步进电机的速度控制及运动规律

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。

什么是步进电机？怎样控制速度？什么是步进电机？怎样控制速度？1.什么是步进电机？步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

通俗一点讲：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（及步进角）。

您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；同时您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。

2.步进电机分哪几种?步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，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。

在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进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。

3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。

它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。

由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。

比如，当人们说2N.m 的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

4.什么是DETENT TORQUE?DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。

TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENTTORQUE。

5.步进电机精度为多少？是否累积?一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

6.步进电机的外表温度允许达到多少?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。

步进电机运动规律及速度控制方法姓名：吴良辰班级：10机设（2）学号：201010310206学期我们专业开设了机电传动控制这么课，它是机电一体化人才所需要知识结构的躯体，由于电力传动控制装置和机械设备是一个不可分割的整体，所以我么能从中了解到机电传动控制的一般知识，要掌握电机、电器、晶闸管等工作原理、特性、应用和选用的方法。

了解最新控制技术在机械设备中的应用。

在现代工业中，机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机，而且还包括控制电动机的一整套控制，以满足生产过程自动化的要求。

也就是说，现代机电传动是和各种控制元件组成的自动控制系统联系在一起。

机电系统一般可分为图一所示的三个部分。

图1 机电传动控制在没上这门课之前，在我自己认为，电机就是那些就是高中学的那些直流电动机，就是通电线圈在磁场转动。

那是直流电动机了，慢慢的我接触了交流电动机，刚开始知道220V市电。

记得大一下学期，我们金工实习了，看到工训下面那么多的车床，铣床，钻床……由于要提供大的功率，所以主电机都是选用380V。

上完这门让我更详细了解他们内部的结构和工作原理。

还说明知识是慢慢积累的过程。

见的多学的多。

我明白了很多以前的疑惑。

看到电视机上那些智能机器人，他们的活动很自如，就像仿生肌肉一样。

尤其是日本的机器人。

它的机械臂很有可能是步进电机控制的，还有一种说法是液压与气压控制的。

我觉的两者都有。

很有幸大一时候进入了第二课堂，在里面学到东西，也接触了步进电机，我是在学51单片机那时候也买了一个，就觉得很神奇。

在加上前几天参加了江西省电子设计大赛，我就感觉到要是要选控制类的题目做，步进电机是不能少的。

所以步进电机是个好东西。

我在网上查了一下资料，上个世纪就出现了步进电机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。

很遗憾的是它是国外人发明的。

开始写正题了，上完这门课，那个步进电机是让我很痴迷的。

步进电机运动规律及速度控制方法该设计的关键是确定脉冲定时tn，脉冲时间间隔即脉冲周期Tn和脉冲频率fn。

假设从启动瞬时开始计算脉冲数，加速阶段的脉冲数为n，并设启动瞬时为计时起点，定时器初值为D1，定时器初值的减量为△。

从加速阶段的物理过程可知，第一个脉冲周期，即启动时的脉冲周期T1=D1/f0，t1=0。

由于定时器初值的修改，第2个脉冲周期T2=(D1-△)/f0=T1-△/f0，脉冲定时t2=T1，则第n个脉冲的周期为：Tn=T1-(n-1)△/f0(1)脉冲定时为：(2)脉冲频率为：1/fn=Tn=T1-(n-1)△/f0(3)上式分别显示了脉冲数n与脉冲频率fn和时间tn的关系。

令△/f0=δ，即加速阶段相邻两脉冲周期的减量，则上述公式简化为：tn=(n-1)T1-(n-2)(n-1)δ/2(4)1/fn=T1-(n-1)δ(5)联立(4)、(5)，并简化fn与tn的关系，得出加速阶段的数学模型为：(6)其中，是常数，其值与定时器初值及定时器变化量有关，A=-δ,B=(2T1+δ)2,C=8δ。

加速阶段脉冲频率的变化为：(7)从(6)、(7)式可以看出，在加速阶段，脉冲频率不断升高，且加速度以二次函数增加。

这种加速方法对步进电机运行十分有利，因为启动时，加速度平缓，一旦步进电机具有一定的速度，加速度增加很快。

这样一方面使加速度平稳过渡，有利于提高机器的定位精度，另一方面可以缩短加速过程，提高快速性能。

PWM的主要目的是让电流是正弦波，也就是细分。

他的目的是减小步进电机的震动。

简单地说如果你是用哪种恒定的高电平来驱动步进电机，那么低速情况下，因为步进电机每次都是全速从前一个位置到达下一个位置，因此，实际上步进电机所花费的时间会明显小于你的换相的周期，因此电机会出现震动。

而PWM的目的就是让步进电机加速度别那么快，保证转子从老位置到新位置所花费的时间正好等于换相周期。

并且在这个期间转子的转动速度是基本上恒定的。

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。

步进电机控制方法步进电机是一种将电信号转换为精确的机械运动的特殊电机。

由于其高精度、可控性和稳定性，步进电机广泛应用于许多领域，如工业自动化、医疗仪器、机器人技术等。

本文将讨论步进电机的控制方法，在这些方法中，人们可以实现对步进电机的精确控制和位置控制。

首先，我们来介绍步进电机的基本工作原理。

步进电机的转子由永磁体或由电磁铁组成，通常与定子上的绕组相互作用。

当绕组依次激励时，电机的转子会按照一定的角度顺序旋转。

每次激励的脉冲将使转子转动一个固定的角度，称为步长。

因此，通过正确控制脉冲信号的频率和顺序，我们可以精确地控制步进电机的运动。

步进电机的控制方法主要分为开环控制和闭环控制。

开环控制是最简单的一种方法，通过给步进电机提供一系列的脉冲信号来控制其转动。

这些信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和位置。

开环控制方法适用于需要较低精度和较简单控制的应用，例如简单的运动控制和位置复位。

闭环控制方法则更加复杂，但也更加精确。

闭环控制通过使用编码器或其他位置传感器来监测步进电机的实际位置，并将其与期望位置进行比较。

根据比较结果，控制系统将调整脉冲信号的频率和脉冲数量，以使电机达到期望的位置和运动状态。

闭环控制方法适用于需要高精度和复杂运动控制的应用，例如精密仪器和机器人。

除了开环控制和闭环控制之外，还有其他一些常用的步进电机控制方法。

例如，微步控制方法可以进一步提高步进电机的分辨率。

微步控制通过将每个步进脉冲细分为更小的微步脉冲，从而将电机的角度控制能力提高到更高的级别。

这种方法通常需要更先进的控制电路和算法。

此外，还有一些高级的控制方法，如矢量控制和感应控制等。

矢量控制方法通过同时控制步进电机的多个绕组来实现更复杂的运动模式，提高电机的性能和动态响应能力。

感应控制方法则利用感应原理，通过识别转子位置和磁场变化来控制电机运动。

这些高级控制方法在某些特定的应用领域中具有重要意义，但通常需要更复杂的控制算法和硬件实现。

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。