步进电机顺序控制
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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。
改变步进电机方向的方法
步进电机是一种常用的电机类型,其特点是精度高且易于控制。
在一些应用中,我们可能需要改变步进电机的旋转方向。
以下是几种常见的方法可以实现这一目标:
1. 改变电机驱动信号的顺序:步进电机驱动信号的顺序决定了电机旋转的方向。
一种简单的方法是改变驱动信号的输入顺序。
例如,如果我们使用的是双极性步进电机,可以将驱动信号发给对应相反的两相。
这样可以改变电机旋转的方向。
2. 使用电流翻转方法:另一种改变步进电机方向的方法是通过改变电流的流动
方向。
步进电机通常是通过多个线圈来生成磁场,进而推动转子旋转。
通过改变线圈中电流的方向,可以改变磁场的方向,从而改变旋转方向。
3. 修改控制信号的逻辑:在某些控制系统中,可以通过修改控制信号的逻辑来
改变步进电机的方向。
例如,通过调整步进电机控制板上相关继电器或逻辑门的连接方式,可以改变电机旋转方向。
4. 使用驱动器进行设置:许多步进电机驱动器都带有方向控制功能,可以通过
设置来改变电机的旋转方向。
这可以通过调整驱动器上的开关、旋钮或通过使用相应的控制指令实现。
需要注意的是,在实施这些方法之前,我们应该仔细了解所使用步进电机的规
格和制造商提供的文档。
此外,我们还需要确保在进行任何改变之前,系统处于安全状态,并且对电机控制部件具有足够的了解和经验。
通过以上方法,我们可以方便地改变步进电机的旋转方向以满足不同应用的需求。
不同的方法适用于不同的情况,请根据具体要求选择合适的方法来改变步进电机的方向。
步进电机驱动器及细分控制原理步进电机驱动器原理:步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大,使步进电机绕组按一定顺序通电。
以两相步进电机为例,当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时,驱动器经过环形分配器和功率放大后,给电机绕组通电的顺序为AABB A A B B,其四个状态周而复始进行变化,电机顺时针转动;若方向信号变为负时,通电时序就变为AA B BA A BB,电机就逆时针转动。
随着电子技术的发展,功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是:在电机绕组回路中,串联一个电流检测回路,当绕组电流降低到某一下限值时,电流检测回路发出信号,控制高压开关管导通,让高压再次作用在绕组上,使绕组电流重新上升;当电流回升到上限值时,高压电源又自动断开。
重复上述过程,使绕组电流的平均值恒定,电流波形的波顶维持在预定数值上,解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题,使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时,供给驱动器的电压值对电机性能影响较大,电压越高,步进电机转速越高、加速度越大;在驱动器上一般设有相电流调节开关,相电流设的越大,步进电机转速越高、力距越大。
细分控制原理:在步进电机步距角不能满足使用要求时,可采用细分驱动器来驱动步进电机。
细分驱动器的原理是通过改变A,B相电流的大小,以改变合成磁场的夹角,从而可将一个步距角细分为多步。
定子A转子SNB B BSNA A(a)(b)AS NB B N S BS NA(c)(d)图3.2步进电机细分原理图仍以二相步进电机为例,当A、B相绕组同时通电时,转子将停在A、B相磁极中间,如图3.2。
若通电方向顺序按AA AABB BB BB AA AA AA BB BB BB AA,8个状态周而复始进行变化,电机顺时针转动;电机每转动一步,为45度,8个脉冲电机转一周。
与图2.1相比,它的步距角小了一半。
单片机驱动步进电机原理单片机驱动步进电机的原理是通过按照特定的顺序控制步进电机的绕组通电,使其产生旋转运动。
步进电机是一种将电信号转化为机械运动的设备,它通常由定子、转子和驱动组成。
在正常情况下,步进电机通过电磁场的切换来实现旋转。
单片机驱动步进电机的基本原理如下:1. 转动方向:步进电机的转动方向由控制信号的顺序决定。
单片机通过控制输出口的电平来改变绕组的通电顺序,从而改变步进电机的转动方向。
例如,逆时针旋转可按照ABCDA方式通电,而顺时针旋转可按照ABCDB方式通电。
2. 步距角度:步进电机的步距角度取决于每次电磁场的切换步骤。
单片机通过控制输出端口的频率和顺序来控制每步的角度。
例如,通常正常步进电机的步距角度为1.8度,该角度是由每个绕组之间的电磁场切换定时控制获得的。
3. 电流控制:单片机可以通过PWM技术来控制步进电机的电流大小。
PWM 技术可以实现对电机驱动引脚的高低电平及持续时间进行控制,从而实现电流的调节。
通过调节电流大小,可以使步进电机产生更大的转矩,也可以控制步进电机的速度和细分精度。
4. 加速度和减速度控制:步进电机在开始和停止时需要进行加速和减速。
单片机可以通过改变输出端口的电平和频率来控制步进电机的加速和减速过程,从而实现平滑的运动控制。
5. 反馈控制:有些情况下,需要对步进电机的位置进行准确定位。
单片机可以通过加装光电编码器或其他位置反馈传感器,实时监测步进电机的位置,从而实现精确的位置控制和反馈控制。
总结来说,单片机驱动步进电机的原理是通过控制输出端口的顺序、电平和频率来控制步进电机的转动方向、步距角度、电流大小、加速度和减速度等参数,从而实现对步进电机的运动控制。
通过这种方式,可以实现精确的位置控制、速度控制和旋转方向控制。
两相步进电机控制程序一、初始化设置在控制步进电机之前,需要进行一些初始化设置。
这包括:1. 配置微控制器:选择适合的微控制器,并为其分配必要的资源和接口。
2. 电机参数设定:根据步进电机的规格和性能,设定合适的参数,如步进角度、驱动电流等。
3. 接口配置:配置微控制器与步进电机驱动器之间的接口,包括电源、信号线等。
二、电机驱动脉冲生成为了使步进电机按照设定的方向和步数转动,需要生成合适的驱动脉冲。
这通常通过微控制器实现,具体步骤如下:1. 确定目标位置:根据应用需求,确定步进电机需要转到的目标位置。
2. 计算步数:根据目标位置和步进电机的步进角度,计算出需要转动的步数。
3. 生成驱动脉冲:根据步数和电机的工作模式(单拍、双拍等),生成合适的驱动脉冲序列。
三、电机方向控制步进电机的方向可以通过改变驱动脉冲的顺序来控制。
一般来说,有两种方式来控制电机的方向:1. 通过改变脉冲的顺序:正向或反向发送脉冲序列,可以控制电机向正向或反向转动。
2. 通过使用不同的工作模式:一些步进电机驱动器支持不同的工作模式,如全步、半步、1/4步等。
通过选择不同的工作模式,可以改变电机的转动方向和速度。
四、电机速度调节调节步进电机的速度可以通过改变驱动脉冲的频率来实现。
一般来说,脉冲频率越高,电机转速越快。
同时,也可以通过改变工作模式来调节电机的速度。
五、电机状态监测与保护为了确保步进电机的安全运行,需要实时监测电机的状态,并进行必要的保护措施。
这包括:1. 温度监测:监测电机的温度,防止过热。
2. 电流监测:监测电机的驱动电流,防止过流。
3. 位置监测:通过编码器等传感器监测电机的实际位置,防止位置丢失或错误。
4. 故障诊断:通过分析监测数据,判断电机是否出现故障,并采取相应的处理措施。
六、异常处理与故障诊断为了提高控制程序的鲁棒性,需要设计异常处理与故障诊断机制。
这包括:1. 异常情况检测:通过分析监测数据和运行状态,检测出异常情况。
步进电机工作原理步进电机是一种常用的电机类型,它能够将电能转换成机械运动,广泛应用于电子设备、机器人、自动控制和数码设备等领域,是现代化生产制造和智能化系统的重要组成部分。
那么,步进电机工作原理是什么呢?下面,我们来详细了解一下。
一、步进电机的基本概念步进电机,也称作脉冲电机、节拍电机、定位电机等,是一种由电脉冲控制旋转角度或移动距离的电机。
它通过控制电脉冲的频率和顺序,来控制电机旋转的角度和步进的距离。
步进电机是一种数字控制电机,需要使用数字逻辑控制芯片或单片机进行控制。
步进电机通常由转子、定子、传动机构、驱动电路和控制系统组成,其中转子和定子是步进电机的核心部件。
转子是由多个磁极组成的,定子则是由绕组和磁铁芯组成的。
步进电机的运动是由定子和转子的磁性作用所引起的。
二、步进电机的工作原理1、磁极的排列和控制步进电机的转轴上有若干个定量的磁极,一般称之为步数。
在某些情况下,如可编程型步进电机,步数可任意调节。
电机的旋转原理是通过不断翻转电磁铁的极性,使转子在几个磁极之间按顺序分别吸引和排斥,从而产生转动的力矩。
2、磁性的转换和电流的控制步进电机的磁性转换是通过定子和转子之间磁场的吸引和排斥作用所实现的。
当通过一个完整的正弦周期电流后,磁极之间相对的位置不会变化,但后面的周期中,所谓的下一步,就是指磁极的相对位置发生了变化。
在步进电机运动过程中,控制电路会通过绕组施加不同的电流,来操纵转子的运动。
电流的变化可以导致磁场的极性变化,转子随之按照预定的步数顺序旋转。
电机转动的精度和稳定性都与电流的控制有关。
3、脉冲控制步进电机的运动是由一定的脉冲频率和脉冲顺序控制的。
控制器会将以往与转子运动有关的信息预先编码成指令序列,这些指令在控制电路的作用下,逐一发送给电机。
每一个指令都会对应一定量的脉冲信号,这些信号会传输到电机的驱动电路中,通过变化电流来控制电机的运动。
三、步进电机的分类步进电机的分类较多,常见的分类如下:1、单相步进电机单相步进电机只有一个储能元件,也称单相杆式步进电机。
步进电机的单脉冲控制、双脉冲控制、开环控制和闭环控制
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,但步进电机并不能像普通的直流电机,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。
步进电机的单脉冲控制与双脉冲控制步进电机的控制有单电压和高低电压控制之分;
单电压控制用一串脉冲信号控制一个电子开关的通、断来控制电机驱动绕组得电、失电;高低电压控制在单电压控制的基础上,用另一串脉冲控制一个电子开关的通、半导通,两个开关串联,两个控制脉冲同频率但不同相位和宽度。
达到给绕组的供电电压全、一半、迅速关断的目的。
步进电机的开环控制和闭环控制步进电机的开环控制
1、步进电机开环伺服系统的一般构成
步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向,控制脉冲分配频率可实现步进电动机的速度控制。
因此,步进电机控制系统一般采用开环控制方式。
图为开环步进电动机控制系统框图,系统主要由控制器、功率放大器、步进电动机等组成。
2、步进电机的控制器
1、步进电机的硬件控制
步进电动机在个脉冲的作用下,转过一个相应的步距角,因而只要控制一定的脉冲数,即。
目录☆摘要 (2)☆Abstract (3)☆课题任务 (3)☆第一章总体方案设计 (4)☆第二章 51系列单片机介绍2.1. 51系列单片机的引脚功能 (5)2.2 I/O端口线输入输出引脚 (5)2.3 控制线控制引脚 (6)2.4 外接晶体端 (6)2.5 51系列单片机的时序 (6)☆第3章.系统部件设计3.1 AT89C51单片机最小系统 (7)3.2 PC机与单片机串行通信接口设计 (7)3.3 步进电机及其驱动电路设计 (8)3.3.1 步进电机概述 (8)1 步进电机特点 (8)2 步进电机分类 (9)3 步进电机原理 (10)3.3.2 L298N 工作原理及驱动原理 (10)3.4 8段数码管接口设计 (11)3.4.1 数码管简介 (11)3.4.2 数码管连接方式 (12)3.5 光电传感器 (13)☆第4章.程序 (14)☆参考文献 (20)☆致谢 (21)摘要本设计首先介绍了ATC89C52单片机, L298N驱动电路及步进电机的基本原理与功能;其次,设计步进电机实现顺序起停的控制方案;再次,在这些器件功能与特点的基础上,拟出设计思路,构建系统的总体框架;最后利用PROTEL 软件绘出电路图,同时写出设计系统的运行流程和相关程序。
整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值;启动系统后,从单片机的I/O口输出控制脉冲,经过L298N驱动电路对脉冲进行处理,输出能直接控制步进电机的脉冲信号。
在此基础上,重新分配I/O资源,同时增加驱动芯片L298N的个数,在允许范围内,就能实现两台台步进电机顺序起停向的控制。
关键词:单片机、步进电机、L298NAbstractThe paper firstly introduces basic principles and functions ofATC89C52 MCU, L298 N drive circuits and stepping motor, secondly designs the control plan of stepping motor to realize starting and stopping, thirdly produces the thought of design and builds the frame of system based on the principles and functions of these components, lastly designs circuit diagram in PROTEL and lists the operating process of design system and related programs. The whole system distributes saved units and composes values accord to corresponding memory addresses through the programs written in MCU. After starting the system, I/O interface of MCU outputs control pulses, which are handled by L298N drive circuits, then outputs pulse signals which can directly control stepping motors. In this foundation, the MCU redistributes the I/O resources and adds up the number of drive chips of L298N, in the meantime the design can realize many stepping motors’ independent starting and stopping in the load's capability.Keywords:ATC89C52MCU、 stepping motor 、L298N课题任务:两台步进电机顺控制(1)控制两台步进电机顺序启动;第一台电机M1启动30秒后第二台电动机M2自动启动顺序停止:第一台电机M1停止20秒后第二台电机M2自动停止。
软件延时法:用软件延时分别实现延时功能。
(2)用LED显示启动延时时间。
(3)用光电传感器控制电机M1停止。
第一章总体方案设计根据设计题目要求,设计出的系统框图如图1所示整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值;启动系统后,从单片机的I/O口输出控制脉冲,经过驱动电路对脉冲进行处理,输出能直接控制步进电机的脉冲信号。
在此基础上,重新分配I/O 资源,同时增加驱动芯片L298N的个数,在允许范围内,就能实现两台台步进电机顺序起停的控制。
用LED八段显示器显示启动延时时间,用光电开关控制步进电机2的停止。
总体结构图见附录图1第二章 51系列单片机介绍2.1 51系列单片机的引脚功能图2 微型单片机的引脚2.2 I/O端口线输入输出引脚P0.0—P0.7(39—32):P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。
在访问外部存储器时,它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线,在访问期间激活了内部的上拉电阻。
在EPROM编程时,它接收指令字节,而在验证程序时,则输出指令字节。
验证时,要求外接上拉电阻。
P1.0—P1.7(1-8):P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在EPROM 编程和程序验证时,它接收低8位地址。
P2.0—P2.7(21-28):P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在访问外部存储器时,它送出高8位地址。
在对EFROM编程和程序验证期间,它接收高8位地址。
P3.0—P3.7(10-17):P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在MCS—5l中,这8个引脚还兼有专用功能,P3的8条口线都定义有第二功能,详见表1-1-1。
图32.3 控制线控制引脚(ALE/PROG、、、RST/VPD)ALE(30脚)地址锁存控制信号。
在系统扩展时,ALE用于控制P0口输出的低8位地址锁存起来,以实现低位地址和数据的隔离。
此外,由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲,因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
(29脚)外部程序存储器读选通信号。
在读外部ROM时,有效(低电平),以实现外部ROM单元的读操作。
(31脚)访问程序存储控制信号。
当信号为低电平时,对ROM的读操作限定在外部程序存储器;当信号为高电平时,对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延至外部程序存储器。
RST/Vpp (9脚) 复位信号。
当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效,用以完成单片机的复位初始化操作。
2.4 外接晶体端XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)外接晶体引线端。
当使用芯片内部时钟时,此二引线端用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时,用于接外部时钟脉冲信号。
主电源引脚高VCC和低VSS;VCC(40脚)+5V电源;VSS(20脚)地线(GND)。
以上是MCS-51单片机芯片40条引脚的定义及简单功能说明,读者可以对照实训电路找到相应引脚,在电路中查看每个引脚的连接使用。
2.5 51系列单片机的时序805l的基本时序周期一条指令译码产生的一系列微操作信号在时间上有严格的先后次序,这种次序就是计算机的时序。
其基本时序周期有如下四种。
●振荡周期:指振荡源的周期,若为内部产生方式,则为石英晶体的振荡周期。
T振荡周期=1/fosc;●时钟周期:(称S周期)为振荡周期的两倍,时钟周期=2倍的振荡周期T 时钟周期=2* T振荡周期;●机器周期:一个机器周期含6个时钟周期(S周期)。
T机器周期=6*T时钟周期=12* T振荡周期=12/fosc; STC12CXX系列单片机有1个时钟周期/机器周期。
●指令周期:完成一条指令占用的全部时间。
805l的指令周期含1—4个机器周期,其中多数为单周期指令,还有2周期和4周期指令。
第三章系统硬件设计3.1 AT89C52单片机最小系统89C52内部有8K闪存存储器,芯片本身就是一个最小系统。
用这种芯片构成的最小系统,简单、可靠。
用其构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可,如图3所示。
本系统通过此最小应用系统将计算机上的下载程序。
图3 AT89C52最小系统3.2 PC 机与单片机的串行通信接口设计目前串行通信总线的标准接口主要有:(1) RS- 232C , RS232E;(2) RS - 449 ( RS - 422 , RS -423 和RS - 485) ; (3) 20mA 电流环; (4) USB 通用接口。
其中RS - 232C ( RS Recommended Standard) 串行通信总线使用最为广泛。
RS - 232C 是由美国电子工业协会( EIA) 正式公布的、在异步串行通信中应用最广的标准总线。
它包括了按位串行传输的电器的机械方面的规定。
它具有连接方便, 易于实现且成本较低等特点,但由于抗干扰能力差, 适合于短距离或带调制解调器的通信场合。
对于本系统, 只要求近距离( F10m) 点对点通信, 而且周围环境的电气影响较低, 所以本系统采用成本较低RS232C 标准。
对于RS232C 标准, 逻辑0 电平规定为+ 5~ + 15V 之间, 逻辑1 电平为- 5~ - 15V 之间。
因此, 要实现PC 机与单片机的串行通信, 不能将其线路直接相连,RS - 232C 驱动器与单片机的TTL 电平连接必须经过电平转换。
MAX232 芯片是MAXIM 公司生产的、包含两路接收和驱动的IC 芯片, 适用于各种EIA - 232C 和V. 28/ V. 24 的通信接口。
MAX232 芯片内部有一个电源电压变换器, 可以把输入的+ 5V 电源电压变换成RS - 232C 输出电平所需的±10V 电压。
因此它只需要单一电源供电就可以了, 在没有±12V 电源的场合尤为合适, 而且价格适中, 硬件接口简单, 所以本系统采用MAX232CSE 作为收发器芯片。
电路原理如图4 所示:图4 MAX 232 电路原理图3.3 步进电机及其驱动电路设计3.3.1 步进电机概述1、步进电机的特点步进电机又称脉冲电机或阶跃电机,国外一般称st印motor或st印ping motor、pulse motor、st印per motor等。