步进电机的速度调节方法解读

步进电机转速调节的方法
工程师在依据负载，力矩等选好步进电机和驱动器的型号后，在详细应用中，还涉及到步进电机的转速这一参数的确定和设置。

建议通过调整输入驱动器的脉冲频率以及驱动器的细分参数来达到调整步进电机转速的作用。

其实就是掌握单位时间内步进电机的步数。

常规调整步进电机转速的方法分为以下几种：
一、换向器电机调速
优点：①具有沟通同步电机结构简洁和直流电机良好的调速性能; ②低速时用电源电压、高速时用步进电机反电势自然换流，运行牢靠;
③无附加转差损耗，效率高，适用于高速大容量同步电机的启动和调速。

缺点：过载力量较低，原有电机的容量不能充分发挥。

二、定子调压调速
优点：①线路简洁，装置体积小，价格廉价; ②使用、修理便利。

缺点：①调速过程中增加转差损耗，此损耗使转子发热，效率较低; ②调速范围比较小; ③要求采纳高转差电机，比如特别设计的力矩电机，所以特性较软，一般适用于55kW以下的异步电机。

三、转子串电阻调速
优点：①技术要求较低，易于把握; ②设备费用低; ③无电磁谐波干扰。

缺点：①串铸铁电阻只能进行有级调速。

若用液体电阻进行无级调速，则维护、保养要求较高; ②调速过程中附加的转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗，效率低。

③调速范围不大。

四、电磁转差离合器调速
优点：①结构简洁，掌握装置容量小，价值廉价; ②运行牢靠，修理简单; ③无谐波干扰。

缺点：①速度损失大，由于电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的最高转速仅为电机同步转速的80%～90%;
②调速过程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低。

步进电机常用升降速控制方法说明步进电机常用的升降频控制方法有两种：直线升降频和指数曲线升降频。

指数曲线法具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性差。

直线法平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。

以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比较简单。

步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时，要经历升速、恒速和减速过程。

当信浓步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需要停止时，可从运行频率直接降到零速。

当步进电机运行频率fbfa（有载起动时的起动频率）时，若直接用fb频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。

同样在fb频率下突然停止时，由于惯性作用，步进电机会发生过冲，影响定位精度。

如果非常缓慢的升降速，信浓步进电机虽然不会产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。

所以对信浓步进电机加减速要保证在不失步和过冲前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。

1。

一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高； 3、接线简单、控制方便、价格低； 4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。

本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。

变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。

其特点： 1、效率高，调速过程中没有附加损耗； 2、应用范围广，可用于笼型异步电动机； 3、调速范围大，特性硬，精度高； 4、技术复杂，造价高，维护检修困难。

5、本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。

大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。

根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为： 1、可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 2、装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70％－90％的生产机械上； 3、调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 4、晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。

5、本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。

四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。

串入的电阻越大，电动机的转速越低。

步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，将导致步进电机堵转。

要解决这个问题，必须采用加减速的办法。

就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。

这就是我们常说的“加减速”方法。

步进电机转速度是根据输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。

实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。

所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。

加速和减速的原理是一样的。

以加速实例加以说明：加速过程是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。

跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。

步电机系统解决方案加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。

使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。

对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。

指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。

通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。

如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，就会难以实现步进电机的高速旋转。

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步进电机的调速原理
调速原理是指控制步进电机转速的方法。

常见的调速原理有以下几种：
1. 定常电流控制：通过控制步进电机的驱动电流大小来实现调速。

电机转速与驱动电流成正比关系，增大电流可以提高转速，减小电流可以降低转速。

2. 单微步调速：通过改变步进电机的微步数来实现调速。

步进电机分为全步和微步两种工作模式，全步每转一周，电机转动一个完整的步距角，而微步则是将步距角进一步细分。

通常通过控制电机可执行的微步数，来调控电机的转速。

3. 物理机械调速：通过改变步进电机的负载来实现调速。

例如，在电机轴上增加负载可以降低转速，减小负载则可以提高转速。

4. 闭环调速：通过反馈系统来实现闭环控制，实时调整电机驱动信号以达到预定转速。

常见的闭环调速方法有位置反馈和速度反馈。

位置反馈通常使用编码器等装置来实时监测电机转动角度，根据误差信号调整驱动信号；速度反馈则是通过速度传感器实时监测电机转速，并根据误差信号进行调整。

这些调速原理可以根据实际需求进行选择和组合，以实现步进电机的精确调速。

步进电机应用中速度设置2013-1-30 11:29:00 来源： [关闭][打印]设置步进驱动器的细分数，通常细分数越高，控制分辨率越高。

但细分数太高则影响 到最大进给速度。

一般来说，对于模具机用户可考虑脉冲当量为 0.001mm/P（此时最 大进给速度为 9600mm/min）或者 0.0005mm/P（此时最大进给速度为 4800mm/min）； 对于精度要求不高的用户，脉冲当量可设置的大一些，如 0.002mm/P（此时最大进给 速度为 19200mm/min）或 0.005mm/P（此时最大进给速度为 48000mm/min）。

对于两 相步进电机，脉冲当量计算方法如下：脉冲当量=丝杠螺距÷细分数÷200。

起跳速度：该参数对应步进电机的起跳频率。

所谓起跳频率是步进电机不经过加速， 能够直接启动工作的最高频率。

合理地选取该参数能够提高加工效率，并且能避开步 进电机运动特性不好的低速段；但是如果该参数选取大了，就会造成闷车，所以一定 要留有余量。

在电机的出厂参数中，一般包含起跳频率参数。

但是在机床装配好后， 该值可能发生变化，一般要下降，特别是在做带负载运动时。

所以，该设定参数最好 是在参考电机出厂参数后，再实际测量决定。

单轴加速度：用以描述单个进给轴的加减速能力，单位是毫米/秒平方。

这个指标由 机床的物理特性决定，如运动部分的质量、进给电机的扭矩、阻力、切削负载等。

这 个值越大，在运动过程中花在加减速过程中的时间越小，效率越高。

通常，对于步进 电机，该值在 100 ~ 500 之间，对于伺服电机系统，可以设置在 400 ~ 1200 之间。

在设置过程中，开始设置小一点，运行一段时间，重复做各种典型运动，注意观察， 如果没有异常情况，然后逐步增加。

如果发现异常情况，则降低该值，并留 50%~100% 的保险余量。

弯道加速度：用以描述多个进给轴联动时的加减速能力，单位是毫米/秒平方。

目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1步进电机的概述 (2)1.1.1 步进电机的特点 (2)1.1.2步进电机的工作原理简述 (2)1.2四相八拍步进电机 (2)1.2.1 四相步进电机工作原理 (2)1.2.2 八拍得工作方式 (4)1.3单片机概述 (4)1.3.1 单片机原理简述 (4)1.3.2 8031单片机 (5)1.4总体方案设计 (5)1.4.1 系统的组成 (5)1.4.2 系统的工作原理 (6)第2章系统软件设计 (6)2.1显示子程序的设计 (7)2.2键盘子程序的设计 (8)2.3正反转程序流程图 (11)2.3.1 正反转程序流程图 (11)2.3.2 转速快慢程序流程图 (14)2.4定时中断流程图 (17)2.5语音报警系统 (19)2.6主程序设计 (20)参考文献 (22)致谢 (23)引言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，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。

步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。

在本设计方案中采用单片机内部的定时器改变脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。

关键词：步进电机，单片机，调速系统第1章绪论1.1 步进电机的概述1.1.1 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。

步进电机调速原理
步进电机是一种特殊的直线或旋转电机，具有可以控制位置和速
度的优点。

调速是步进电机的主要应用之一，它可以通过改变电流的
频率或者改变电源电压来实现调速。

步进电机调速原理主要有以下几种：
一、微步控制调速原理
微步控制是一种在控制电流中引入微小的时间对称脉冲，以实现
对步进电机转速的调节。

微步控制可以分为全步、半步、四分之一步、八分之一步等多种不同步数的控制方式，是一种高精度、低噪音、低
振动的调速方式。

二、调整电源电压原理
步进电机的转速与电源电压成正比，因此调节电源电压可以实现
调速。

调节电源电压时需要注意：调节电源电压过高会使步进电机发热，短时间内甚至会烧坏电机；过低电压会影响电机的动力性能和工
作效率。

三、控制脉冲频率原理
步进电机的转速与控制脉冲的频率成反比，因此调整控制脉冲的
频率可以实现调速。

这种调速方式需要合理地选择驱动器的细分，以
提高脉冲频率的精度和稳定性，从而实现平稳的调速效果。

四、增强电流控制原理
增强电流控制是一种通过增加电机的驱动电流来提高电机输出功
率和动力性能的控制方式。

在这种调速方式下，电机的驱动电流可以
随着转动速度的变化而逐渐增加，从而实现高速、高扭矩的调速效果。

综上所述，步进电机调速原理主要包括微步控制、调整电源电压、控制脉冲频率和增强电流控制等多种方式。

在实际应用中，我们可以
根据不同的需求和实际情况选择最合适的调速方式来实现调速效果。

如何控制步进电机速度（即如何计算脉冲频率）步进电机是一种常用的控制器件，它通过接收脉冲信号来进行精确的位置控制。

控制步进电机的速度就是控制脉冲的频率，也就是发送给电机的脉冲数目和时间的关系。

下面将介绍几种常见的方法来控制步进电机的速度。

1.简单定频控制方法：这种方法通过固定每秒脉冲数（也称为频率）来控制步进电机的速度。

通常，在开发步进电机控制系统时，我们会选择一个合适的频率，然后通过改变脉冲的间隔时间来调整步进电机的速度。

脉冲频率可以通过以下公式计算：频率=目标速度（转/秒）×每转需要的脉冲数。

2.脉冲宽度调制（PWM）控制方法：使用PWM调制技术可以在不改变脉冲频率的情况下改变脉冲的时间宽度，从而控制步进电机的速度。

通过改变每个脉冲的高电平时间和低电平时间的比例，可以实现步进电机的速度控制。

较长的高电平时间会导致步进电机转动较快，而较短的高电平时间会导致步进电机转动较慢。

3.脉冲加速与减速控制方法：步进电机的加速和减速是通过改变脉冲信号的频率和间隔时间来实现的。

在加速时，脉冲的频率逐渐增加，间隔时间逐渐减小，从而使步进电机从静止状态加速到目标速度。

在减速时，脉冲的频率逐渐减小，间隔时间逐渐增加，从而使步进电机从目标速度减速到静止状态。

在实际应用中，可以通过编程控制脉冲信号的频率来控制步进电机的速度。

根据不同的需求，可以选择适合的控制方法来实现步进电机的精准控制。

除了控制脉冲频率，步进电机的速度还受到其他因素的影响，如驱动器的最大输出速度、电机的最大速度等。

因此，在进行步进电机速度控制时，还需要考虑这些因素，并做好相应的调整以确保步进电机的正常运行。

如何实现步进电机中的速度调节控制设计引言对步进电机的控制是经济型数控系统开发时的一项重要内容，其中对步进电机运动过程中的升降速控制是重点。

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。

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。

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。

1 步进电机动态特性分析由于步进电机的输出转矩随步进频率的增加而减少，根据步进电机的动态特性，可以通过其动力模型（二阶微分）描述：式中：J—系统的总转动惯量θ—转子的转角β—阻尼系数k—与θ成某种函数关系的比例因子Tz—摩擦阻力矩及其它与β无关的阻力矩之和Td—步进电机所产生的电磁驱动转矩式中，—惯性扭矩—角加速度显然，惯性扭矩应小于最大电磁转矩Td，在升速阶段角加速度越大越好，使得到达匀速的时间越短，但在加速阶段为了减小对系统的冲击不应该突变，故在不失步的前提之下，在加速阶段。