数控机床中步进电机的应用

步进电机控制方法

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行器，广泛应用于打印机、数控机床、纺织机械、包装设备等自动控制系统中。步进电机控制方法的选择对于系统的性能和稳定性具有重要影响，下面将介绍几种常见的步进电机控制方法。

1. 开环控制。

开环控制是最简单的步进电机控制方法之一，通过给步进电机施加一定的脉冲信号来控制其旋转角度。这种方法简单直接，但无法对步进电机的运动状态进行实时监测和调整，容易出现失步现象，适用于对精度要求不高的场合。

2. 半闭环控制。

半闭环控制是在开环控制的基础上增加了位置传感器反馈的控制方法。通过位置传感器实时监测步进电机的位置，将反馈信息与设定值进行比较，从而实现对步进电机位置的闭环控制。这种方法相比于开环控制能够更好地提高系统的稳定性和精度，但仍然存在一定的失步风险。

3. 闭环控制。

闭环控制是最为精确的步进电机控制方法，通过在步进电机上增加编码器等位置传感器，实时反馈步进电机的位置信息，并对其进行精确控制。闭环控制能够及时调整步进电机的运动状态，减小失步风险，提高系统的稳定性和精度，适用于对位置精度要求较高的场合。

4. 微步进控制。

微步进控制是一种通过改变步进电机相序激励方式，使步进电机在每个步距内分成多个微步距的控制方法。微步进控制能够提高步进电机的分辨率，减小振动和噪音，提高系统的平稳性和精度，适用于对步进电机运动要求较高的场合。 总结。

在实际应用中，步进电机控制方法的选择应根据具体的控制要求和系统性能需求来确定。不同的控制方法各有特点，开环控制简单直接，但精度较低；半闭环控制提高了系统的稳定性和精度，但仍存在失步风险；闭环控制精度最高，但成本较高。微步进控制能够提高步进电机的平稳性和分辨率，但相应的控制电路较为复杂。因此，在选择步进电机控制方法时，需要综合考虑系统的实际需求和成本因素，选择最合适的控制方法来实现系统的稳定运行和高精度控制。

ｌ　匐　化　

数控机床中分频段调压的步进电机驱动设计　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｂａｎｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｓｔｅｐ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅ　王悦善　ＷＡＮ　Ｇ　Ｙｕｅ—ｓｈａｎ　（重庆三峡学院，重庆４０４００４）　摘要：本文介绍数控机床中应用步进电机的基本概念、常用的几种驱动方式及步进电机的工作原　理，分析调频调压原理，采用单片机实现分频段调压，达到消减低频振荡的目的。硬件实现　方法简单、系统可靠性强。　关键词：步进电机；调频调压；单片机　中图分类号：ＴＨ１　６２　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—０１　３４（２Ｏｌ　２）０６（上）一０１　５Ｏ—Ｏ３　Ｄｏｉ：１　０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１　２．６（上）．４６　

０引言　

步进电机具有仅有周期性误差、精度高、能　够用改变脉冲频率达到调速和正反转控制等，因　为这些显著的特点，它已经成为机电一体化的一　个重要产品，在自动化控制中得到广泛运用。配　合微电子及计算机的发展，尤其是数控系统对步　进电机的需求日益增加，全世界都在大力发展这　

一技术，我国数控系统的发展也取得了不少进步，　自主研发了适合国情的各种数控系统，这对于步　进电机控制的研究也很重要。　

１数控机床设计　

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化　机床。它的控制系统可以处理控制编码或者别的　

符号指令规定的程序，在进行译码，使得机床动　作数控折弯机。　数控机床和普通机床比具有以下五个特点：　１）加工精度高，质量稳定；　２）多坐标联动，能加工复杂零件；　３）遇到改变零件时，通常只要修改程序；　４）机床的刚性大、精度高，生产率高；　

５）高程度的自动化，有效减轻劳动强度。　数控机床的分类按照控制方式可以分为开环　控制、半闭环控制和闭环控制。开环控制不带位　置反馈装置，本文介绍开环控制系统中的步进电　

机驱动器电路。　

２步进电机原理分析　

２．１步进电机概述　步进电机是一种受到脉冲信号控制，并将信　号转化成直线位移或者角位移的控制电机。它可　当做一种特殊的同步电动机，供给电脉冲，它的　运动形式是步进式的，因此叫做步进电动机。　

步进电机控制方法

步进电机是一种常见的电动执行器，广泛应用于各个领域的控制系统中。它具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，是现代自动化控制系统中必不可少的重要组成部分。本文将从基本原理、控制方法、应用案例等方面对步进电机进行详细介绍。

1. 基本原理

步进电机是一种通过输入控制信号使电机转动一个固定角度的电机。其基本原理是借助于电磁原理，通过交替激励电机的不同线圈，使电机以一个固定的步距旋转。步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子上布置有若干个线圈，而转子则包含若干个极对磁体。

2. 控制方法

步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。开环控制是指根据既定的输入信号频率和相位来驱动电机，控制电机旋转到所需位置。这种方法简单直接，但存在定位误差和系统响应不稳定的问题。闭环控制则是在开环控制的基础上，增加了位置反馈系统，通过不断校正电机的实际位置来实现更精确的控制。闭环控制方法相对复杂，但可以提高系统的定位精度和响应速度。

3. 控制算法

控制步进电机的常用算法有两种，一种是全步进算法，另一种是半步进算法。全步进算法是指将电流逐个向电机的不同线圈通入，使其按照固定的步长旋转。而半步进算法则是将电流逐渐增加或减小，使电机能够以更小的步长进行旋转。半步进算法相对全步进算法而言，可以实现更高的旋转精度和更平滑的运动。

4. 应用案例

步进电机广泛应用于各个领域的控制系统中。例如，在机械领域中，步进电机被用于驱动数控机床、3D打印机等设备，实现精确的定位和运动控制。在医疗设备领域，步进电机被应用于手术机器人、影像设备等，为医疗操作提供准确定位和精确运动。此外，步进电机还广泛应用于家用电器、汽车控制、航空航天等领域。

总结：

步进电机作为一种常见的电动执行器，具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，在自动化控制系统中扮演着重要的角色。通过本文的介绍，我们了解到步进电机的基本原理、控制方法、算法以及应用案例等方面的知识。步进电机的不断发展和应用将为各个领域的自动化控制系统提供更高效、精准的控制方式。

第ｌ７卷第５期　

２０１３年５月　电　机　与　控　制　学　报　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＭＡＣＨＩＮＥＳ　ＡＮＤ　ＣＯＮＴＲＯＬ　Ｖ０１．１７　Ｎｏ．５　

Ｍａｙ　２０１３　

数控机床用多步进电机伺服系统控制　

刘景林，　王帅夫　

（西北工业大学自动化学院，陕西西安７１００７２）　

摘要：针对两相混合式步进电机低频转矩脉动和高频失步的问题，同时为了研究多电机间协调控　

制，结合大脑情感模型与插补理论提出了一种多电机伺服控制方法。依据混合式步进电机存在参　

数非线性以及轴向、径向磁场强耦合的特点，采用不依赖被控对象模型的大脑情感学习控制算法。　

通过分析两相混合式步进电机的磁网络模型，得到了反电动与转子转速的关系，为控制系统提供速　

度反馈。运用自适应插补算法，使得多电机间协调运动从而减小轮廓误差。通过分析实验结果，表　

明运用大脑情感学习控制算法能够克服两相混合式步进电机时变的参数带来的影响，有效提高电　

机的响应速度和带载能力。自适应插补算法能够根据不同轮廓曲线控制多电机协调运动，提高了　

ｈ＿ｚ－精度和速度。　

关键词：数控系统；步进电机；插补算法；大脑情感学习；可变步长　

中图分类号：ＴＧ　３８３．６　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０１３）０５—００８０一ｏ７　

Ｍｕｌｔｉ－ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　

ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　

ＬＩＵ　Ｊｉｎｇ－ｌｉｎ，　ＷＡＮＧ　Ｓｈｕａｉ—ｆｕ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｏｒｑｕｅ　ｒｉｐｐｌｅ　ａｔ　ｌｏｗ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｏｕｔ　ｏｆ　ｓｔｅｐ　ａｔ　ｈｉｇｈ￣ｅｑｕｅｎｅｙ　ｏｆ　ｔｗｏ—ｐｈａｓｅ　ｈｙｂｒｉｄ