广泛应用于电子、仪表、自动化控制和机械制造等领域。

其中，5线相位运行是步进电机的一种常见驱动方式，其原理如下：
步进电机的工作原理是通过磁场作用产生力矩，将电机转动。

步进电机的驱动方式有两种：单相励磁和双相励磁。

其中，5线相位运行就属于双相励磁。

5线相位运行需要使用一种特殊的驱动器，它可以向步进电机提供两组正弦波信号，分别作用于两个线圈中的两个相。

这两组信号相位差90度，可以使电机产生一个旋转磁场，从而驱动转子转动。

在5线相位运行中，步进电机中的每个线圈都有两个相，因此需要5根电线来控制。

其中，4根电线用于控制两个相的输入，另外一根电线用于控制电机的方向。

总的来说，5线相位运行可以使步进电机实现高精度、高效率的运动控制，是一种非常重要的驱动方式。

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步进驱动和伺服驱动的区别步进电机主要是依相数来做分类，而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。

二相步进电机每转最细可分割为400等分，五相则可分割为1000等分，所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。

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)，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度、1.8度，五相混合式步进电机步距角一般为0.72度、0.36度。

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度;德国百格拉公司(bergerlahr)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度/10000=0.036度。

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度/131072=9.89秒。

是步距角为1.8度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。