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步进电机控制原理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。
一、步进电机的工作原理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。
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51单片机驱动步进电机的方法:驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。
第1篇一、实验目的1. 熟悉步进电机的工作原理和特性。
2. 掌握步进电机的驱动方式及其控制方法。
3. 学会使用常用实验设备进行步进电机的调试和测试。
4. 了解步进电机在不同应用场景下的性能表现。
二、实验设备1. 步进电机：选型为双极性四线步进电机，型号为NEMA 17。
2. 驱动器：选型为A4988步进电机驱动器。
3. 控制器：选型为Arduino Uno开发板。
4. 电源：选型为12V 5A直流电源。
5. 连接线、连接器、电阻等实验配件。
三、实验原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机。
它具有以下特点：1. 转动精度高，步距角可调。
2. 响应速度快，控制精度高。
3. 结构简单，易于安装和维护。
4. 工作可靠，寿命长。
步进电机的工作原理是：通过控制驱动器输出脉冲信号，使步进电机内部的线圈依次通电，从而产生步进运动。
四、实验步骤1. 搭建实验电路（1）将步进电机连接到驱动器上，确保电机线序正确。
（2）将驱动器连接到Arduino Uno开发板上，使用连接线连接相应的引脚。
（3）连接电源，确保电源电压与驱动器要求的电压一致。
2. 编写控制程序（1）使用Arduino IDE编写程序，实现步进电机的正转、反转、调速等功能。
（2）通过串口监视器观察程序运行情况，调试程序。
3. 调试步进电机（1）测试步进电机的正转、反转功能，确保电机转动方向正确。
（2）调整步进电机的转速，观察电机运行状态，确保转速可调。
（3）测试步进电机的步距角，确保步进精度。
4. 实验数据分析（1）记录步进电机的正转、反转、调速等性能参数。
（2）分析步进电机的运行状态，评估其性能。
五、实验结果与分析1. 正转、反转测试步进电机正转、反转功能正常，转动方向正确。
2. 调速测试步进电机转速可调，调节范围在1-1000步/秒之间。
3. 步距角测试步进电机的步距角为1.8度，与理论值相符。
4. 实验数据分析步进电机的性能指标符合预期，可满足实验要求。
步进电机的分类
步进电机分为三大类：
1)反应式步进电机（VAriABle ReluCtAnCe，简称VR）反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。
它的结构简洁，成本距角可以做得很小，但动态性能较差。
反应式步进电机有单段式和多段式两种类型。
2)永磁式步进电机（PermAnent MAgnet），简称PM永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。
转子的极数和定子的极数相同，所以一般步进角比较大，它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小（相比反应式），但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电。
3)混合式步进电机（HyBrid，简称HB）混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。
混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以供应软磁材料的工作点，而定子激磁只需供应变化的磁场而不必供应磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频振动小。
这种电动机最初是作为一种低速驱动用的沟通同步机设计的，后来发觉假如各相绕组通以脉冲电流，这种电动机也能做步进增量运动。
由于能够开环运行以及掌握系统比较简洁，因此这种电机在工业领域中得到广泛应用。
步进电机的规格参数步进电机是一种将电脉冲信号转换为角度或直线位移的电机。
其规格参数可以包括以下几个方面：1.相数（Phasenumber）：表示步进电机中线圈（相）的数量，常见的相数有2相和3相。
2相步进电机具有简单的控制方式，而3相步进电机具有更高的转矩和稳定性。
2.步距角（Stepangle）：表示每个电脉冲引起的转子转动角度，常见的步距角有1.8度和0.9度。
步距角越小，电机的分辨率越高，但通常也伴随着较低的转矩。
3.额定电压（Ratedvoltage）：表示步进电机正常工作的电源电压。
合适的额定电压能够保证电机的正常工作，过高或过低的电压都会影响电机的性能。
4.额定电流（Ratedcurrent）：表示步进电机在额定电压下的工作电流。
合适的额定电流能够保证电机正常工作，并且在一定程度上影响电机的转矩和热耗散。
5.额定转矩（Ratedtorque）：表示步进电机在额定电压和额定电流下的输出转矩。
额定转矩是电机设计时考虑的转矩范围，过高或过低的负载可能会使电机无法正常工作。
6.驱动方式（Drivemode）：表示步进电机的驱动方式，常见的驱动方式有双相全流（FullStep）和双相半流（HalfStep）两种。
双相全流驱动方式相对简单，而双相半流驱动方式可以提供更细致的步进角细分。
7.步进角误差（Stepangleerror）：表示步进电机在运动时实际步距角与理论步距角之间的误差。
步进角误差越小，电机的运动精度越高。
8.转矩波动（Torquefluctuation）：表示步进电机在工作过程中转矩的波动程度。
转矩波动越小，电机的稳定性越好。
这些是步进电机常见的规格参数，根据具体的需求和应用场景，选择适合的规格参数可以达到更好的性能和效果。
步进电机基本原理步进电机是将电脉冲信号转变为转动角度的控制元件。
在正常情况下，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。
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，使得其在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
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。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
仅仅处于一种盲目的仿制阶段。
这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式（就是我们的正在使用的混合式）步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
一、 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。
二、 步进电动机的种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。
1)反应式步进电动机(VR)。
反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。
步进电机求助编辑百科名片步进电机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。
目录工作原理1分类永磁式步进电机1反应式步进电机1混合式步进电机变频器对步进电机的节能改造1基本原理反应式步进电机1感应子式步进电机1步进电机的一些基本参数电机固有步距角1步进电机的相数1保持转矩（HOLDING TORQUE）步进电机特点1步进电机小知识什么是步进电机1步进电机分哪几种1什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）1什么是DETENT TORQUE1步进电机精度为多少？是否累积1步进电机的外表温度允许达到多少1为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降1为什么步进电机高于一定速度就无法启动1如何克服两相混合式步进电机的振动和噪声1细分驱动器的细分数是否能代表精度1串联接法和并联接法有什么区别1如何确定步进电机驱动器的直流供电电源1混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE使用1如何调整两相步进电机通电转动方向步进电机的主要特性o步进电机控制例子1步进电机优缺点优点1缺点o1步进电机驱动方法1、单电压功率驱动接口?12、双电压功率驱动接口?13、高低压功率驱动接口?14、斩波恒流功率驱动接口?15、升频升压功率驱动接口?16、集成功率驱动接口?oo步进电机驱动器的特点?o步进电机驱动要求o最新技术发展展开编辑本段工作原理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。
简述步进电机以及步进电机分类步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械运动的电动机。
它通过控制电流的方式，使得电机按照一定的步进角度进行旋转，从而实现精确的位置控制。
步进电机可以根据结构和工作原理的不同进行分类。
以下是几种常见的步进电机分类：1. 永磁步进电机（Permanent Magnet Stepper Motor，PMSM）：永磁步进电机使用永磁体产生磁场，通过改变驱动电流的方向和大小来控制转子的位置。
它具有简单的结构、较高的转矩和较低的成本，常用于低负载和低速应用。
2. 变磁阻步进电机（Variable Reluctance Stepper Motor，VRSM）：变磁阻步进电机利用转子和定子之间的磁阻差异来实现步进运动。
它的转子通常由铁芯组成，通过改变定子绕组的电流来控制转子位置。
变磁阻步进电机具有较高的转速和响应速度，但相对于永磁步进电机来说，转矩较低。
3. 混合式步进电机（Hybrid Stepper Motor）：混合式步进电机结合了永磁步进电机和变磁阻步进电机的特点。
它采用多相绕组和永磁体，通过改变驱动电流的方式来实现精确的位置控制。
混合式步进电机具有较高的转矩、较低的振动和较高的分辨率，广泛应用于需要高精度定位和控制的领域。
此外，步进电机还可以根据驱动方式进行分类，包括全步进 （Full Step）、半步进 （Half Step）和微步进 （Microstepping）。
全步进模式是指每个脉冲信号使电机转动一个完整的步进角度；半步进模式是指每个脉冲信号使电机转动半个步进角度；微步进模式则是通过在每个步进角度之间施加更小的电流变化，使得电机可以以更小的角度进行运动，从而提高了分辨率和平滑性。
步进电机工作原理步进电机的工作就是步进转动，其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，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，如两相步进电机设定为半步的情况下(电机转一圈400个脉冲)： n=60f/200(转/分)反应式步进电机的概念：反应式步进电机的定子铁心由硅钢片叠成，定子上有几对磁极(相数不同，磁极对也不同。
如四相电机有四对八个磁极)，每个磁极上又有许多小齿。
定子绕组绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。
转子也是由叠片铁心构成，沿圆周也有许多小齿，转子上没有绕组。
反应式步进电机的工作原理是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应力矩而转动。
实际应用中对步进电机的要求：1、步进电机在电脉冲的控制下能迅速起动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节；2、加工精度高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。
这就要求步进电机步距小，步距精度高，不得丢步或是过冲；3、动作快速。
即不仅起动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率；4、输出转矩大，可直接带动负载。
步进电机的基本特点：1、步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。
2、每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。
3、步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。
角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。
速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率成正比。
改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。
4、步进电机具有自锁能力。
当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。
一、步进电机（57系列）
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
图一
1、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,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），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）下面是定转子的展开图：
2、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。
3、相数：
产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
是指电机内部的线圈组数。
常用m表示。
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
4、步距角：
电机的步距角表示控制系统每发送一个脉冲信号，电机所转动的角度。
或者说，每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为歩距角，用表示。
步距角,即在没有减速齿轮的情况下,对于一个脉冲信号,转子所转过的机械角度。
也可以这样描述：定子控制绕组每改变一
次通电方式，称为一拍。
每一拍转子转过的机械角度称之为步距角，通常用θs表示。
常见的有3°/1.5°，1.5°/0.75°,3.6°/1.8°。
如，对于步距角为1.8度的步进电机（小电机），转一圈所用的脉冲数为n=360/1.8=200个脉冲。
步距角的误差不会长期积累，只与输入脉冲信号数相对应，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可以在要求更高精度时组成闭环系统。
θ=360度/（转子齿数J*运行拍数）
5、步距角精度：
用百分比表示：误差/步距角*100%。
不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内
电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。
二、步进驱动器（240系列）
XY2404M为等角度恒力矩细分型高性能驱动器，驱动电压DC12-40V，采用单电源供电。
适配电流在4.0A以下(驱动电流从0.1A/相到4.0A/相连续可调)，外径42-86mm各种型号的二相混合式步进电机。
驱动电源电压的增加使得电机的高速性能和驱动能力大为提高；而步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半，使驱动器的发热可减少50%也使得电机的发热减少。
用户在脉部频率不高时使用低速高细分，最高可达64细分，使步进电机运转精度提高，振动减少，噪音降低。
（细分驱动精度高.细分是驱动器将上级装置发出的每个脉冲按驱动器设定的细分系数分成系数个脉冲输出.比喻步进电机每转一圈为200个脉冲,如果步进电机驱动器细分为32,那么步进电机驱动器需要输出6400个脉冲步进电机才转一圈.）
1、XY2404M细分驱动器的特点
1、高性能、低价格、低噪音、平稳性极好
2、设有12/8档等角度恒力距细分，最高2000细分
3、采用独特的控制电路，有效的降低了噪音，增加了转动平稳性
4、最高反应频率可达200Kpps
5、步进脉冲停止超过100mc时，线圈电流自动减半
6、双极恒流斩波方式，使得相同的电机可以输出更大的速度和功率
7、光电隔离信号输出/输入
8、驱动电流从0.1A/相到4.0A/相连续可调
9、单电源输入，电压范围：DC12-40V
10、出错保护：过热保护；过流，电压过低保护
11、体积小巧：体积为118x76x33(mm3)净重量为0.3kg
2、信号接线说明
信号说明
R/S-（R/S）使能信号：此信号用于使能和禁止，R/S+接＋5V，R/S-接低电平时，驱动器切断电机各相的电流使电机处于自由状态，此时步进脉冲不被响应。
如不需要这项功能，悬空此信号输入即可
R/S+（+5V）
DIR-（DIR）方向信号：单脉冲控制时用于改变电机的转向；双脉冲控制方式时为反转脉冲信号。
单、双脉冲控制方式由SW5控制，为了保证电机
DIR+（+5V）
可靠响应，方向信号应先于脉冲信号至少5μs建立。
PUL-（RUL)脉冲信号：单脉冲控制时为步进脉冲信号，此脉冲上升沿有效；双脉冲控制时为正转脉冲信号，脉冲上升沿有效。
脉冲信号的低电平时间应大于3μs以保证电机可靠响应
PUL-PUL+（+5V）
3、接口电路示意图如下
输入接口电路（共阳极接法）
4、设置输出相电流和电机每转步数
为了驱动不同扭矩的步进电机，用户可以通过驱动器面板上的拨码开关SW1、SW2、SW3位来设置驱动器的输出相电流（有效值）单位安培，各开关位置对应的输出电流，不同型号驱动器所对应的输出电流值不同。
用户可以通过驱动器正面板上的拨码开关的SW5、SW6、SW7、SW8位来设置驱动器的步数。
三、PLC晶体管
PLC 24V输出就是晶体管(3极管)输出 220V的是继电器输出。
传感器一般是PNP型
的所以PLC一般也是PNP型的
晶体管输出分PNP和NPN型。
一种是源型，一种是漏型就是说一个是提供电流的一个是接受电流的。
1.负载电压、电流类型不同
负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。
电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A。
电压：晶体管可接直流24V（一般最大在直流30V左右，继电器可以接直流24V或交流220V。
2.负载能力不同
晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。
3.晶体管过载能力小于继电器过载的能力
一般来说，存在冲击电流较大的情况时（例如灯泡、感性负载等），晶体管过载能力较小，需要降额更多。
4.晶体管响应速度快于继电器
继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部
电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时
间慢（约10ms）。
晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部
直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。
晶体管输出一般
用于高速输出，如伺服／步进等，用于动作频率高的输出。
5.在额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化
没有使用次数限。
继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老
化，没有使用次数限制。
继电器的每分钟开关次数也是有限制的
，而晶体管则没有。
四、接线图：。
