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。

N=km，m为步进电机的绕组相数，k=1或2。
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。

一、判断题第一章1.高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。

（√）2.交流地与信号地不能共用。

（√）3.浮地主要用于对电场的屏蔽。

（×）4.数字地是指传感器的地。

（×）5.高电平线和低电平线不要走同一条电缆。

（√）6.屏蔽地是为了防止静电感应和磁场感应而设的地线。

（√）7.集成稳压器的工作参数反映了其能够正常工作的范围和正常工作所必须的条件（√）。

8.集成稳压器的输出电压为12V。

（×）9.工业生产中干扰的来源主要有：空间干扰、过程通道干扰、供电系统干扰。

（√）10.交流地与信号地不能共用。

（√）11.集成稳压器的工作参数反映了其能够正常工作的范围和正常工作所必需的条件。

（√）12.为了防止电网电压等对测量回路的损坏，为了防止电磁等干扰造成的系统不正常运行，需要隔绝电气方面的联系，即只需要强电隔离。

（×）13、集成稳压器性能表征有极限参数、工作参数、质量参数等。

（√）14、常用的集成稳压器有7800、7900、317、337系列。

（√）15、当需要提高集成稳压器输出时，可采用稳压管或电阻升压的方法。

（√）16、DC/DC也是一种常用的直流电源，（√）17、三端式带隙基准源AD580，它能提供2.5V的基准电压。

（√）18、AD580是12位D/A转换器AD7542的精密基准源。

（√）19、工业生产中的干扰一般以脉冲的形式进入控制系统。

（√）20、屏蔽地，也叫机壳地，是为防止静电感应和磁场感应而设的地线。

（√）21、模拟地作为A/D转换前置放大器或比较器的零电位。

（√）22、直流地是直流电源的地线。

（√）23、极限参数是反映集成稳压器所能承受的最大的安全工作的条件。

（√）24、工作参数反映了集成稳压器能够正常工作的范围和正常工作所必需的条件。

（√）25、质量参数是反映器件基本特性的参数，它为使用者提供了选择的依据。

（√）第二章1.输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大器。

伺服电机与步进电机控制的区别详解1，步进电机原理步进电机作为控制用的特种电机，是将电脉冲转化为角位移的执行机构。

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步进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，改变绕组的通电顺序，电机就会反转。

驱动器原理步进电机需要使用专用的步进电机驱动器驱动，驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。

功率驱动单元将脉冲发生控制单元生成的脉冲放大，与步进电机直接耦合，属于步进电机与微控制器的功率接口。

控制指令单元，接收脉冲与方向信号，对应的脉冲发生控制单元对应生成一组相应相数的脉冲，经过功率驱动单元后送到步进电机，步进电机在对应方向上转过一个步距角。

驱动器的脉冲给定方式决定了步进电机运行方式，如下：（1）m相单m拍运行（2）m相双m拍运行（3）m相单、双m拍运行（4）细分驱动，需要驱动器给出不同幅值的驱动信号步进电机有一些重要的技术数据，如最大静转矩、起动频率、运行频率等。

一般来说步距角越小，电机最大静转矩越大，则起动频率和运行频率越高，所以运行方式中强调了细分驱动技术，该方式提高了步进电机的转动力矩和分辨率，完全消除了电机的低频振荡。

所以细分驱动器驱动性能优与其他类型驱动器。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的进行比较，调整转子转动的角度。

2，伺服电机伺服电机原理伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类。

伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了闭环，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位。

四、反应式步进电机的特性
动态稳定区：(-π+θse)<θ<(π+θse) a点与OA点之间的夹角θr称为稳定裕度(或裕量角)。裕量
角越大，电动机运行越稳定。
r se
2 Z r (mC 2) mZ r C mC
由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。 电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大，运
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构 和工作原理。
一、步进电机简介及结构
步进电动机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组
定子
转子
一、步进电机简介及结构
A IA
定子 转子
定子的六个磁 极上有控制绕组， 两个相对的磁极组 成一相。
注意：
这里的相和三 相交流电中的“相” 的概念不同。步进 电动机通的是直流 IB B 电脉冲，这主要是 指线圈的联接和组 数的区别。
冲的最高频率，它是步进电动机的一项重要技术指标。它的大小与电机本 身的参数、负载转矩、转动惯量及电源条件等因素有关，它是衡量步进电
动机快速性的重要技术指标。
1)按能起动的最短脉冲间隔时间tf便可决定电动机的起动频率fst，则 fst=1/tf
2)起动频率fst的大小与电动机的步距角θS有关。
3)电动机的最大静转矩Tsm越大，作用于电动机转子上的电磁转矩也越大， 使加速度越大，转子达到动稳定区所需时间也就越短，起动频率fst越高。
二、步进电机工作方式
三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。 工作过程：
A
B' 4 1 2 3 A'

步进电机有几种工作方式在现代工业和自动化领域中，步进电机是一种常用的电动机之一。

步进电机具有结构简单、运行稳定、定位准确等优点，被广泛应用于各种设备和系统中。

根据不同的控制方式和工作原理，步进电机可以分为几种不同的工作方式。

1. 开环控制方式开环控制方式是步进电机最基本的工作方式之一。

在开环控制下，系统仅根据输入的脉冲信号来驱动步进电机，而没有反馈信号用于监测电机的实际运动情况。

这意味着系统无法实时调整电机的运行状态，容易出现失步或者误差累积的问题。

开环控制方式适用于一些对定位精度要求不高的场合，成本较低。

2. 半闭环控制方式半闭环控制方式在开环控制的基础上增加了位置传感器或编码器等反馈装置，用于监测步进电机的实际位置信息。

根据反馈信号，系统可以进行部分的位置校正，提高了系统的稳定性和定位精度。

半闭环控制方式适用于一些对定位精度要求较高的场合，但相比全闭环控制，其成本和复杂度较低。

3. 全闭环控制方式全闭环控制方式是步进电机的高级控制方式之一。

在全闭环控制下，系统不仅通过位置传感器获取电机的实际位置信息，还将这些信息反馈给控制器进行实时校正。

这样可以确保步进电机在高速运动或负载变化时仍能保持准确的位置控制，提高了系统的响应速度和稳定性。

全闭环控制方式适用于对精准定位和高速响应要求较高的场合，但相应地增加了系统的成本和调试难度。

4. 微步进控制方式除了以上三种基本的控制方式外，还有一种常见的控制方式是微步进控制。

微步进控制通过改变步进电机的相间电流波形，将每一步的细分成更小的微步，从而使电机的1转动更加平滑和精确。

相较于传统的全步进控制方式，微步进控制可以提高电机的分辨率和平稳性，但也会增加电机的功耗和控制复杂度。

不同的工作方式适用于不同的应用场合，用户可以根据自身需求和预算选择合适的步进电机控制方式。

在实际应用中，需综合考虑定位精度、速度要求、成本限制等因素，选择最适合的控制方式，以达到最佳的工作效果。

2HSS57-N-XX混合式步进伺服驱动器用户手册地址：深圳市宝安区留仙三路鸿威工业区A栋2楼电话：*************26502268传真：*************E-mail:*******************本手册的所有内容，著作财产权归深圳市杰美康机电有限公司所有，未经深圳市杰美康机电有限公司许可，任何单位或个人不得随意仿制、拷贝、撰抄。

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深圳市杰美康机电有限公司版本编写核准V2.10研发部研发部-2-目录目录 (3)一、概述 (4)二、特点 (4)三、端口说明 (5)3.1报警信号输出端口 (5)3.2刹车、到位信号输出端口 (5)3.3控制信号输入端口 (6)3.4编码器反馈信号输入端口 (7)3.5功率端口 (8)四、技术指标 (9)五、控制信号接线 (10)5.1控制信号单端共阳极接线 (10)5.2控制信号单端共阴极接线 (11)5.3控制信号差分接线方式 (12)5.4232串口通信接线图 (13)5.5控制信号时序图 (13)六、功能拨码和细分拨码开关设定 (15)6.1SW1单双脉冲选择 (15)6.2SW2逻辑方向设定 (15)6.3SW3-SW6细分设置 (15)6.4SW7指令平滑设置 (16)6.5SW8开/闭环模式选择 (16)七、错误报警及LED灯闪烁次数 (17)八、安装尺寸 (18)九、接线图 (19)十、参数设置 (20)十一、常见问题及故障处理 (26)-3-一、概述2HSS57-N-XX混合式步进伺服驱动系统是在数字步进驱动中完美融合了伺服控制技术，产品采用光学编码器,每50微秒高速采样位置反馈，一旦出现位置上的偏差可立即修正位置偏差量。

步进电机的控制方式
01
控制方式是指如何控制步进电机的转 动角度和速度。
02
常见的控制方式包括：脉冲控制、方 向控制和速度控制。脉冲控制是指通 过输入不同数量和频率的脉冲信号来 控制电机的转动角度和速度；方向控 制是指通过改变输入脉冲的顺序来控 制电机的转动方向；速度控制则是指 通过改变输入脉冲的频率来控制电机 的转速。
步进电机的步进模式
步进模式是指步进电机在接收到一个脉冲信号时转动的角度或转过的步 数。
步进电机通常有三种步进模式：单拍制、双拍制和混合拍制。单拍制是 指每次只激发一个磁极，双拍制是指每次同时激发两个磁极，而混合拍
制则介于两者之间。
不同的步进模式适用于不同的应用场景，如单拍制适用于高精度定位， 双拍制适用于快速转动，混合拍制则适用于对速度和精度都有要求的场 合。
电机在动态条件下的效率表现，反映了电机 的能量转换效率。
共振频率
电机自身的固有频率，决定了电机对高频激 励的响应特性。
矩频特性
矩频曲线
描述电机输出转矩与转速之间 关系的曲线，反映了电机的输
出特性。
最高转速
电机在一定转矩下的最大转速 ，决定了电机的最高工作速度 。
转速范围
电机能够稳定工作的转速范围 ，反映了电机的适用范围。
步进电机的控制需要配合驱动器使用，相 对于其他电机来说控制复杂度较高。
06
步进电机的发展趋势和未 来展望
技术发展趋势
01
高精度控制
随着工业自动化和智能制造的快速发展，对步进电机的控制精度要求越
来越高。未来，步进电机将采用更先进的控制算法和驱动技术，实现更
精确的位置和速度控制。
02
高效能化
提高步进电机的效率和性能是未来的重要发展方向。通过改进电机材料、

主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源， 主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，
带惯性负载的能力不强。 带惯性负载的能力不强。
种类： 种类： 磁阻式(反应式) 励 磁 方 式 永磁式 混合式
转子有多相磁极，而转子用软磁材料制成,三相 转子用永磁材料制成，这样可提高电机 的输出转矩，减少定子绕组的电流。两 相 两相、三相和五相
1 结构
步进电机主要由两部分构成：定子和转子。 步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组
反应式步进电机的定子上有 磁极， 磁极，每个磁极上有激磁绕 转子无绕组， 定子组，转子无绕组，有周向均 布的齿， 布的齿，依靠磁极对齿的吸 合工作。 合工作。如图所示为三相步 进电机，定子上有三对磁极， 进电机，定子上有三对磁极， 分成A、 、 三相 三相。 分成 、B、C三相。为简 化分析，假设转子只有4个 化分析，假设转子只有 个 齿。
以上三种工作方式， 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
2 步进电机的主要特性 2.1 步距角及其精度 指每给一个脉冲信号，电动机转子应转过角度的 理论值。它取决于电机结构和控制方式。步距角 可按下式计算：
根据结构分类 步进电机可制成轴向单段式和多段式。多段式又 称为轴向分相式，定子每相是一个独立的段，各 段只有一个绕组，结构完全相同，
1－ 线圈
2－ 定子
3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机 三段式（三定子）
旋转励磁型5相步进电机 减速－制动复合型5相步进电机
步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动 步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（ ）。控制器 脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量， 控制器（ 器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的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， 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。 速的目的。

步进电机控制方法
步进电机是一种常用的电动机，它通过控制电流脉冲的频率和方向来实现旋转运动。

下面将介绍几种常见的步进电机控制方法。

1. 单脉冲控制：这种方法简单直接，通过给步进电机施加一个脉冲信号来控制其步进角度，每个脉冲代表一个步进角度。

但是由于只控制脉冲的频率和方向，无法准确控制电机的位置。

2. 双脉冲控制：这种方法在单脉冲控制的基础上，加入了一个脉冲信号来标记零点位置。

通过控制脉冲信号的频率和方向，可以实现步进电机的精准定位。

但是双脉冲控制需要额外的硬件电路支持，复杂性较高。

3. 微步进控制：微步进控制是一种更加精细的步进电机控制方法。

它通过改变脉冲信号的宽度和相位来控制电机的旋转角度，可以实现更高的分辨率和平滑的运动。

但是微步进控制需要更复杂的电路和算法支持。

除了以上几种常见的步进电机控制方法外，还有其他的一些高级控制方法，如闭环控制、矢量控制等，用于实现更精确的控制效果。

具体选择哪种控制方法，可以根据实际应用需求和成本考虑。

步进电机闭环控制系统的研究与应用实践摘要：本文针对步进电机在直线运动和旋转运动两种状态下工作时所表现出来的不同特性，设计了一种以STC89C52单片机为控制器，以交流PWM功率放大器为执行元件，以CPLD为控制核心的闭环控制系统。

在系统设计时，不仅考虑了步进电机在运动过程中产生的电流和力矩等因素，同时也考虑了步进电机在启动和停止时可能出现的空载电压和电流等因素。

通过实验证明了该控制系统能够满足工程应用需要。

并且采用CPLD设计步进电机闭环控制系统具有较好的稳定性、可靠性、实时性和通用性，并具有良好的通用性。

该控制系统还可以进一步进行优化，使其在运行过程中能够快速准确地响应指令信号，从而更好地实现控制要求。

关键词：步进电机；闭环控制系统；研究；应用步进电机是一种将电脉冲的时间信号转换成角位移的旋转机械装置。

由于步进电机的旋转方向与电脉冲信号成一定的比例关系，并且具有线性好、结构简单、体积小、重量轻、惯性小等优点，所以步进电机在自动化控制系统中得到了广泛的应用。

在实际应用中，需要根据被控对象的具体特性来选择合适的控制方法和策略。

1.步进电机及其控制系统的基本原理它将交流电按固定周期沿一定的方向加到转子磁极上，使定子磁场产生感应电流，产生磁链，磁链再产生力矩，从而实现角位移。

为了提高步进电机的运行效率和稳定性，需要在其控制系统中增加控制环节，即对步进电机进行闭环控制。

步进电机的闭环控制系统主要包括：①输出驱动电路；②电流检测电路；③PWM波生成电路；④位置检测电路。

步进电机的工作过程为：当电源接通时，输出端（H）电压下降为零，此时电枢绕组中通入三相交流电；当电源断开时，输出端（L）电压上升为零，此时电枢绕组中通入三相交流电。

当H=0时，电枢绕组中的三相交流电通过绕组内的三条半圆线圈产生电磁力（即电动势），电动势通过接在A、B、C三相线上的三对线长不同的短线圈产生不同频率和相位的磁场（即电流），使绕组中产生一个脉冲电流；当H=0时，电流停止流过A、C三相线；当H=1时，电流停止流过A、C三相线。

空载时，步进电杌某相通以直流电流时，该相对应的定、转子齿对齐，这时转子无转矩输出。
3.混合式步进电机； （二）步进电动机绕组电流控制电路
合，当驱动器工作异常时继电器断开。
参快数速选 步择进不电当动可，机如连变电续流工磁过作阻大频，率式超高过，步相而进电输流出电；转矩机小又。 称为反应式步进电机，它的工作原理是由改变 脉与冲反频 应率式与步机进械电电发机动生相共比机振，。相的同体定积子的永和磁式转步子进电的动机软转矩钢大齿，步之距角间也的大。电磁引力来改变定子和转子的 快速步进电动机相连对续工位作频置率，高，这而输种出电转矩动小。机结构简单、步距角小。
从运动的型式上可分为：
1.旋转步进电机。 2.直线步进电机。 3.平面步进电机。
三.步进电机的驱动电路、控制方式及接线图 （一）. 驱动电路：
负载过 步大进，超电过电机动绕机的组承载的能驱力；动电路，单极性电流一般采用下图<a>双管串联电路,
参 脉数冲选发 双择 生极不 电当 路性， 故如 障电电 ；流流过一大，般超采过相用电流下；图<b>的H桥电路;
从电流的极性上可分为:
RESET：复位信号永，磁如复式位信步号进为低电电平机时的,输入转脉冲子信铁号起心作用上，装如果有复多条永久磁铁，转子的转动与定 脉指冲令频 脉率冲与频机率械与位发电是生机共发由振生。共定振；、转子之间的电磁引力与磁铁磁力共同作用的。与反应式 所快谓速静 步态进是电指动电机步机连进不续改工电变作通频机电率状高相态，比，而转输，子出不转相动矩同时小的。体工作积状态的。永磁式步进电动机转矩大，步距角也大。 H混N合C式-21步轴进参电数机设结混置合不了合当反式；应式步步进进电电机和机永磁结式合步进了电机反的应优点式，采步用进永久电磁铁机提和高电永动机磁的式转矩步，采进用电细密机的极的齿优来减点小步，距角， 是目前数控机床采上用应用永最多久的步磁进铁电动提机。高电动机的转矩，采用细密的极齿来减小步距角， 双极性电流一般是采目用下前图<数b>的控H桥机电床路; 上应用最多的步进电动机。

11
（2）多段式：又称为轴向分相式。按其磁路特点又可分为轴 向磁路多段式和径向磁路多段式两种。 ①轴向磁路多段式：定转子均沿 电机轴向按相数分段，每一组 定子铁芯中放置一相环形的控 制绕组。定转子圆周上冲有齿 形相近和齿数相同的均布小齿。 定子（或转子）铁芯每两相邻 段错开1/m齿距。优点是使定 子空间利用率好，环形控制绕 组绕制方便，转子的惯量较低， 步距角可以做得较小，起动和 运行频率较高。但是铁芯分段 和错位工艺较复杂，精度不易 保证。
（1）单脉冲运行 ① 定义 步进电动机的单脉冲运行是指电动机仅仅 改变一次通电状态时的运行方式。
27
② 动稳定区 步进电动机从一种通电状态切换到另一种通 电状态时，不致引起失步的区域。无负载时 为图中的ab区域。切换时失调角为：
( se ) ( se )
r
28
③ 裕量角：动稳定区边界a点到初始位置平衡 点O0的区域称为裕量角。
反转则为：AC-CB-BA-AC
9
3. 步距角：步进电动机每一拍转子所转过的角度。它的大小 是由转子的齿数、控制绕组的相数和通电方式所决定的。
360 其中：m为相数，Zr为齿数，C为通电方式系数。 s mZ r C
若为单拍或双拍方式，则为1，若为单、双方式，则为2。 4. 电机转速
60 f 其中：f 为脉冲频率。 mZ r C 5. 定子的相数：若需要更小的步距角，则可以用增大相数的 方法来实现，但是太多的相数会使电机转速减慢，同时也 使得电源更为复杂，造价也越高。一般步进电机的相数最 多到六相，只有极个别的特殊电机才作成更多相的。 n
驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配 器和脉冲功率放大器三个部分。
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分类：
（1）按步进电动机容量大小：功率步进电动机驱动 电源和伺服步进电动机驱动电源。

步进电机的工作原理综述步进电机是将电脉冲信号转变为输出轴的角位移或线位移的开环控制元件，是纯碎的数字控制电动机，即当步进驱动器接收到一个脉冲信号，步进电机就按设定的方向转动一个固定的角度(称为步距角)。

一、步进电机的分类：（1）反应式步进电机（variable reluctance，VR）反应式步进电机一般为三相，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。

反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

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。

（2）永磁式步进电机（permanent magnet，PM）永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度，永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大（3）混合式步进电动机（hybrid，HB）混合式步进电机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，有时也称作永磁感应子式步进电动机，它的步距角小，出力大，动态性能好，但结构复杂，成本较高。

由于反应式步进电机的性价比较高，因此这种步进电机的使用非常广泛，本文以这种步进电机为例，综述步进电机的原理和控制方法。

二、反应式步进电机的结构如上图所示，是一个三相反应式步进电机结构图，从图中可以看出，它分成转子和定子两部分，定子是由硅钢片叠成，定子上有6个大磁极，每两个相对的磁极（N、S极）组成一对，共3对。

每对磁极都缠绕同一绕组，也即形成一相，这样三对磁极有3个绕组，形成三相。

可以得出，四相步进电机有4对磁极、4对绕组……以此类推。

每个磁极的内表面都分布着多个小齿，他们大小相同，间距相同。

转子是由软磁材料制成，其表面也均匀分布着小齿，这些小齿和定子上的小齿的齿距相同，形状相似。

因此它们的齿距角都可以由下式来计算θz＝2π／Z Z——转子的齿数电动机运动的动力来自于电磁力，在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（即最小磁阻，定子小齿和转子小齿对齐）的位置，并处于平衡的状态。

思考题与习题1．步进电动机是数字控制系统中的一种执行元件，其功用是将________变换为相应的角位移或直线位移。

〔〕A．直流电信号 B.交流电信号C. 计算机信号D.脉冲电信号2. 在步进电机的步距角一定的情况下，步进电机的转速与__ __成正比。

3．步进电动机与一般旋转电动机有什么不同？步进电动机有哪几种?4．试以三相单三拍反响式步进电动机为例说明步进电动机的工作原理．为什么步进电动机有两种步距角？5. 步进电动机常用于_________系统中作执行元件，以有利于简化控制系统。

〔〕A.高精度B.高速度C.开环D.闭环6. 步进电动机的角位移量或线位移量与输入脉冲数成_ _。

7. 步进电动机的输出特性是( )A.输出电压与转速成正比B.输出电压与转角成正比C.转速与脉冲量成正比D.转速与脉冲频率成正比8、如何控制步进电动机输出的角位移、转速或线速度？9、反响式步进电动机与永磁式及感应式步进电动机在作用原理方面有什么共同点和差异？步进电动机与同步电动机有什么共同点和差异？10、一台反响式步进电动机步距角为0.9o/1.8o，问〔1〕这是什么意思？〔2〕转子齿数是多少？11．采用双拍制的步进电动机步距角与采用单拍制相比〔〕A．减小一半 B.相同C.增大一半D.增大一倍12. 有一四相八极反响式步进电机，其技术数据中有步距角为1.8°/0.9°，那么该电机转子齿数为〔〕A.75B.100C.50D.不能确定13．一台三相反响式步进电动机，采用三相六拍运行方式，在脉冲频率f为400Hz时，其转速n为100r/min，试计算其转子齿数Z R和步距角θb。

假设脉冲频率不变，采用三相三拍运行方式，其转速n1和步距角θb1又为多少？14. 一台三相反响式步进电动机，其转子齿数Z R为40，分配方式为三相六拍，脉冲频率f 为600Hz，要求：〔1〕写出步进电动机顺时针和逆时针旋转时各相绕组的通电顺序；〔2〕求步进电动机的步距角θb；〔3〕求步进电动机的转速n。

D306三相混合式步进电机驱动器使用说明！阅读请详细阅读本说明书后，再进行安装连接！！！！安全事项★严禁带电对驱动器进行任何拔码设置或进行测量！★必须在断电三分钟后，接线，安装和拔码设置！★二次开关机之间须有三分钟间隔，以免发生故障报警！★驱动器的输入电压需满足技术要求！★通电前，确定电源电缆，电机动力电缆，信号电缆连接正确，且连接紧固！★通电前，电缆连接完毕后，用万用表电阻档测量驱动器A、B、C端子与接地端子之间的电阻应为无穷大。

用万用表最小电阻档测量驱动器A、B、C端子每两相电阻值应相等，避免电机相间短路，或电机缺相引起驱动器损坏。

一．性能简介D306型号三相伺服混合式步进电机驱动器，具有以下特点：1．采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全数字式电流环控制，三相正弦电流驱动输出，使三相混合式电机低速无爬行，无共振区，噪音小。

2．驱动器功放级的电压达到DC325伏，步进电机高速运转时仍然有高转矩输出。

3．具备短路、过压、欠压、过热等完善保护功能，可靠性高。

4．具有细分和半流功能。

有多种细分选择，最小步距角可设为0.036°。

5．适用面广，通过设置不同相电流可配置各种电机。

三．外观尺寸23。

接口信号说明：CP+/CP-（脉冲信号）：每个脉冲上升沿使电机转动一步，最小脉宽≥2.5μS,最高接收频率200KHz 。

CW+/CW-（方向信号）：单脉冲控制方式时为方向控制信号输入接口，若CW 为低电平，电机顺时针旋转，CW 为高电平，电机逆时针旋转。

双脉冲控制方式时为反转步进脉冲信号输入接口。

方向信号切换时间≥10μS 。

改变电机旋转方向可通过互换电机任意两相接线。

FREE+/FREE-（脱机信号）脱机信号输入接口，脱机+与脱机-之间分别加高低电平，电机无相电流，电机转子处于不稳定的自由状态（脱机状态）；反之脱机+与脱机-之间分别加相同电平和不接，电机处于锁定状态。

Vin 外部电源输入端（仅需接ERR 和FINE 时所需） ERR 报警信号输出接口。

直流电机调速
5.6 PWM控制-SCR硬件实现方法
5.6 直流电机控制
*关于频率和占空比的确定，对于 12M晶振，假定PWM输出频率为 1KHZ,这样定时中断次数 * *设定为C=100，即0.01MS中断一次， 则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时 间为0.01ms，这样可以设定占空比 可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms
void timer0(void) interrupt 1 using 2 { static uchar click= 0 ; /*中断次数计数器变量*/ TH0=V_TH0; /*恢复定时器初始值*/ TL0=V_TL0; ++click; if (click>=100) click=“0”; //click控制一个PWM周期的时长 if (click<=ZKB1) /*当小于占空比值时输出低电平，高于时 是高电平，从而实现占空比的调整*/ P1_3=0; else P1_3=1;
}
unsigned char ZKB; //ZKB为占空比调节变量
#void main (void) { init_sys(); ZKB1=40; /*占空比初始值设定*/ while(1) { if (!P1_1) //如果按了+键，增加占空比 { Delay5Ms(); if (!P1_1) { ZKB1++; } } if (!P1_2) //如果按了-键，减少占空比 { Delay5Ms(); if (!P1_2) { ZKB1--; } } /*对占空比值限定范围*/ if (ZKB1>99) ZKB1=1; if (ZKB1<1) ZKB1=99; }
AB 单片 机 DB CB